基于MATLAB的PSS仿真分析本科畢業(yè)設(shè)計

《基于MATLAB的PSS仿真分析本科畢業(yè)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于MATLAB的PSS仿真分析本科畢業(yè)設(shè)計（22頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第22頁 基于MATLAB的PSS仿真分析 摘 要：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究，對保證電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定具有重要的意義。電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵，一旦遭到破壞，必將造成巨大的經(jīng)濟損失和災(zāi)難性的后果，世界各國不乏慘痛教訓(xùn)之例。在諸多改善發(fā)電機穩(wěn)定性的措施中，提高勵磁系統(tǒng)的控制性能，被公認為最有效和經(jīng)濟的措施之一。本文以PSS控制器設(shè)計為內(nèi)容。在研究了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的由來及發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響的基礎(chǔ)上，針對電力系統(tǒng)這一特定對象，設(shè)計出了穩(wěn)定控制的仿真模型。 關(guān)鍵詞：發(fā)電機；PSS；電力系統(tǒng)仿真；Matlab 1 引言 電力系統(tǒng)是典型的多自由度的，亦即多變

2、量的多輸入、多輸出的動力學(xué)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)控制的實踐也表明無論從提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性還是從改善電力系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)的需要出發(fā)都需要有多變量參與控制。同步發(fā)電機勵磁控制是保證發(fā)電機和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和改善電力系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的一項基本措施。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對發(fā)電機勵磁提出了更高的要求。除了維持發(fā)電機電壓水平，合理分配并聯(lián)機組的無功功率外，還要求勵磁控制系統(tǒng)能對電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定及暫態(tài)穩(wěn)定起作用。國內(nèi)外的研究和實踐證明，勵磁控制系統(tǒng)不僅能提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行極限，而且通過附加控制，能抑制低頻振蕩和次同步振蕩，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行有顯著效果。因此，研究和開發(fā)性能優(yōu)良的同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)，一直

3、是各國學(xué)者和工程技術(shù)人員的一項重要工作。 2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的基本理論 2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題 近年來世界范圍的電力工業(yè)改革日益加快，逐步建立了競爭機制下的電力市場。電網(wǎng)的開發(fā)和商業(yè)化運營使得電力系統(tǒng)運行越來越接近系統(tǒng)極限，經(jīng)濟性和安全穩(wěn)定性相互制約，使得系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性問題越來越突出和越來越復(fù)雜。這些都對穩(wěn)定分析與控制提出了新的挑戰(zhàn)。更深入地理解穩(wěn)定機制、建立快速準(zhǔn)確的穩(wěn)定分析方法和提出有效經(jīng)濟的控制措施便成為當(dāng)務(wù)之急。 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要研究電力系統(tǒng)在諸如負荷或發(fā)電機突然變化、傳輸線路發(fā)生短路等條件下，電力系統(tǒng)的行為。如果互聯(lián)的發(fā)電機組保持同步，該電力系統(tǒng)被稱為穩(wěn)定的電力

4、系統(tǒng)。電力系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行的能力很大程度上依賴于系統(tǒng)所具有的阻尼機電振蕩的控制手段，因而，研究與設(shè)計控制就變得非常重要了。在所有電力系統(tǒng)的復(fù)雜現(xiàn)象中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最難以理解而最富有挑戰(zhàn)性。由于21世紀(jì)的電力系統(tǒng)將愈來愈運行在穩(wěn)定極限附近，這就對電力系統(tǒng)的安全運行提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 2.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類 穩(wěn)定性是相反作用力之間平衡的條件?；ヂ?lián)同步電機之間保持同步的原理是通過恢復(fù)力，即當(dāng)一臺或多臺電機相對于其它電機趨于加速或減速時起作用的恢復(fù)力。在穩(wěn)態(tài)條件下每臺電機的輸入轉(zhuǎn)矩和輸出的電轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)速保持不變。如果系統(tǒng)受到干擾，則平衡遭到破壞，電機的轉(zhuǎn)子將按旋轉(zhuǎn)體的運動定律加速或減速

