（电力系统及其自动化专业论文）负荷特性对pss参数整定的影响.pdf

、 、 l k i 华北电力大学硕士学位论文 l i l i l i l r l 1 l l li i if 1l l y 17 9 6 3 5 1 摘要 文章介绍了单点最优法、两点拟合法、四点拟合法和基于最小误差和的p s s 参 数整定方法，并基于云南电网低频振荡情况对云南电网参与低频振荡的主要机组应 用两点拟合法与最小误差平方和的方法进行p s s 参数评估。机端负荷模型对机端加 速功率和频率产生直接影响，本文着重推导机端负荷模型为静态负荷模型时单机无 穷大系统传递函数的各个系数，分析负荷模型对p s s 输入信号的影响，并进一步分 别讨论了在不同工况下、不同机端负荷率情况下机端负荷模型对p s s 参数整定的影 响，就得到的一些结论基于3 机9 节点系统和云南电网进行验证。分析表明，负荷 模型、机端负荷率和发电机出力对p s s 参数整定都有一定程度的影响，且负荷模型 对p s s 参数整定的影响程度随着发电机出力和机端负荷率的变化而变化。 关键词：低频振荡，p s s ，参数整定，参数评估，负荷模型，机端负荷率 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e sf o u rps sp a r a m e t e rt u n i n gm e t h o d si n c l u d i n gs i n g l e p o i n to fo p t i m a l ，t w op o i n t sf i t t i n g ，f o u rp o i n t sf i t t i n ga n dm i n i m u m s u mo fs q u a r e o fd e v i a t i o n s ，e v a l u a t e st h ep s sp a r a m e t e r so ft h e s eu n i t sw h i c hm a i n l yp a r t i c i p a t ei n l o w f r e q u e n c yo s c i l l a t i o nu s i n gf o u rp o i n t sf i t t i n ga n dm i n i m u ms u mo fs q u a r eo f d e v i a t i o n sb a s e do n l o w f r e q u e n c yo s c i l l a t i o n s o fy u n n a np o w e rg r i d t h e m a c h i n e s i d el o a dm o d e lh a sad i r e c ti m p a c to na c c e l e r a t i o np o w e ra n df r e q u e n c y , s oe a c hc o e f f i c i e n to fs i n g l em a c h i n ei n f i n i t e b u ss y s t e mt r a n s f e rf u n c t i o ni sa l s o d e r i v e d t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei m p a c to ft h el o a dm o d e lo np s si n p u ts i g n a l ， f u r t h e rd i s c u s s e st h ei m p a c to ft h el o a dm o d e lo np s sp a r a m e t e rt u n i n gi nd i f f e r e n t c o n d i t i o n sa n dm a c h i n e s i d el o a dr a t ea n d v e r i f yt h ec o n c l u s i o n s b a s e do n 3 - m