1、North China Electric Power University第七講 同步發電機勵磁控制系統及特性分析（5）主講人：李巖松華北電力大學電氣與電子工程學院North China Electric Power Universitypage22022-2-6第四章 同步發電機勵磁控制系統及特性分析 本章運用自動控制理論來分析同步發電機自動勵磁調節的動態特性及其對電力系統動態穩定的影響North China Electric Power Universitypage32022-2-6第七節 低頻振蕩與電力系統穩定器PSSl 低頻振蕩或者功率振蕩常出現在長距離、重負荷輸電線上，低頻振蕩或者功

2、率振蕩常出現在長距離、重負荷輸電線上，特別是在特別是在快速高頂值倍數勵磁系統的條件下更容易發生，快速高頂值倍數勵磁系統的條件下更容易發生，這是這是因因為為互聯系統缺乏阻尼而造成互聯系統缺乏阻尼而造成的。的。物理系統物理系統數學建模數學建模物理映射物理映射數學分析數學分析l 發電機經輸電線路并列運行，在擾動下會發生發電機轉子間發電機經輸電線路并列運行，在擾動下會發生發電機轉子間的相對搖擺，并在缺乏阻尼時引起持續振蕩。此時，輸電線上的相對搖擺，并在缺乏阻尼時引起持續振蕩。此時，輸電線上功率也會發生相應的振蕩。由于其振蕩頻率很低，一般為功率也會發生相應的振蕩。由于其振蕩頻率很低，一般為0.2-2.5

3、Hz，故稱為低頻振蕩（又稱為功率振蕩，機電振蕩），故稱為低頻振蕩（又稱為功率振蕩，機電振蕩）l 低頻振蕩的解決辦法是低頻振蕩的解決辦法是：在勵磁系統引入適當的信號在勵磁系統引入適當的信號 ，以增，以增強系統的阻尼強系統的阻尼。North China Electric Power Universitypage42022-2-6一、同步發電機的動態方程在描述同步發電機的動態方程時，考慮在處于小擾動情況下運在描述同步發電機的動態方程時，考慮在處于小擾動情況下運動方程可以進行線性化。動方程可以進行線性化。假設條件是：假設條件是：1、忽略阻尼效應。、忽略阻尼效應。2、忽略定子繞組的電阻。、忽略定子繞組的

4、電阻。3、在定子和負荷的電壓方程中，、在定子和負荷的電壓方程中，d、q軸的感應電動勢中軸的感應電動勢中 與轉速電動勢與轉速電動勢 相比可以忽略。相比可以忽略。4、感應電動勢中、感應電動勢中 近似等于近似等于5、選定初始點后，飽和效應可以忽略。、選定初始點后，飽和效應可以忽略。dtdddtdqqd0North China Electric Power Universitypage52022-2-61、暫態電動勢的方程式發電機的用電機參數表示的同步電機方程：發電機的用電機參數表示的同步電機方程：2121ddqqqqqdddeeiXeeiX定子繞組磁鏈方程定子繞組磁鏈方程qddqqaaqddiRpu

5、iRpu定子繞組電壓平衡方程定子繞組電壓平衡方程轉子繞組磁鏈方程轉子繞組磁鏈方程轉子繞組電壓平衡方程轉子繞組電壓平衡方程21 2 121 2 1ddqqqddqqqqdqqqdqqdddqqddddqdddqeeiXXeeXXXXeiXXeeeiXXeeXXXXeiXXe2 0102 010dqqqqdqddqqddddqdqfqqdeXXXXpeTepeTeXXXXpeTeEpeTNorth China Electric Power Universitypage62022-2-61、暫態電動勢的方程式其中，定義如下變量：其中，定義如下變量：QaQdDaDqgagdfafqiXeiXeiXei

