《电力系统稳定器的设计原理及使用毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统稳定器的设计原理及使用毕业论文.doc（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力系统稳定器的设计原理及使用毕业论文目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景及国内外现状11.1.1 研究背景11.1.2 国内外研究现状11.2 电力系统稳定31.2.1 电力系统稳定性的分类31.2.2 提高电力系统稳定的措施41.2.3 励磁系统对电力系统稳定的影响51.3 本文的主要研究工作6第2章 无限大系统的数学模型72.1 帕克变换72.2 无限大系统数学模型92.2.1 发电机数学模型92.2.2 励磁系统的数学模型112.2.3 汽轮机及其调节系统的数学模型122.3 负荷方程132.3.1 线路正常运行132.3.2 双回路线路中有一点发生短路14
2、2.4 计算、的值14第3章 无限大系统暂态分析163.1 系统各个部分的非线性模型163.1.1 发电机非线性模型163.1.2 调节励磁系统的非线性模型163.1.3 汽轮机及其调节系统的非线性模型163.2 调节励磁系统参数和的选择173.2.1 当，时的特征值计算173.2.2 当，时的特征值计算18第4章 PSS的设计214.1 电力系统稳定器的设计原理214.1.1 PSS网络的设计214.1.2 汽轮机及其调节系统超前补偿网络的设计224.2 本章小结24第5章 遗传算法在PSS中的应用255.1 MATLAB的概述255.1.1 MATLAB的特点255.1.2 MATLAB的
3、启动与退出275.2 MATLAB遗传算法工具箱275.3 遗传算法工具箱求解的方法285.4 几个参数的确定285.4.1 PSS网络的计算285.4.2 汽轮机及其调节系统的超前补偿网络的计算295.4.3 求矩阵的特征值305.5 在含有PSS的情况下系统的状态325.6 主要结论和展望345.6.1 主要结论345.6.2 展望未来34附 录35参考文献44致 谢45第1章 绪论1.1 研究背景及国内外现状1.1.1 研究背景随着改革开放及经济建设的发展，近三十年来我国的电力系统的规模和容量有了突飞猛进的发展。我国是一个地域辽阔的大国，能源资源分布很不均匀，这就决定了我国的电力系统错综
4、复杂的特点。电力系统在发展庞大的同时对稳定性提出了更高的要求。改善和提高电力系统稳定性对国民经济有着十分重要的意义，电力系统失去稳定时，发电机不能正常发电，用户不能正常用电，并引起系统参数巨大变化，往往会造成大面积的停电事故。近20年来，世界范围内发生了多起电力系统的大面积的停电事故，造成了灾难性的后果。如2003的美加大停电，造成了美国东北的8个洲和加拿大的部分城市停电，整个城市都处于瘫痪状态，给人民的生活带来了很大的影响，同时对工业、农业很多方面造成了巨大的损失。英国、澳大利亚、马来西亚、芬兰、丹麦、瑞典和意大利等国也有类似的大停电事故发生。在我国2008年初的冰灾也因大范围、长时间的停电
5、造成了巨大损失。1999年9月21日，我国台湾集集大地震对于电力系统造成了非常大的破坏。这次震害的一个主要特点是高压输电塔的破坏，这在以前的地震记录中是非常少见的。由于一个开关站、多个变电站以及345kV输电线路的破坏，使得台湾的南电北送受阻，造成台湾彰化以北地区完全断电，社会和经济损失难以估计。地震中还有大量电力设备，特别是变电站和开关站设备遭到大量破坏。提高电力系统稳定性这项工作必须要落实到系统的各个部位。发电机的励磁控制因为具有既可节约投资，又能在正常运行是减少电压和频率的波动，改善动态品质和提高系统的抗干扰能力等特点。新型的励磁控制器能在小干扰的情况下改善稳定性，而且同时适用于大干扰的