a c h i n e9 - b u ss y s t e ma n dt h ey u n n a np o w e rg r i d a n a l y s i ss h o w st h a tt h el o a d m o d e l ，m a c h i n e s i d el o a dr a t ea n dg e n e r a t o ro u t p u th a v eac e r t a i nd e g r e eo f i n f l u e n c et ot h ep s sp a r a m e t e rt u n i n g ，a n dt h e d e g r e eo fi n f l u e n c eo ft h el o a d m o d e lc h a n g e sw h i l et h em a c h i n e s i d el o a dr a t ea n dg e n e r a t o ro u t p u ta r ed i f f e r e n t s h u a il i ( p o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f h er e n m u k e yw o r d s ：l o w - f r e q u e n c yo s c i l l a t i o n ，p s s ，p a r a m e t e rt u n i n g ，p a r a m e t e r e v a l u a t i o n ，l o a dm o d e l ，m a c h i n e s i d el o a df a c t o r o f 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章引言1 1 1 研究背景及意义l 1 1 1 研究背景一l 1 1 2 研究意义l 1 2 国内外研究现状。2 1 2 1 低频振荡研究现状2 1 2 2p s s 参数整定研究现状2 1 2 3 负荷对p s s 参数整定影响的研究现状3 1 3 本文所研究的主要内容3 第二章负荷模型对p s s 参数整定影响理论推导5 2 1 单机无穷大系统传递函数推导5 2 1 1 传递函数框图中系数k i - k 6 的推导5 2 1 2 传递函数框图及各系数意义8 2 2 初值的计算9 2 3 同步转矩系数与阻尼转矩系数的推导1 0 2 3 1 快速励磁系统。1 0 2 3 2 常规励磁系统1 2 2 4 阻尼转矩受k 5 的影响1 2 2 5p s s 输入信号a p e 的大小及相位l3 第三章p s s 模型及其工作原理1 4 3 1p s s 的作用。1 4 3 2p s s 模型1 4 3 2 1p s s 传递函数框图1 4 3 2 2p s s 输入信号1 5 3 2 3p s s 主要环节的作用1 5 3 3p s s 工作原理。16 3 3 1 电磁功率信号输入1 6 3 3 2 转速偏差信号输入1 7 第四章p s s 参数整定1 8 4 1p s s 参数整定的一般步骤。1 8 4 1 1 振荡频率的确定1 8 4 1 2 补偿角度的确定19 4 2p s s 时间常数整定2 0 4 2 1 单点最优法2 0 4 2 2 两点拟合法2 l 4 2 3 四点拟合法2 2 4 2 4 基于最小误差和的p s s 参数整定方法2 2 4 3p s s 放大倍数整定2 4 华北电力大学硕士学位论文 4 4 本章小结2 4 第五章云南电网p s s 参数评估2 6 5 1 居普渡机组p s s 参数评估2 6 5 1 1 机组相位频率特性2 6 5 1 2 机组参数评估2 6 5 2 西洱河三级舵机组p s s 参数评估。2 8 5 2 1 整定参数与现有参数2 8 5 2 2 补偿效果比较2 8 5 2 3 小扰动稳定分析比较2 9 5 2 4 故障比较2 9 5 3 漫湾机组p s s 参数评估3 0 5 3 1 机组相位频率特性3 0 5 3 2 机组参数评估。