第7讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析(5)

1、North China Electric Power University第七讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析（5）主讲人：李岩松华北电力大学电气与电子工程学院North China Electric Power Universitypage22021-10-27第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析 本章运用自动控制理论来分析同步发电机自动励磁调节的动态特性及其对电力系统动态稳定的影响North China Electric Power Universitypage32021-10-27第七节 低频振荡与电力系统稳定器PSSl 低频振荡或者功率振荡常出现在长距离、重负荷输电线上，低频振

2、荡或者功率振荡常出现在长距离、重负荷输电线上，特别是在特别是在快速高顶值倍数励磁系统的条件下更容易发生，快速高顶值倍数励磁系统的条件下更容易发生，这是这是因因为为互联系统缺乏阻尼而造成互联系统缺乏阻尼而造成的。的。物理系统物理系统数学建模数学建模物理映射物理映射数学分析数学分析l 发电机经输电线路并列运行，在扰动下会发生发电机转子间发电机经输电线路并列运行，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。此时，输电线上的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。此时，输电线上功率也会发生相应的振荡。由于其振荡频率很低，一般为功率也会发生相应的振荡。由于其振荡频率很低，一般为0.2

3、-2.5Hz，故称为低频振荡（又称为功率振荡，机电振荡），故称为低频振荡（又称为功率振荡，机电振荡）l 低频振荡的解决办法是低频振荡的解决办法是：在励磁系统引入适当的信号在励磁系统引入适当的信号 ，以增，以增强系统的阻尼强系统的阻尼。North China Electric Power Universitypage42021-10-27一、同步发电机的动态方程在描述同步发电机的动态方程时，考虑在处于小扰动情况下运在描述同步发电机的动态方程时，考虑在处于小扰动情况下运动方程可以进行线性化。动方程可以进行线性化。假设条件是：假设条件是：1、忽略阻尼效应。、忽略阻尼效应。2、忽略定子绕组的电阻。、忽

4、略定子绕组的电阻。3、在定子和负荷的电压方程中，、在定子和负荷的电压方程中，d、q轴的感应电动势中轴的感应电动势中 与转速电动势与转速电动势 相比可以忽略。相比可以忽略。4、感应电动势中、感应电动势中 近似等于近似等于5、选定初始点后，饱和效应可以忽略。、选定初始点后，饱和效应可以忽略。dtdddtdqqd0North China Electric Power Universitypage52021-10-271、暂态电动势的方程式发电机的用电机参数表示的同步电机方程：发电机的用电机参数表示的同步电机方程：2121ddqqqqqdddeeiXeeiX定子绕组磁链方程定子绕组磁链方程qddqqa

5、aqddiRpuiRpu定子绕组电压平衡方程定子绕组电压平衡方程转子绕组磁链方程转子绕组磁链方程转子绕组电压平衡方程转子绕组电压平衡方程21 2 121 2 1ddqqqddqqqqdqqqdqqdddqqddddqdddqeeiXXeeXXXXeiXXeeeiXXeeXXXXeiXXe2 0102 010dqqqqdqddqqddddqdqfqqdeXXXXpeTepeTeXXXXpeTeEpeTNorth China Electric Power Universitypage62021-10-271、暂态电动势的方程式其中，定义如下变量：其中，定义如下变量：QaQdDaDqgagdfafq

6、iXeiXeiXeiXe2211QQaQqDDaDqggagdffafqXXeXXeXXeXXe ffaffquRXENorth China Electric Power Universitypage72021-10-271、暂态电动势的方程式在实际应用中常根据对分析和计算精度要求的不同，在实际应用中常根据对分析和计算精度要求的不同，对同步发电机的方程进行简化。对同步发电机的方程进行简化。1、三绕组（、三绕组（f、D、Q）转子模型）转子模型转子转子q轴通常只考虑一个等值阻尼绕组轴通常只考虑一个等值阻尼绕组Q，认为，认为g绕组不存在。绕组不存在。0, 0,ggaggiXX定子电压平衡方程和定子磁

7、链方程不变。定子电压平衡方程和定子磁链方程不变。2、两绕组（、两绕组（f、g）转子模型）转子模型转子转子q轴通常只考虑一个阻尼绕组轴通常只考虑一个阻尼绕组g，认为，认为D、Q绕组不存在。绕组不存在。QDXX0fQaQfDaDXXXX0QDQDii定子电压平衡方程不变。定子电压平衡方程不变。North China Electric Power Universitypage82021-10-271、暂态电动势的方程式3、不计阻尼绕组的模型、不计阻尼绕组的模型不计阻尼绕组的影响。不计阻尼绕组的影响。gQDXXX0gQDgQDiii所有与阻尼绕组所有与阻尼绕组g、D、Q有关的互阻抗都为零。有关的互阻抗

8、都为零。定子电压平衡方程不变定子电压平衡方程不变qqqddqdiXiXe定子绕组磁链方程定子绕组磁链方程fqdddqqdEiXXepeT0转子电压平衡方程转子电压平衡方程ffaffqDaDqfafqqfqqdqddddqdddquRXEiXeiXeeEpeTeXXXXeiXXe21102 1North China Electric Power Universitypage92021-10-271、暂态电动势的方程式4、 恒定模型恒定模型qE 这个模型认为励磁绕组暂态过程和励磁调节器共同作用使得：这个模型认为励磁绕组暂态过程和励磁调节器共同作用使得：consantEiXXefqdddq0qpe5