5、。若某臺發(fā)電機一時比其他發(fā)電機轉(zhuǎn)得快，則它的轉(zhuǎn)子角位置相對于那些轉(zhuǎn)得較慢的電機轉(zhuǎn)子角將會超前。這樣所產(chǎn)生的角度差將按功角特性關(guān)系把較慢電機所帶的部分負荷轉(zhuǎn)移給較快的電機。從而有助于減少轉(zhuǎn)速差和角度差。如上所述，功角特性是高度非線形的。若超過某一極限，角度差的增加將伴隨傳輸功率的減少；從而進一步增加角度差而導(dǎo)致不穩(wěn)定。對于任何給定的情況，系統(tǒng)的 穩(wěn)定性取決于轉(zhuǎn)子位置的偏移是否能產(chǎn)生足夠的恢復(fù)轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)一臺同步電機失去同步或?qū)⑴c系統(tǒng)的某些部分失步時，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度將高于或低于發(fā)出系統(tǒng)頻率下的電壓所需的轉(zhuǎn)速。定子旋轉(zhuǎn)磁場(相應(yīng)于系統(tǒng)頻率)與轉(zhuǎn)子磁場的“滑差”使電機的功率輸出、電流、電壓產(chǎn)生很大的

6、波動；從而使保護系統(tǒng)動作把不穩(wěn)定的電機從系統(tǒng)中隔離開來。失去同步可以發(fā)生在單臺電機對其余系統(tǒng)或者在機群電機之間。對機群之間關(guān)系的情況，若將它們之間解列，則每臺電機內(nèi)部可保持同步。 對于電力系統(tǒng)，擾動后同步發(fā)電機電力矩的變化可分解為兩個分量：，式中是與轉(zhuǎn)子角擾動量△占同相的轉(zhuǎn)矩變化分量，稱為同步轉(zhuǎn)矩分量；為同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。是與轉(zhuǎn)速偏差△同相的轉(zhuǎn)矩變化分量，稱為阻尼轉(zhuǎn)矩分量；為阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于每臺同步電機的這兩個分量的存在。缺乏足夠的同步轉(zhuǎn)矩會造成轉(zhuǎn)子角非周期滑移的不穩(wěn)定。另一方面，缺乏足夠的阻尼轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生振蕩不穩(wěn)定。 為了分析的方便和增進對穩(wěn)定問題性質(zhì)的有效理解，通常將轉(zhuǎn)子角

7、穩(wěn)定現(xiàn)象用如下兩類來表征: 1）小信號(或稱小干擾)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)在小擾動下保持同步的能力。這樣的擾動在電力系統(tǒng)中由于小的負荷和發(fā)電變化而會連續(xù)發(fā)生。通常把這種擾動視為足夠小，使得在系統(tǒng)分析時允許對系統(tǒng)方程式線性化?？赡墚a(chǎn)生兩種形式的不穩(wěn)定：a)由于缺乏足夠的同步轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子角持續(xù)增加；b)由于缺乏足夠的阻尼轉(zhuǎn)矩造成轉(zhuǎn)子增幅振蕩。系統(tǒng)對小擾動的響應(yīng)特性取決于初始運行條件、輸電系統(tǒng)強度以及所用的發(fā)電機勵磁控制等因素。對于一臺發(fā)電機呈輻射狀接入大系統(tǒng)的情況，若無自動電壓調(diào)節(jié)器(即勵磁電壓不變)時，其失穩(wěn)是由于缺乏足夠的同步轉(zhuǎn)矩。若裝有連續(xù)作用的電壓調(diào)節(jié)器，小擾動穩(wěn)定問題就是保證系統(tǒng)的振蕩有足夠的阻