6、Xe2211QQaQqDDaDqggagdffafqXXeXXeXXeXXe ffaffquRXENorth China Electric Power Universitypage72022-2-61、暫態電動勢的方程式在實際應用中常根據對分析和計算精度要求的不同，在實際應用中常根據對分析和計算精度要求的不同，對同步發電機的方程進行簡化。對同步發電機的方程進行簡化。1、三繞組（、三繞組（f、D、Q）轉子模型）轉子模型轉子轉子q軸通常只考慮一個等值阻尼繞組軸通常只考慮一個等值阻尼繞組Q，認為，認為g繞組不存在。繞組不存在。0, 0,ggaggiXX定子電壓平衡方程和定子磁鏈方程不變。定子電壓平衡

7、方程和定子磁鏈方程不變。2、兩繞組（、兩繞組（f、g）轉子模型）轉子模型轉子轉子q軸通常只考慮一個阻尼繞組軸通常只考慮一個阻尼繞組g，認為，認為D、Q繞組不存在。繞組不存在。QDXX0fQaQfDaDXXXX0QDQDii定子電壓平衡方程不變。定子電壓平衡方程不變。North China Electric Power Universitypage82022-2-61、暫態電動勢的方程式3、不計阻尼繞組的模型、不計阻尼繞組的模型不計阻尼繞組的影響。不計阻尼繞組的影響。gQDXXX0gQDgQDiii所有與阻尼繞組所有與阻尼繞組g、D、Q有關的互阻抗都為零。有關的互阻抗都為零。定子電壓平衡方程不變

8、定子電壓平衡方程不變qqqddqdiXiXe定子繞組磁鏈方程定子繞組磁鏈方程fqdddqqdEiXXepeT0轉子電壓平衡方程轉子電壓平衡方程ffaffqDaDqfafqqfqqdqddddqdddquRXEiXeiXeeEpeTeXXXXeiXXe21102 1North China Electric Power Universitypage92022-2-61、暫態電動勢的方程式4、 恒定模型恒定模型qE 這個模型認為勵磁繞組暫態過程和勵磁調節器共同作用使得：這個模型認為勵磁繞組暫態過程和勵磁調節器共同作用使得：consantEiXXefqdddq0qpe5、經典模型、經典模型 經典模型是

9、將同步電機看成一個帶內阻抗的簡單電源，內阻經典模型是將同步電機看成一個帶內阻抗的簡單電源，內阻抗的電阻部分等于定子繞組的電阻，電抗部分等于抗的電阻部分等于定子繞組的電阻，電抗部分等于d軸暫態電抗，軸暫態電抗，電源電動勢的大小在暫態過程中保持不變。電源電動勢的大小在暫態過程中保持不變。IjXRUEaa 這個模型與經典模型是電力系統機電暫態過程分析中早期采用這個模型與經典模型是電力系統機電暫態過程分析中早期采用的兩種模型。這兩種模型都不計阻尼繞組對暫態過程的影響。的兩種模型。這兩種模型都不計阻尼繞組對暫態過程的影響。North China Electric Power Universitypage

10、102022-2-61、暫態電動勢的方程式fqdddqqdEiXXepeT0在這里采用在這里采用 “3不計阻尼繞組的模型不計阻尼繞組的模型”dtdeTeEiXXeeqdqfqdddqq000qdqqdqdedddqqEsTEdtdETEEIXXEEdddqddeIXXEsTE01North China Electric Power Universitypage112022-2-61、暫態電動勢的方程式qededGdqedeqGqIXIRUUUIRIXUUUsincosddqqGIXEU eqqedqdXXUIXXUEI/cos/sin00 edddededddedqXXXXUKXXXXKsTK

11、KKEsTKKE0430343033/sin/11dddqddeIXXEsTE01North China Electric Power Universitypage122022-2-62、發電機轉子運動方程和電磁轉矩方程emMMdtdJdtdJJ22ddqdqqqqdqqGddGGeIXEUIXUIUIUPM020000121cossinqedeqQeqqeddqqeIXXXXKEXXUUIXXXXKEKKMNorth China Electric Power Universitypage132022-2-63、發電機端電壓方程222qGdGGUUUddqqGqqdGIXEUIXUedGeqG