6、情况下，可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的，对保证国民生产的安全进行、保证人民生活的安全和有序，具有重大的意义。我国电网建设落后于电源建设，现代化大机组的高放大倍数快速励磁系统采用之后，振荡现象更加明显。随着三峡工程的建设和西电东送工程的逐步实施,低频振荡问题会逐步提上议事日程。电力市场的发展更增加了运行条件的不可预知性。为了保证系统的安全稳定运行，有效地抑制低频振荡，研制开发实用的电力系统稳定装置成为当务之急。1.1.2 国内外研究现状 电力系统中发生过低频振荡。经过分析和研究，这些低频振荡有的是由励磁系统的负阻尼作用引起的，还有的是由于远距离输电线路中的串联
7、补偿电容(10-40Hz)引起的。美国是电力系统稳定器（PSS）的发源地，在60年代因联络线低频振荡引起线路跳闸而造成系统故障，1969年开始在发电机励磁系统中增加e。负反馈以提高电力系统阻尼，称为PSS，开始主要在西部系统采用，近年来GE公司、西屋公司等制造厂生产的大型发电机都提供PSS，己成为励磁装置的一个必备的部分，广泛用于各系统中。近年来又研制了微机PSS，用在来克丁顿抽水蓄能电站的6台325MVA机组上。原苏联实际上在50年代就开始采用电力系统稳定器，不过那时没有PSS的名称，当时采用的附加反馈为发电机定子电流及其微分，成为强力式励磁调节器。那时只是与快速励磁配套，用以抑制大干扰后的
8、振荡。未明确提出低频振荡和阻尼力矩的概念。加拿大用改进励磁系统性能作为提高电力系统稳定的基本措施，采用高增益快速励磁系统以提高系统的静态稳定、暂态稳定和电压稳定，采用PSS以提高动态稳定。PSS己成为加拿大电力系统发电机励磁系统必需的一个组成部分，如果PSS退出，某些发电机的出力将限制在50%左右。德国西部电力系统从70年代到80年代末期，系统中最大单机容量已从300MW增大到火电机组1000MVA，原子能机组1700MVA;输电线路阻抗增加大约30%。为了解决系统电压波动，采用了高增益的快速电压调节器以改善系统静态稳定及电压稳定，并在所有的大机组上都配置了PSS，之后电网运行稳定。日本为了增
9、加系统阻尼，80年代大部分主力机组均己安装PSS，对于快速励磁的中小型机组，部分采用双通道调节器，即在小千扰时响应速度慢，以减小负阻尼:大干扰时响应速度快，以提高暂态性能。近年来研制的模糊控制PSS，进一步提高PSS对多级振荡的阻尼能力，已在美国取得专利。澳大利亚1973年在土木特电站发生了不衰减功率振荡，当时采取的措施是减负荷及增加发电机励磁。1974年由于某330KV线路并联电抗器故障退出，使利得尔发电机低励运行，发生低频振荡。在一段时间内限制了发电机出力，这促使实行早己提出配置PSS的建议。1975年维多利亚送电至南威尔士及斯诺威的抽水蓄能电站时，多次发生低频功率振荡，在这之后立即采取措
10、施，投入PSS取得了良好的效果，随着经验的积累。 现在PSS己被认为是发电机整体不可分割的一个部分，每台大型发电机投运时必须有PSS，并需进行合适的调整。他们对新机组励磁系统的要求是:高响应励磁系统;配置PSS。我国电力系统采用PSS较晚。国内第一台PSS于1980年在八盘峡电厂投入运行。此后在湖南凤滩电厂4台l00MW 机组上安装了PSS，使凤滩至益阳间线路输送功率从160MW增至273MW以上。1984年初，由于香港青山电厂350MW机组高功率因数运行，致使广东至香港联络线发生低频功率振荡，1984年底在青山电厂机组配置了PSS后，解决了当时的低频振荡问题。在这之后，PSS在我国的电力系统
11、中越来越多的采用。PSS经过多年的发展己经在国内外取的了广泛的应用，已先后有多种控制方法用于PSS的设计，如最优控制、模式分析、根轨迹灵敏度分析或几种方法的组合应用等。这些方法着重于单个额定运行点的考虑，而不计系统运行的鲁棒特性，因此，对于像电力系统这样的高度非线性系统难以保证其在较宽运行范围内的稳定，因此使PSS具有鲁棒性成为近年来得研究重点。许多专家和学者在PSS的鲁棒性方面做了大量的研究，并取得了一些令人满意方法。文献16指出基于单机无穷大系统模型的经典相位补偿法具有较好的鲁棒性。文献17. 18通过详细的仿真分析和理论分析说明发电机电磁功率和励磁参考电压之间的传递函数具有较好的不变性。