8、尼。其通常失穩(wěn)方式是增幅振蕩。在當(dāng)今實際電力系統(tǒng)中，小擾動穩(wěn)定問題主要是缺乏足夠的振蕩阻尼。 2）暫態(tài)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)遭受嚴(yán)重暫態(tài)擾動下保持同步的能力。所產(chǎn)生的系統(tǒng)響應(yīng)包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子角的大偏移并受非線性功角關(guān)系的影響。其穩(wěn)定性取決于初始運行工況和擾動的嚴(yán)重程度。通常系統(tǒng)會有改變，使擾動后的穩(wěn)定運行狀態(tài)與擾動前不同。系統(tǒng)中發(fā)生的擾動其嚴(yán)重程度和發(fā)生的概率是在很大范圍內(nèi)變化的。但系統(tǒng)只能設(shè)計并運行在一組選定的可能發(fā)生的故障之下保持穩(wěn)定。這些故障通?？紤]為不同類型的短路：單相對地、兩相對地、兩相短路或三相短路。通常假定短路發(fā)生在輸電線上，個別情況下母線或變壓器故障也被考慮在內(nèi)。假定在斷開相應(yīng)斷路器，

9、隔離故障元件情況下故障被清除。在一些情形下，高速重合也可被考慮。轉(zhuǎn)子角對暫態(tài)擾動的響應(yīng)有三種情況：一種是穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)子角度增加到最大值后減少并減幅振蕩直到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)；第二種是轉(zhuǎn)子角度持續(xù)增加直到失去同步，這種失穩(wěn)形式稱為一次搖擺不穩(wěn)定，它是由于同步轉(zhuǎn)矩不足產(chǎn)生的；第三種情況是第一次搖擺系統(tǒng)是穩(wěn)定的，但由于增大的振蕩最終使系統(tǒng)不穩(wěn)定。這種形式的不穩(wěn)定一般產(chǎn)生在故障后的穩(wěn)態(tài)條件本身“小信號”不穩(wěn)定的情況，而不是暫態(tài)擾動的必然結(jié)果。 3）動態(tài)穩(wěn)定一詞也廣泛用于轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定的文獻中。然而，它被不同的作者用來表示現(xiàn)象的不同方面。在北美的文獻中，動態(tài)穩(wěn)定一詞多數(shù)用于指帶白動控制裝置(主要是發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器)

10、的小信號穩(wěn)定，以與經(jīng)典的無自動控制的靜態(tài)穩(wěn)定相區(qū)別。在法國和德國的文獻中，它用來表示我們這里所用的暫態(tài)穩(wěn)定。鑒于用動態(tài)穩(wěn)定一次帶來許多混淆，國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)和跨國電氣工程師會(IEEE)都建議不用該詞。 3 勵磁系統(tǒng)及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器概述 3.1 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的任務(wù) 同步發(fā)電機的運行特性與它的空載電動勢的值密切相關(guān)，而又是發(fā)電機勵磁電流的函數(shù)，改變勵磁電流就可影響同步發(fā)電機在電力系統(tǒng)中運行特性。因此，對同步發(fā)電機的勵磁進行控制，是對發(fā)電機運行施加控制的重要內(nèi)容之一。 電力系統(tǒng)在正常運行時，發(fā)電機勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并列運行機組間無功功率的分配。在某

11、些故障情況下，發(fā)電機端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求發(fā)電機迅速增大勵磁電流，以維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性?？梢?，同步發(fā)電機勵磁的自動控制在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運行的可靠性等方面都起著十分重要的作用。 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成，如圖1所示。勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵磁電流；勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵磁功率單元的輸出。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。 圖1 勵磁系統(tǒng)構(gòu)成框圖 在電力系統(tǒng)正常運行或事故