9、、经典模型、经典模型 经典模型是将同步电机看成一个带内阻抗的简单电源，内阻经典模型是将同步电机看成一个带内阻抗的简单电源，内阻抗的电阻部分等于定子绕组的电阻，电抗部分等于抗的电阻部分等于定子绕组的电阻，电抗部分等于d轴暂态电抗，轴暂态电抗，电源电动势的大小在暂态过程中保持不变。电源电动势的大小在暂态过程中保持不变。IjXRUEaa 这个模型与经典模型是电力系统机电暂态过程分析中早期采用这个模型与经典模型是电力系统机电暂态过程分析中早期采用的两种模型。这两种模型都不计阻尼绕组对暂态过程的影响。的两种模型。这两种模型都不计阻尼绕组对暂态过程的影响。North China Electric Powe

10、r Universitypage102021-10-271、暂态电动势的方程式fqdddqqdEiXXepeT0在这里采用在这里采用 “3不计阻尼绕组的模型不计阻尼绕组的模型”dtdeTeEiXXeeqdqfqdddqq000qdqqdqdedddqqEsTEdtdETEEIXXEEdddqddeIXXEsTE01North China Electric Power Universitypage112021-10-271、暂态电动势的方程式qededGdqedeqGqIXIRUUUIRIXUUUsincosddqqGIXEU eqqedqdXXUIXXUEI/cos/sin00 edddede

11、dddedqXXXXUKXXXXKsTKKKEsTKKE0430343033/sin/11dddqddeIXXEsTE01North China Electric Power Universitypage122021-10-272、发电机转子运动方程和电磁转矩方程emMMdtdJdtdJJ22ddqdqqqqdqqGddGGeIXEUIXUIUIUPM020000121cossinqedeqQeqqeddqqeIXXXXKEXXUUIXXXXKEKKMNorth China Electric Power Universitypage132021-10-273、发电机端电压方程222qGdGGU

12、UUddqqGqqdGIXEUIXUedGeqGeqGdGqedGqGdqGXXUXUKXXUUUXXXUUUXKEKKU006000000565cossinNorth China Electric Power Universitypage142021-10-274、海佛荣-飞利浦斯（Heffron-Philips）模型 edddededddedqXXXXUKXXXXKsTKKKEsTKKE0430343033/sin/11020000121cossinqedeqQeqqeddqqeIXXXXKEXXUUIXXXXKEKKMedGeqGeqGdGqedGqGdqGXXUXUKXXUUUXXXU

13、UUXKEKKU006000000565cossin海佛荣海佛荣- -飞利浦斯飞利浦斯（Heffron-PhilipsHeffron-Philips）模型）模型North China Electric Power Universitypage152021-10-275、参数随负荷变化的规律North China Electric Power Universitypage162021-10-27二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析North China Electric Power Universitypage172021-10-27二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析e22345e

14、3e6( )()( )1MsK G KK GsG G K e1fdeGeEKGUT s2eSDMMM s 24562522226111eSdEQdEQKKKKKK KMTKT 24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT快速励磁系统快速励磁系统North China Electric Power Universitypage182021-10-27二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析05K24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT05K（1）当负荷较轻时）当负荷较轻时励磁系统加入后，机组的阻尼转矩增大励磁系统加

15、入后，机组的阻尼转矩增大（2）当负荷较重时）当负荷较重时24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT大大于于零零小小于于零零总的阻尼转矩系数总的阻尼转矩系数机组就发生振荡失步机组就发生振荡失步North China Electric Power Universitypage192021-10-27三、改善电力系统稳定性的措施PSS电力系统稳定器（电力系统稳定器（Power System Stabilizer，PSS）作用是产生一个正阻尼以抵消励磁控制系统的负阻尼。作用是产生一个正阻尼以抵消励磁控制系统的负阻尼。转速信号经过转速信号经过G（s）后引）后引至励

16、磁系统的电压参考点至励磁系统的电压参考点North China Electric Power Universitypage202021-10-271、PSS的传递函数若若GX（s）与）与GP（s）准确抵消，就可以提准确抵消，就可以提供正阻尼供正阻尼实际上，只要两者的相频特性实际上，只要两者的相频特性相似，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

17、 Power Universitypage212021-10-272、PSS的基本构成环节1、相位校正环节：用以抵消励磁系统惯性环节的滞后角、相位校正环节：用以抵消励磁系统惯性环节的滞后角 nsTsaTasG1112、信号复归环节：在稳态时、信号复归环节：在稳态时PSS不影响发电机的稳态运行电压不影响发电机的稳态运行电压 sTsKsGrerere1稳稳态态输输出出为为零零PSS的信号单元的传递函数的信号单元的传递函数 nreresTsaTsTsKsG111North China Electric Power Universitypage222021-10-272、PSS的基本构成环节 nsTsaTasG111 sTsKsGrerere1信号复归电路信号复归电路超前超前/滞后网络滞后网络North China Electric Power Universitypage232021-10-273、PSS的电路North China Electric Power Universitypage242021-10-274、PSS的算法 11222121kYTTT