3 0 5 4 本章小结3 2 第六章负荷模型对p s $ 参数影响实例分析3 3 6 1 负荷模型对p s s 输入信号的影响3 3 6 2 负荷模型对p s s 参数整定的影响3 3 6 2 1 特定工况下负荷模型对p s s 参数整定的影响。3 3 6 2 2 机端负荷率对p s s 参数整定的影响。3 4 6 2 3 发电机出力对p s s 参数整定的影响3 6 6 3 负荷模型对p s s 参数整定的影响的3 机9 节点系统验证3 7 6 3 1 特定工况时的验证3 8 6 3 2 机端负荷率对p s s 参数整定影响验证3 9 6 3 3 发电机出力对p s s 参数整定影响验证4 l 6 4 负荷模型对p s s 参数影响的云南电网实际机组验证4 2 6 5 本章小结4 3 第七章结论4 5 参考文献4 7 致谢5 0 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 1 一 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第一章引言 随着电网规模的不断增大，我国电网出现了远距离大容量功率传输现象，远距 离输电给电力系统带来诸多稳定方面的问题，在系统连接薄弱环节，当系统受到扰 动时，发电机之间发生相对摇摆现象，使得联络线功率在很小范围内波动，起振频 率一般在0 1 2 5 h z 之间，所以称为低频振荡，低频振荡的振荡周期长，波及范围 广，给电力系统安全稳定运行带来很大的危害。在电力系统中，有些低频振荡有可 能在一段时间后平息，而有些低频振荡可能会由于系统阻尼不够或是欠阻尼得不到 平息甚至出现增幅振荡。近年来高增益快速励磁系统在电力系统的广泛应用，恶化 了系统振荡阻尼，增加了系统发生低频振荡的几率，使得低频振荡问题日益突出， 引起了电力研究部门和电力运行部门的广泛关注。 自低频振荡出现在电力系统中，电力工作者就开始研究其振荡机理，寻求抑制 低频振荡的有效措施，其中，p s s 的使用是较为广泛也是较为有效的措施。p s s 最 先是在国外应用，当国内低频振荡问题显得日益严重并威胁电力系统安全运行的时 候被引入国内。近年来p s s 抑制低频振荡的理论研究也日趋成熟，而对于负荷的研 究，由于负荷的时变性、随机性、多样性等特点，给负荷模型的研究带了很大的困 难。多年来，人们倾向于用近似的负荷模型来研究电力系统，因而往往出现了研究 结果不能重现系统实际情况的现象。在p s s 设计过程中，传统的p s s 都是针对特定 的振荡模式和本机信号来进行参数整定的，当振荡模式发生变化时并不一定提供很 好的阻尼。同时，负荷作为影响低频振荡一个主要因素，p s s 参数整定不能忽略负 荷的影响。传统的认为使用保守的负荷模型就能在比较恶劣的事故发生的时候也能 使系统稳定，而实际上当p s s 和负荷相互作用的时候使用保守的负荷模型会得到相 反的结论，这一点文献【4 】已经给了例子说明。低频振荡分析一般针对小扰动稳定分 析，在整定p s s 参数时既要考虑系统受n d , 扰动时的稳定性，也要同时考虑系统受 到大的打扰时的稳定性和负荷模型对参数整定的影响。 1 1 2 研究意义 近年来，世界乃至我国不断发生低频振荡，严重影响电网的安全稳定运行。p s s 作为抑制低频振荡强有力的手段被国内外广泛用来提高系统动态阻尼以抑制低频 振荡。然而，只有p s s 参数整定得合理p s s 才有可能提供恰当的阻尼，传统的p s s 参数整定方法根据机组参与的低频振荡频率进行单点最优补偿，这种整定方法整定 l 华北电力大学硕士学位论文 的p s s 参数对特有的振荡模式有很好的抑制效果，但对运行方式的适应性较差，一 旦机组参与的振荡模式发生变化p s s 不一定能提供很好的阻尼。 云南水电资源非常丰富，随着大量水电的接入，线路潮流普遍加重，系统薄弱 环节增多，影响系统阻尼特性的因素增多。目前云南电网在不同区域多次发生低频 振荡，严重影响了云南电网的稳定性和输送能力。如何增强云南电网的动态阻尼， 提高各断面的输送能力，是最迫切现实的工作。现在的电力系统已有一部分发电机 组安装了p s s ，现有p s s 安装情况和参数设计对现有电力系统低频振荡的抑制情况 怎样? 