12、運行中，同步發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)起著重要的作用。優(yōu)良的勵磁控制系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機可靠運行，提供合格的電流，而且還可有效地提高系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)運行方面的要求，勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)該承擔(dān)以下任務(wù)： 1）電壓控制：電力系統(tǒng)在正常運行時，負荷總是經(jīng)常波動的，同步發(fā)電機的功率也就相應(yīng)的變化。隨著負荷的波動，需要對勵磁電流進行調(diào)節(jié)以維持機端電壓或系統(tǒng)中某一點的電壓在給定的水平。勵磁系統(tǒng)擔(dān)負了維持電壓水平的主要任務(wù)。 2）無功功率的分配：在單機無窮大系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)機組的勵磁電流就可以改變發(fā)電機無功功率；在實際系統(tǒng)中，發(fā)電廠輸出無功電流與其母線電壓水平有關(guān)，改變其中一臺發(fā)電機的勵磁電流不但影響發(fā)電機的電壓

13、和無功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運行機組的無功功率，其影響程度與系統(tǒng)情況有關(guān)。 3）提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)在運行中隨時都可能受到各種干擾，在干擾之后，發(fā)電機組能夠恢復(fù)到原來運行狀態(tài)或者過渡到新的運行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。其主要標(biāo)志是在暫態(tài)過程結(jié)束后，同步發(fā)電機仍能維持或恢復(fù)同步。在分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題時，不論靜態(tài)穩(wěn)定還是暫態(tài)穩(wěn)定，在數(shù)學(xué)模型的表達式中總含有發(fā)電機空載電動勢，而與勵磁電流密切相關(guān)?？梢?，勵磁系統(tǒng)可以通過改變勵磁電流從而改變來改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。 4）改善電力系統(tǒng)的運行條件。當(dāng)電力系統(tǒng)由于種種原因，出現(xiàn)短時低電壓時，勵磁系統(tǒng)可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，大幅度的增加勵磁

14、以提高系統(tǒng)電壓，從而改善系統(tǒng)運行條件。 5）水輪發(fā)電機組要求強行減磁。當(dāng)水輪發(fā)電機組發(fā)生故障突然跳閘時，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會使轉(zhuǎn)速急劇上升。如果不采取措施迅速降低發(fā)電機的勵磁電流，則發(fā)電機電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，此時要求勵磁系統(tǒng)能實現(xiàn)強行減磁。 3.2 對勵磁系統(tǒng)的基本要求 勵磁系統(tǒng)是由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成的，為了充分發(fā)揮它們的作用，完成發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)的各項任務(wù)，對勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器性能分別提出了如下要求： 對勵磁調(diào)節(jié)器而言，其主要任務(wù)是檢測和綜合系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息，以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，經(jīng)放大后控制

15、勵磁單元以得到所要求的發(fā)電機勵磁電流。所以對它的要求如下： 1）系統(tǒng)正常運行時，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映出發(fā)電機端電壓高低以維持發(fā)電機電壓在給定水平。通常認為，自動勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能保證同步發(fā)電機端電壓靜差率:半導(dǎo)體型的<1%，電磁型的<3%。 2）勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機組的無功功率，為此，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機端電壓調(diào)差率可以在下列范圍內(nèi)進行調(diào)整:半導(dǎo)體型的，電磁型的。 3）對遠距離輸電的發(fā)電機組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運行，要求勵磁調(diào)節(jié)器沒有失靈區(qū)。 4）勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速的反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強行勵磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運行條件。 5）具有較小的時間常數(shù)，能迅速響應(yīng)反饋信

16、息的變化。 勵磁功率單元受控于勵磁調(diào)節(jié)器，對其要求如下： 1）要求勵磁功率單元有足夠的可靠性，并具有一定的調(diào)節(jié)容量。在電力系統(tǒng)運行中，發(fā)電機依靠勵磁電流的變化進行系統(tǒng)電壓和本身無功功率的控制。因此，勵磁功率單元應(yīng)具有足夠的調(diào)節(jié)容量以適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行工況的要求。 2)具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。從改善電力系統(tǒng)運行條件和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性來說，希望勵磁功率單元具有較大的強勵磁能力和快速的響應(yīng)能力。勵磁頂值電壓在強行勵磁時能提供的最高輸出電壓值與額定工況下勵磁電壓之比稱為強勵倍數(shù)。其值的大小，涉及制造和成本等因素，一般取?，F(xiàn)在一般大容量機組往往采用快速勵磁系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)電壓