12、文献19引入概率的概念来考虑多个运行条件下PSS的动态性能，从而保证PSS的鲁棒性。神经网络、自适应控制，模糊控制。理论等现代控制技术在PSS的设计中得到了广泛的应用。但是这些控制方法虽然适合电力系统的非线性特性，设计出来的稳定器具有较好的鲁棒性的特点，但由于各种方法本身目前还存在一定程度的不足，因此研究具有固定结构和参数固定的电力系统稳定器仍有重要的理论和实际应用意义。1.2 电力系统稳定1.2.1 电力系统稳定性的分类电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态问题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态
13、下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳定值，而是随着时间不断增大或者振荡，系统是不稳定的。2001年，我国电网运行与控制标准化技术委员会制定的DL755-2001电力系统安全稳定导则中将功角稳定性分为下列三类：静态稳定、暂态稳定、动态稳定。电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰。例如：系统中负荷的小量变化；又如架空输电线因风吹摆动引起的线间距离（影响线路电抗）的微小变化等等。暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰
14、后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的状态。这里所说的大干扰是区别与前面说说的小干扰而言的，比如短路、突然断开线路或发电机等。所以说如果一个系统在受到大干扰的情况下还能过恢复到以前的稳定运行状态，我们就说这个系统是暂态稳定的。相反，如果一个系统在受到大的干扰的情况下不能够恢复到以前的稳定运行状态，出现了诸如电压、电流、相角不断振荡的情况，我们就说系统在这个运行状态下不能够保持暂态稳定。由此可以看出来，一个系统的暂态稳定情况和系统的运行状态以及干扰的情况有关系，也就是说，一个系统在某个运行情况下和干扰情况下是稳定的，但是换了一个运行情况或者干扰情况，系统有可能就是不稳定的。电力
15、系统受到大的干扰，经过一段时间后，会逐步趋向稳定运行状态或者趋于失步状态。这种时间的长短和系统的本身的本身的运行状况和扰动的大小有关系。在分析大扰动后的暂态过程有下列的三种不同的时间阶段分类：（1）起始阶段：指故障后约1S内的时间段。在这段时间里系统的保护和自动装置有一系列的动作，例如切除线路的故障和重合闸、切除发电机等等。（2）中间阶段：在起始阶段后，大约持续5S左右的时间段。在此期间发电机组的调节系统已经发挥了作用。（3）后期阶段：中间阶段以后的时间。这时候动力设备中的过程将影响到电力系统的暂态过程。另外，系统中还将由于频率和电压的下降，发生自动装置切除部分负荷等操作。当前，电力系统的规划和运行趋势产生了新的类型的稳定性问题。 目前我国正处于飞速发展的时期，对电力的需求程度空前强烈。诸如现在流行的高压直流输电；更广泛的运用并联电容器；负荷的组成和特性在发生变化。1929年瑞典（ASES）公司首创了（HVDC）技术。以此为起点各国建设了多条试验性高压直流输电技术。目前为止，我国在建或已经建成的输电线路有十多个，第一个为舟山实验性直流输电工程，葛洲坝-上海为第一个高压直流输电工程。这些工程给我们的生活带来了很多的方便，同时它又向电力系统的稳定提出了更高的要求，使我们面临着更高的挑战，特别是高压稳定和