当系统不能进行现场试验来验证不同振荡模式时p s s 的抑制效果，用什么样 的方法来进行p s s 参数评估，对于没有安装p s s 的机组，怎样进行离线整定以达到 p s s 在较宽频段内抑制低频振荡，甚至在大扰动情况下也能提供很好的阻尼? 另外， 机端负荷作为影响发电机机端电磁功率的一个很重要的因素，其对机端功率的变化 有什么影响，对p s s 的输入信号和p s s 参数整定又有什么影响? 在进行p s s 参数 整定时，应该在考虑频段的前提下怎么综合考虑机端负荷的影响? 这些都是有待于 进一步研究的内容。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 低频振荡研究现状 自低频振荡出现以来，为了能更好的寻求抑制低频振荡的发生，国内外对低频 振荡进行了大量的研究，包括对其产生原因、产生机理、现象及其抑制方法方面的 研究。文献 5 指出，远距离、重负荷输电，是产生低频振荡的第一原因；高放大 倍数、快速励磁的励磁系统，是引起低频振荡第二原因。高放大倍数不但加剧了减小 电气阻尼，而且由于励磁系统和发电机电磁回路本身的滞后特性，使得动态稳定性下 降，导致低频振荡的发生。文献 7 通过数学推导以及实验验证，系统的总阻尼在 调节某些参数( 如增益k ) 的情况下不变，当通过增大增益以达到增加某些模式阻尼 的作用时将减少某些模式的阻尼( 包括机电模式或是非机电模式阻尼) ，因此不能片 面的增加某一低频振荡模式的阻尼，而应全面的考虑，进行协调控制。在低频振荡 机理和分析方法方面，文献 9 首次提出了低频振荡共振机理，丰富了低频振荡 的振荡机理的理论。文献 8 进一步阐述了包括负阻尼机理、参数谐振机理、分 叉理论、强制性共振机理、混沌现象这几种振荡机理，其中负阻尼机理是研究最早 也是最成熟的。该文献还综述了低频振荡常用分析方法和控制方法。在抑制低频振 荡方面，大多文献研究的是p s s 抑制低频振荡的研究，这也是目前抑制低频振荡最 廉价、最有效、使用得最普遍的方法。 1 2 2p s s 参数整定研究现状 2 华北电力大学硕士学位论文 p s s 参数整定所涉及到的参数较多，主要是相位补偿和p s s 增益的设计。相位 补偿主要是针对励磁系统和发电机造成的相位滞后进行补偿。增益主要是为了给系 统提供足够的阻尼以抑制系统有可能出现的低频振荡。文献 1 l j q b 通过对单机无穷 大系统的分析，得到p s s 对励磁系统的相频特性有良好的补偿效果的结论。同一台 发电机，可能同时参与局部振荡和区域间振荡，其参数整定应全面考虑对这两种振 荡模式的影响，一般要为局部振荡模式提供恰当的阻尼，而对区域问振荡应提供较 强的阻尼【1 2 1 。但是，在保证机电振荡模式的阻尼增加的同时，不可忽视非机电振 荡的稳定情况，文献【1 3 】提出p s s 增加阻尼的实质是从非机电振荡模式借阻尼， 机电振荡阻尼增加的同时非机电振荡的动态稳定受到影响。在进行参数整定时，应 把参数整定得既要增强机电振荡的阻尼，又要保证非机电振荡动态稳定不受太大的 影响，应合理的恰当的借阻尼。文献【1 4 】针对通过单点最优法来设计的参数对系统 网络结构和运行方式变化时补偿效果不一定好而需要重新调整p s s 参数的问题，提 出了两点法和四点法的p s s 参数设计方法，这两种方法都有较宽的频段适用范围， 两点法有特定的计算公式，四点法比两点法的拟合效果好，但是四点法通过迭代方 法得到参数值，因此对初值有一定要求。文献1 1 5 针对当前p s s 相位参数现场整定 过程中，存在较难统筹考虑到整个低频( o 2 2 h z ) 的现状，提出一种基于遗传算法的整 定方法，对机组p s s 运行参数进行优化整定计算，该方法为p s s 参数现场优化整定提 供了新的思路。文献 1 6 1 通过频域分析法识别p s s 主信号和非主信号的通过能力， 根据p s s 工作主信号来进行p s s 各环节的时间常数的整定，这种方法简单方便，但 是缺乏对实际电力系统的验证。文献【2 0 】充分利用广域信息的p m u w a m s 技术在 电力系统稳定控制中的应用，根据线性系统能观测性与能控制性理论，基于留数的概 念，提出了广域p s s 控制策略。