17、響應(yīng)時間(勵磁電壓達到95%頂值電壓所需時間)為0.1s或更短的勵磁系統(tǒng)，稱為高初始響應(yīng)勵磁系統(tǒng)。響應(yīng)時間可以作為動態(tài)性能評定指標(biāo)。 3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）簡介 IEC對PSS的定義是:一種裝置，它借助于電壓調(diào)節(jié)器控制勵磁機的輸出，來阻尼同步電機的功率振蕩。輸入變量可以是轉(zhuǎn)速、頻率或功率(或多個變量的綜合)。這里指的“勵磁機”為各種勵磁系統(tǒng)的輸出功率部件，包括靜止整流部件。PSS是勵磁調(diào)節(jié)器中的一個功能部件，它的主要作用是在系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時提供一個附加阻尼，相當(dāng)于提高功率阻尼系統(tǒng)D，使轉(zhuǎn)子振蕩的阻尼比達到一個理想的數(shù)值，響應(yīng)特性就能較快的達到穩(wěn)態(tài)值，提高了電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定。

18、PSS在轉(zhuǎn)速恒定不變時，輸出為零，不起作用，這是因為發(fā)電機正常運行中，我們不希望穩(wěn)定器對機端電壓產(chǎn)生持續(xù)的影響。只有在轉(zhuǎn)速或有功功率或頻率發(fā)生變化時，才起作用。因此，從這點上來說，PSS如果參數(shù)選取不對，不但不能幫助系統(tǒng)穩(wěn)定，還可能會起反作用，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 從我國目前的研究現(xiàn)狀和實際應(yīng)用情況上來看，PSS在我國有很多種的理論及數(shù)學(xué)模型，比較有代表性的有經(jīng)典PSS理論、線性最優(yōu)控制和非線性最優(yōu)控制等。這幾種理論在實際機組上都有應(yīng)用，從效果上來看也都還是能起到穩(wěn)定器的作用的，到底哪種理論更好，還有待進一步的研究。 4 PSS勵磁控制系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS） P

19、SS(power system stabilizer)最早由美國學(xué)者F.P.demell和C. Concodri提出的。其基本原理是在自動電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，輔以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差中的一種或兩種信號作為附加控制，產(chǎn)生與同軸的附加力矩，增加對低頻振蕩的阻尼，以增強電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。用PSS的目的是通過發(fā)電機勵磁控制增強對系統(tǒng)振蕩的阻尼來使電力輸送的穩(wěn)定極限提高。它抽取角速度，功率或頻率等鎮(zhèn)定參量，經(jīng)過主要由放大、復(fù)位和超前滯后等環(huán)節(jié)組成的校正環(huán)節(jié)處理后將產(chǎn)生的附加勵磁控制信號和機端電壓一起作為勵磁系統(tǒng)的輸入。PSS基于系統(tǒng)在某一平衡點處的近似線性化模型設(shè)計，針對性強，經(jīng)濟、簡單易行而

20、且有效，獲得了普遍的應(yīng)用。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對于低頻振蕩具有良好的抑制能力，不但可以抑制低頻振蕩，而且可以改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。 由于電壓調(diào)節(jié)器采用電壓作為控制量，且調(diào)節(jié)器及勵磁系統(tǒng)具有電磁慣性，則勵磁電壓在勵磁系統(tǒng)中將產(chǎn)生滯后于它的強迫分量，這種滯后會惡化系統(tǒng)阻尼，甚至引起振蕩。因此，在長線送電、負荷較重的情況下，若轉(zhuǎn)子角出現(xiàn)振蕩，電壓調(diào)節(jié)器提供的附加量的相位是落后于角度振蕩的，它的一個分量與轉(zhuǎn)速相位相反，產(chǎn)生了負阻尼轉(zhuǎn)矩，這就使得角度振蕩加劇。若電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的附加量在相位上與轉(zhuǎn)子角振蕩搖擺的相位同相或反相，則只能使轉(zhuǎn)子角振蕩的幅值增大或減小而不能使轉(zhuǎn)子角振蕩消失，只有提供的附加量在相位上領(lǐng)先