12、eqGdGqedGqGdqGXXUXUKXXUUUXXXUUUXKEKKU006000000565cossinNorth China Electric Power Universitypage142022-2-64、海佛榮-飛利浦斯（Heffron-Philips）模型 edddededddedqXXXXUKXXXXKsTKKKEsTKKE0430343033/sin/11020000121cossinqedeqQeqqeddqqeIXXXXKEXXUUIXXXXKEKKMedGeqGeqGdGqedGqGdqGXXUXUKXXUUUXXXUUUXKEKKU006000000565cossin

13、海佛榮海佛榮- -飛利浦斯飛利浦斯（Heffron-PhilipsHeffron-Philips）模型）模型North China Electric Power Universitypage152022-2-65、參數隨負荷變化的規律North China Electric Power Universitypage162022-2-6二、計及計及勵磁系統的同步發電機穩定性分析North China Electric Power Universitypage172022-2-6二、計及計及勵磁系統的同步發電機穩定性分析e22345e3e6( )()( )1MsK G KK GsG G K e1f

14、deGeEKGUT s2eSDMMM s 24562522226111eSdEQdEQKKKKKK KMTKT 24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT快速勵磁系統快速勵磁系統North China Electric Power Universitypage182022-2-6二、計及計及勵磁系統的同步發電機穩定性分析05K24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT05K（1）當負荷較輕時）當負荷較輕時勵磁系統加入后，機組的阻尼轉矩增大勵磁系統加入后，機組的阻尼轉矩增大（2）當負荷較重時）當負荷較重時245256

15、22226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT大大于于零零小小于于零零總的阻尼轉矩系數總的阻尼轉矩系數機組就發生振蕩失步機組就發生振蕩失步North China Electric Power Universitypage192022-2-6三、改善電力系統穩定性的措施PSS電力系統穩定器（電力系統穩定器（Power System Stabilizer，PSS）作用是產生一個正阻尼以抵消勵磁控制系統的負阻尼。作用是產生一個正阻尼以抵消勵磁控制系統的負阻尼。轉速信號經過轉速信號經過G（s）后引）后引至勵磁系統的電壓參考點至勵磁系統的電壓參考點North China Elec

16、tric Power Universitypage202022-2-61、PSS的傳遞函數若若GX（s）與）與GP（s）準確抵消，就可以提準確抵消，就可以提供正阻尼供正阻尼實際上，只要兩者的相頻特性實際上，只要兩者的相頻特性相似，也能提供正阻尼相似，也能提供正阻尼2e2e3 d06ed0 e3 e d0d0 es2e22xxxd0 e( )( )( )( )( )2( )( )( )PPXPG s KKM ssTKTKKssT TKTTT TG s KKsssT TG sG ssNorth China Electric Power Universitypage212022-2-62、PSS的基

17、本構成環節1、相位校正環節：用以抵消勵磁系統慣性環節的滯后角、相位校正環節：用以抵消勵磁系統慣性環節的滯后角 nsTsaTasG1112、信號復歸環節：在穩態時、信號復歸環節：在穩態時PSS不影響發電機的穩態運行電壓不影響發電機的穩態運行電壓 sTsKsGrerere1穩穩態態輸輸出出為為零零PSS的信號單元的傳遞函數的信號單元的傳遞函數 nreresTsaTsTsKsG111North China Electric Power Universitypage222022-2-62、PSS的基本構成環節 nsTsaTasG111 sTsKsGrerere1信號復歸電路信號復歸電路超前超前/滯后網絡滯后網絡North China Electric Power Universitypage232022-2-63、PSS的電路North China Electric Power Universitypage242022-2-64、PSS的算法 11222121kYTTTk