这种方法通过留数矩阵提供了系统中任意输入信号 和输出信号的传递函数关系，因此可以进行各种不同类型的阻尼控制器设计，选取最 佳观测地点和最佳控制地点。 1 2 3 负荷对p s s 参数整定影响的研究现状 在p s s 参数整定过程中，很多方法都趋向于脱离负荷的影响来整定参数，实际 上，负荷与p s s 共同作用可能会导致人们意想不到的结果产生。文献 4 】研究了系 统中负荷与p s s 相互作用，指出不同的负荷特性影响p s s 控制信号的幅值和相位。 在p s s 参数整定计算中往往忽略了负荷的影响，采取所谓保守的做法，造成很大的误 差，使得保守与乐观易位，在系统重负荷的条件下表现尤为突出，从而出现了动态数据 库不能重现1 9 9 6 年8 月1 0 日系统事故的情况。 1 3 本文所研究的主要内容 ( 1 ) 学习低频振荡产生的原因和低频振荡机理，熟悉掌握p s s 各个环节的作 3 华北电力大学硕士学位论文 用及其抑制低频振荡的原理。 ( 2 ) 推导机端带静态负荷时单机无穷大系统传递函数框图，阐述各系数的物 理意义。并对机端电磁转矩的同步转矩和阻尼转矩进行详细分析。 ( 3 ) 阐述p s s 参数整定的四种方法，包括单点最优法、两点拟合法、四点拟 合法和基于最小误差和的p s s 参数整定方法，并对比各自的优缺点，选出合适的方 法用于p s s 参数评估和研究负荷模型对p s s 参数整定的影响。 ( 4 ) 应用b p a 小扰动稳定分析程序，对云南电网进行低频振荡分析，找出与 云南电网低频振荡强相关的机组，应用两点拟合法和基于最小误差和的方法对云南 电网进行p s s 参数评估，并用小扰动稳定分析和故障情况对整定后的p s s 参数的效 果进行进一步验证。 ( 5 ) 分析负荷模型对p s s 输入信号的影响，进一步分析其对p s s 参数整定的 影响。并具体研究特定工况下、发电机出力和机端负荷率不同的情况下负荷模型对 p s s 参数整定的影响。 ( 6 ) 应用3 机9 节点系统和云南实际电网，验证负荷模型、发电机出力和机 端负荷率对p s s 参数整定的影响。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章负荷模型对p s s 参数整定影响理论推导 2 1 单机无穷大系统传递函数推导 为了概念清楚，便于理解，本文通过推导单机无穷大系统带机端负荷时的传递 函数框图。由于南方电网采用的负荷模型为静态负荷模型，因此推导过程中考虑机 端负荷模型为静态负荷模型的电压指数模型，并忽略负荷模型的频率特性。 2 1 1 传递函数框图中系数k i - 一k 6 的推导 如图2 1 的单机无穷大系统，发电机g 的机端电压为u o ，电流为i ，无穷大 母线的电压为u ，输电线阻抗为z ，对地导纳为g + 弘，发电机输出功率为+ _ ，q ， 机端负荷为弓+ - ，g 。 图2 1 单机无穷大系统图2 2 电流电压相量图 图2 2 是单机无穷大系统的电流、电压相量图，定义艿为q 轴与同步旋转轴的 夹角( 即发电机的功角) ，r o 为定子绕组的相电阻。令： i = l d + j i q u g = u 七j u g q u = u ( s i n a + j c o s 艿) 机端负荷为静态负荷模型，表达式为： 肚昂( 净 q = q ：d ( 净 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) 下标0 表示系统稳态运行时的值，b p 为负荷有功电压指数，刀叮为负荷无功电压 指数。当以，、分别为2 、1 、0 时机端负荷分别为恒阻抗、恒电流、恒功率负荷。 5 华| 匕电刀大字坝士字位论又 j ：了u g - u + ( 掣盟) 。+ ( g + 弘) 吼 =墅兰鱼l三三二堕!r；吾三掣+【二一】+(g+弘，(u。+u岛) + x 、 u n | + i u 。| ? o _ 一p 谢7j 国j ：! 丝二竺掣坠垒：竺! ! ! 鱼! 垄+ ，堡垒二竺! ! ! 塑拿二! 坠二竺! 垫垄茎( 2 5 ) r 24 - x 2 ， r 2 + x 2 r 吖 + ! ! 