21、轉(zhuǎn)子角的振蕩角度才可能產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩，振蕩才能平息。 圖1 阻尼轉(zhuǎn)矩向量圖 如圖1，為電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩，落后于轉(zhuǎn)子角振蕩的相位為，如果我們能產(chǎn)生一個足夠大的純粹的正阻尼轉(zhuǎn)矩，則與的合成轉(zhuǎn)矩就位于第一象限，而它的兩個分量--同步及阻尼轉(zhuǎn)矩都是正的。上述的正阻尼轉(zhuǎn)矩，我們是通過在電壓調(diào)節(jié)器參考點輸入一個附加信號T來產(chǎn)生的，如圖2所示。因為它的輸入點與電壓調(diào)節(jié)器參考輸入點是同一點，所以要使T產(chǎn)生純粹的正阻尼轉(zhuǎn)矩(相位上與轉(zhuǎn)速同方向)，T的相位必須超前軸角，這樣輸入電壓調(diào)節(jié)器后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器及勵磁系統(tǒng)的滯后，剛好可以產(chǎn)生純粹的正阻尼轉(zhuǎn)矩。 圖2　勵磁控制系統(tǒng)示意圖 4.2

22、 仿真系統(tǒng)參數(shù) 本文所研究的單機和多機無窮大系統(tǒng)如圖3、圖4所示，該仿真系統(tǒng)由發(fā)電機、變壓器、雙回路輸電線、用電負荷和無窮大系統(tǒng)組成。 圖3　單機無窮大系統(tǒng) 圖4　多機無窮大系統(tǒng) 單機系統(tǒng)： 1）同步發(fā)電機參數(shù) 2）勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù) 3）PSS參數(shù) 多機系統(tǒng)： 1）同步發(fā)電機參數(shù) 2）勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù) 3）PSS參數(shù) 5 電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的仿真實現(xiàn) 5.1 仿真模型的建立 1）單機系統(tǒng)PSS模型： 圖5 單機系統(tǒng)PSS模型 圖6 測量模塊 圖7

23、PSS模塊 2）多機系統(tǒng)PSS模型： 圖8 多機系統(tǒng)PSS模型 圖9 PSS加勵磁系統(tǒng)模型 5.2 單機系統(tǒng)PSS仿真結(jié)果 在上面仿真模型的建立基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和加上PSS的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行仿真試驗，以下是這兩個系統(tǒng)的仿真試驗結(jié)果。 5.2.1 小擾動試驗 在t=20s在系統(tǒng)的機械功率輸入端(Pm)加上階躍擾動(10%)，進行小擾動試驗，得到該擾動下發(fā)電機轉(zhuǎn)速和電功率的時域響應(yīng)。 圖10 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng) 圖11 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng) 圖12 未加PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng) 圖13 未加PSS系統(tǒng)電

24、功率的階躍響應(yīng) 5.2.2 短路試驗 1) 單相接地故障 在t=20s時系統(tǒng)出現(xiàn)單相短路故障，一段時間后故障切除，將線路重新閉合，得到短路故障時發(fā)電機轉(zhuǎn)速和電功率的時域響應(yīng)。 圖14 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間1s） 圖15 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間1s） 圖16 未加PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間1s） 圖17 未加PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間1s） 圖18 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間5s） 圖19 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間5s） 2) 兩相接地故障 圖20

25、 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間1s） 圖21 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間1s） 圖22 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間5s） 圖23 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間5s） 3）三相接地故障 圖24 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間0.1s） 圖25 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間0.1s） 圖26 PSS系統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的階躍響應(yīng)（短路時間0.2s） 圖27 PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間0.2s） 5.3 多機系統(tǒng)PSS仿真結(jié)果 短路試驗： 1) 單相接地故障 在t=20