盖：兰二竺! 盖! 二兰一，竺! 益：二兰二! ! 老! 兰 u 0 u 文 j u 0 u + ( g u 0 一b u e , ) + ( g u 二+ 6 u 二) ；( u 倒一us i n 万) r + ( u g 0 一uc o s 万) x 卜矿l 一 尺2 + x 2 + _ ，堕竺笔笔# 些坐 + p o ( f f - ：o ) u e a i 广u a ，竺：! 妾竺：二! 莹兰 ) 。 u 甜2 + u 回2 j u 甜2 + u 回2 、7 + ( g u c a b u 回) + j ( g ug ；，+ b u 础) i d - - - - 页丁拿i 了c ，倒+ 页丁享_ 百c ，国一页丁等j 了( 尺s m 万+ x c o s 万) + 【p g 。o ，u g ( p - 2 ) u g d i u q _ _ g _ 。l 1 _ o u o t n e - 2 ) u c , q i - ( g u 甜一6 u 回) ( 2 7 ) 驴参吁专吁南刚一叫， + 痞u 纠u 回一荔u g 纠u c a + ( g u 回+ 6 u 例) = = 日乙k 厶u g = i 了巧1 _ 函i 芒j 而 ( 2 9 ) 蜘僦= x q 厶l q 蜘g q = 龃i x d l 缱d m 1 0 、 岈耐粉= 等( 峨叫 铬心( 2 1 1 )。鬈手+ ( l 厶) 2 o 一勺叫一引o 一矿一叮 p 一， 虬= 矿冬+ 万冬+ 矿警( x s i n 瓯一r s a o ) a 万+ g ( ，。一u 回 “ + 赤( p ) u g o ( _ - 3 ) u g a 芦u 矿嘉咿2 忉矿嚣( ) u o o c - 3 ) u 驴u g + 鲁时啕 。 ( 2 1 2 ) q = 页笔f 一i 丽x + i 若；( r s i l i 磊+ x c 。s 磊) 万+ g u 面眺u 耐 + 嘉( 一) u c , o t , - 3 ) u 舻u 口+ 嘉时哪c ，g _ 器( 一妒g o ( , - 3 ) u c a o u 厂鲁时哪 6 兰! ! 里塑莶兰堡主兰篁丝苎 ( 2 1 3 ) 虬= 【南+ 去a 0 4 u a q o u o d - 2 ) + 嘉( ，n q - 2 a 。o u o d o ( a q o ( ) + 等一峨虬= 【南+- 2 ) + 羔u) + 羔一峨 + i ( z s i n 磊一r c o s 磊) j ( 2 1 4 ) 一( 南+ 尝u o o 嘣n p - 2 ) + 等2 ( n 。- 2 ) + 等一功局虬 鸽2 【南+ ( n p - 2 ) 去u a o 2 弋_ 2 ) 县c ，回o + v o ：+ g m + 矗暑( r s i n 磊+ x c 。s 万o ) a 8 ( 2 1 5 ) + 【一南+ ( n v - - 2 瓦v o 。u 国d n q - 2 ) 等2 一等+ 6 】五虬 驴南+ 击( n p - 2 ) + 等哳2 - 2 ) + 嘉- 6 ( 2 - 1 6 ) 驴丢一瓦p ouc 田o u “n p - 2 ) + u 羔0 4u g d 0 2 ( n q - 2 ) + 等- 6 ( 2 1 7 ) r , - d + p o 。u 。( n p - 2 ) 一云q g o 。u o q o u “n q - 2 ) + 嘉+ g ( 2 _ 1 8 ) 局一i 考暑( x s i n8 - r c o s 艿) = i ( r s i n6 + x c 。s 万) ( 2 - 1 9 ) 匕2 击2 杀乃= 去= 去 。， 阱 水+ 睁 ( 1 ) k l ，k 2 的推导 a t = k l a 8 + k 2 峨( 2 2 2 ) 砰k 。4 麓 + k 。4 会笼 = 矽倒。o 【瓮 + 阮。札l l - - a 繁、，j 丌l 等- - q d l + 阳l j 峨 = p 甜。一。u 嘶。+ l 。】( 乏 + 乏 j + 。嵋。 2 - 2 3 出，叫k c 叫儿蚓嵋+ 睁卜峨 7 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 玛，蜀的推导 卧卧 乏m 篇巍。 ( 墨+ s 巧o ) 日= a e ：一k 4 万 ( 2 2 5 ) ( 1 + j ) 蟛= 呼一( 局一e ) 屿= a e ：一( 局一髟) ( 匕峨+ 磊( 2 - 2 6 ) 【1 + ( k 一叉二) 匕+ s t 2 0 】e = 巧一c k 一叉二) 日万( 2 2 7 ) 墨= 1 + ( 局一髟) 匕( 2 2 8 ) k 4 = ( 局一蜀) 乃( 2 2 9 ) ( 3 ) 墨，k 6 的推导 a u a = 墨万+ k 6 e( 2 - 3 0 ) u 昙= 吒+ ( 2 3 1 ) u g = u 【，6 ；g a 。o a u c , a + u u 国- - - g - 。& 。【，回 ( 2 3 2 ) 根据前面推导的与心，与鸲、峨的关系 们g = 等x 。( y q a e q + 蝴+ 等 a g q t 引( y a a e q + 兄蚴】( 2 - 3 3 ) k ，= 一坠u 型乃+ 坠直(234)u g o 4 go口 、， 耻一等引l + 等吼+ 等 2 1 2 传递函数框图及各系数意义 根据前面推导的单机无穷大系统各个系数，单机无穷大系统可简化为如图2 3 所示的传递函数框图。 8 华北电力大学硕士学位论文 图2 3 单机无穷大系统传递函数框图 k 。相当于同步转矩，反映同步电机的自同步能力。的另一个分量与a e 成。 正比，即与转子绕组磁链成正比，比例系数为k ，。 呱的一个分量与衄，成正比，反映的是衄。与励磁电流成正比的部分，另一 个分量与a d 成反比，比例系数是k ，它实际反映了定子电流的去磁效应。 u 疗也由两个分量组成。一个分量与衄。成正比，其比例系数为k 。；另一个 分量与万成正比，其比例系数为k 。 2 2 初值的计算 计算参数墨一k 。时不可避免的必须先计算运行工况的初值，这不仅是分析低频 振荡的基础，也是仿真工作的第一任务。设稳定运行条件下发电机的有功功率、 无功功率q 、机端电压已知。对于图2 1 表示的单机无穷大系统，有： + _ ，q = ( i d + ，口) ( u 0 + u g 叮) ( 2 - 3 6 ) 其中：表示共轭，将上式展开后得到： = i d + ，口 ( 2 - 3 7 ) q = i d 一 ( 2 - 3 8 ) 消去定子直轴电流l ，有 u 国一q u 甜：i , u 2 a ( 2 - 3 9 ) 由图2 2 并忽略定子绕组电阻得： u g d = xqlq(2-40、) 昵：u 乞+ u 乞 ( 2 4 1 ) 由式( 2 4 0 ) 、( 2 - 4 1 ) 解出l 和u a q ，并将其代入式( 2 3 9 ) ，有 9 华北电力大学硕士学位论文 解出后： u 甜= 再雹p 丽, u a 一_ v 厩2 2 2 等，厶= 警 只；警刚，q = 譬一等训 t 五a 燮盟黑掣：= 岛口u 2 j t 9 , , 2 拈一坂笳， 2 3 同步转矩系数- q 阻尼转矩系数的推导 ( 2 4 2 ) ( 2 4 3 ) ( 2 - 4 4 ) ( 2 - 4 5 ) ( 2 4 6 ) ( 2 - 4 7 ) 用同步转矩和阻尼转矩分析同步电机受小干扰后的动态过程，又称稳态小值振 荡分析，是一种很有效、概念很清晰的方法，在许多文献中都加以采用。对发电机 振荡过程的研究表明，在多数情况下，决定发电机转子振荡的量艿、缈是与机械 惯性时间常数有关的，它的振荡频率低且衰减较慢；而与励磁系统有关的变量如 丝，、地等是由相对小的时间常数决定的，振荡频率较高且衰减较快。因此当研 究与转子振荡有关的过程时，可以认为快速过程已经结束。 2 3 1 快速励磁系统 快速励磁系统传递函数如( 2 - 4 8 ) = 矗 呜一矗( k s a 万+ f 6 ) ( 2 - 4 8 ) ( 2 4 9 ) 一：缈志酗万。， 一志矗( 删+ 瓦蟛) 一志酗万 一吖 华北电力大学硕士学位论文 根据( 2 5 0 ) 解出： 缸：一型望堕坚堕l 艿 9 0 + s l ) ( 局+ s ) + 瓦吒 由于l 很小( 如：大朝山电厂t ：0