26、s時系統(tǒng)出現(xiàn)單相短路故障，一段時間后故障切除，將線路重新閉合，得到短路故障時電功率的時域響應(yīng)。 圖28 多機PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間0.1s） 2) 兩相接地故障 圖29 多機PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間0.1s） 3) 三相接地故障 圖30 多機PSS系統(tǒng)電功率的階躍響應(yīng)（短路時間0.1s） 5.4 仿真結(jié)果分析 對單機系統(tǒng)，圖12、13、16、17為沒有加PSS的勵磁系統(tǒng)，由仿真波形可以看出，對于小擾動和單相接地大擾動其穩(wěn)定時間都比加入PSS的勵磁系統(tǒng)要慢并且波動要大。仿真結(jié)果表明所設(shè)計的PSS對小擾動和大擾動的后系統(tǒng)穩(wěn)定有很大的作用，

27、對于小擾動而言，發(fā)電機轉(zhuǎn)速和電磁功率很快可以穩(wěn)定下來，并且波動的很小。對于大擾動而言，從三種情況仿真結(jié)果中，可以明顯的看出，不同短路類型對系統(tǒng)沖擊不同，短路故障排除后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)波動大小也不同。由5.2.2所述，得單相短路接地對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響最小，兩相短路次之，三相短路對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響最大，系統(tǒng)也最難恢復(fù)穩(wěn)定。同時，短路故障切除時間越長，對系統(tǒng)穩(wěn)定沖擊越大，故障切除后越難恢復(fù)穩(wěn)定。對于單相和兩相接地故障，由5.2.2所述，得當(dāng)短路時間只有1s時，短路切除后很快就能恢復(fù)穩(wěn)定，當(dāng)短路時間為5s時，系統(tǒng)擾動很大，經(jīng)過較長時間才能恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。而對于三相短路而言，對系統(tǒng)的沖擊最大，短路時間為0.

28、1s時，能恢復(fù)穩(wěn)定，當(dāng)短路時間為0.2s時，擾動已經(jīng)非常大了，但系統(tǒng)還能恢復(fù)穩(wěn)定。而當(dāng)短路時間為0.5s時，系統(tǒng)就不能恢復(fù)穩(wěn)定了。對多機系統(tǒng)，短路時間都設(shè)為0.1s，短路時間過長則系統(tǒng)不能恢復(fù)穩(wěn)定，且多機系統(tǒng)的波動較大，多機系統(tǒng)里加入了PID控制器，初始的電功率波動可以很快趨于穩(wěn)定。 6 總結(jié) 在所有電力系統(tǒng)的復(fù)雜現(xiàn)象中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最難以理解而最富有挑戰(zhàn)性。并且隨著近年來電網(wǎng)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提出了更高的要求，同步發(fā)電機作為電力系統(tǒng)中的一個核心元件，它的安全穩(wěn)定運行對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起著非常關(guān)鍵的作用。通過在MATLAB/simulink環(huán)境下建立單機

29、無窮大系統(tǒng)和多機系統(tǒng)，仿真分析了加PSS和未加PSS的勵磁系統(tǒng)受機械轉(zhuǎn)矩小擾動和接地短路大擾動的影響，大擾動又受不同短路故障類型、短路故障持續(xù)時間的影響。單機利用PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)將發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋給發(fā)電機，多機反饋，可以有效防止或降低電網(wǎng)低頻振蕩，從而提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 經(jīng)過此次研究，我們也發(fā)現(xiàn)，利用MATLAB對PSS及發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行仿真，能達到良好的仿真效果。其仿真準(zhǔn)確度高，建模及運行速度快，具有常規(guī)軟件仿真所沒有的優(yōu)點，可以繼續(xù)利用MATLAB進行其他電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題的仿真研究。 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的

30、畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提

31、交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律

32、后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容

33、包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它