第15次课第4章(3节)

1、电力系统自动装置原理 水电学院电力系 杨国清4.3 电力系统稳定器电力系统稳定器 4.3.1 概述概述4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理4.3.3 电力系统稳定器的电路电力系统稳定器的电路4.3.1 概述概述（1）计及励磁调节器后的系统特性）计及励磁调节器后的系统特性eeeTKG1简化励磁环节：0322130asasasa00,30213210aaaaaaaa励磁调节器引入环节励磁调节器引入环节代数判据代数判据4.3.1 概述概述发电机电磁转矩方程：发电机电磁转矩方程：0)/(1/(22606521dedswKKTKKKKM同步转矩系数0)/(1/(602260652

2、deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼转矩系数DseMjMM系统运行特性是否满足上述两个稳定条件呢？系统运行特性是否满足上述两个稳定条件呢？输电线路轻负荷，输电线路重负荷两种情况讨论？输电线路轻负荷，输电线路重负荷两种情况讨论？0, 055KK4.3.1 概述概述a.输电线路轻负荷时输电线路轻负荷时05K0)/(1/(22606521dedswKKTKKKKM同步转矩系数0)/(1/(602260652deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼转矩系数值较大机组固有同步系数1K机组不会因为励磁调节器的引入而不稳定机组不会因为励磁调节器的引入而不稳定4.3.1 概述概述b.输电线路重负荷时输

3、电线路重负荷时05K0)/(1/(22606521dedswKKTKKKKM同步转矩系数0)/(1/(602260652deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼转矩系数机组同步转矩加大机组同步转矩加大机组阻尼转矩减小，总阻尼机组阻尼转矩减小，总阻尼0时，系统易发生振荡。时，系统易发生振荡。发电机电压与转矩关系发电机电压与转矩关系4.2.3 励磁控制对电力系统静态稳定的影响励磁控制对电力系统静态稳定的影响系统易受电网系统易受电网振荡的影响而振荡的影响而失去稳定失去稳定4.3.1 概述概述0)/(1/(602260652deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼转矩系数eKDM阻尼转矩系数取较小

4、值eK励磁系统的增益太小带来的问题？励磁系统的增益太小带来的问题？对励磁控制、对电力系统稳定两个方面对励磁控制、对电力系统稳定两个方面4.3.1 概述概述态稳定性励磁系统提高系统的暂取较大值eK（2）励磁系统的增益太小带来的问题？）励磁系统的增益太小带来的问题？a. 励磁控制稳态精度问题励磁控制稳态精度问题b. 励磁调节时间问题励磁调节时间问题c. 电力系统暂态稳定性问题电力系统暂态稳定性问题机械机械功率功率4.3.1 概述概述（3）结论）结论eKDM阻尼转矩系数态稳定性励磁系统提高系统的暂取较小值eK取较大值eK矛盾矛盾 有没有办法既用高放大倍数的励磁调节器又能避免产生负有没有办法既用高放大

5、倍数的励磁调节器又能避免产生负阻尼呢？阻尼呢？ 4.3.1 概述概述（4）改善系统振荡稳定方法：）改善系统振荡稳定方法： 电力系统稳定器电力系统稳定器PSS稳定信号示意图稳定信号示意图 0DM0sM发电机电压与转矩关系发电机电压与转矩关系4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理（1）基本概念）基本概念a.PSSa.PSS的任务：的任务：增加系统阻尼，抑制同步发电机转子角振荡。增加系统阻尼，抑制同步发电机转子角振荡。b.b.静态稳定问题的转子角振荡的原因：静态稳定问题的转子角振荡的原因：线路退出运行或负荷变化等小干扰。线路退出运行或负荷变化等小干扰。c.c.静态稳定问题的转子

6、角振荡特点：静态稳定问题的转子角振荡特点：较低振荡频率：较低振荡频率：(0.21Hz)到到(12Hz) d. 低频振荡的危害低频振荡的危害e. 低频振荡的机理：低频振荡的机理：负阻尼机理负阻尼机理 、参数谐振参数谐振 、分叉理论分叉理论混沌现象混沌现象 4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理（2）PSS的研究和应用发展的研究和应用发展1969年，美国学者年，美国学者F.P.demello和和C.Concordia首次提出首次提出了用电力系统稳定器抑制低频振荡的方法了用电力系统稳定器抑制低频振荡的方法2020世纪世纪8080年代，日本到了大部分主力机组均安装了年代，日本到了

7、大部分主力机组均安装了PSSPSS加拿大电力局对发电机励磁系统和加拿大电力局对发电机励磁系统和PSSPSS的数学模型及参数的数学模型及参数进行了大量研究和实测，现己建立了励磁系统模型和参进行了大量研究和实测，现己建立了励磁系统模型和参数的数据库。数的数据库。4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理19801980年，国内第一台年，国内第一台PSSPSS于在八盘峡电厂投入运行于在八盘峡电厂投入运行不久后，湖南凤滩电厂不久后，湖南凤滩电厂4 4台台1 1OOMWOOMW机组上安装了机组上安装了PSSPSS，这使这使得凤滩至益阳间线路输送功率从得凤滩至益阳间线路输送功率从1601

8、60MWMW增至增至273273MWMW以上。以上。1984年初，由于香港青山电厂年初，由于香港青山电厂350MW机组高功率因数运机组高功率因数运行，致使广东至香港联络线发生低频振荡，行，致使广东至香港联络线发生低频振荡，1984年底在年底在青山电厂机组配置了青山电厂机组配置了PSS后，解决了低频振荡问题。后，解决了低频振荡问题。 1998年至今先后在岩滩电厂、二滩电厂，以及目前还在年至今先后在岩滩电厂、二滩电厂，以及目前还在建设的三峡电厂运行机组都投入了建设的三峡电厂运行机组都投入了PSS，PSS在我国电在我国电力系统中得到越来越广泛的采用。力系统中得到越来越广泛的采用。 4.3.2 电力系

9、统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理（3）传递函数）传递函数4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理a. 信号采集环节信号采集环节传感器是为了检测并将传感器是为了检测并将P、n或或f输入信号变换成电压信号输入信号变换成电压信号而设置的，其对幅频渐进曲线如图所示。而设置的，其对幅频渐进曲线如图所示。传感器的对数幅频渐进曲线传感器的对数幅频渐进曲线 4Hzf14.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理b. 高频滤波环节高频滤波环节信号采集环节输出主信号中所夹杂的脉动、白噪声以信号采集环节输出主信号中所夹杂的脉动、白噪声以及频率不小于及频率不小于4Hz的机

10、组轴系扭振信号的机组轴系扭振信号 ，特别是由轴系，特别是由轴系扭振引起的谐振更具有破坏性，所以必须将其滤掉扭振引起的谐振更具有破坏性，所以必须将其滤掉 双二次滤波器频率特性双二次滤波器频率特性 NM98)sT1 (sT1)(sG4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理c. 超前滞后校正环节超前滞后校正环节21sT1sT143sT1sT15f4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理d. 放大及自动复位环节放大及自动复位环节放大环节是指调节器中的放大环节是指调节器中的K KS S，其实质是一其实质是一个比例放大环节。个比例放大环节。K KS S的大小主要取决

11、于上述信号采集环节、的大小主要取决于上述信号采集环节、滤波环节及补偿环节对主信号的衰减程度。滤波环节及补偿环节对主信号的衰减程度。 65ST1ST1sK 一组阻隔各类漂移信号通过的隔一组阻隔各类漂移信号通过的隔“直直”电路。称之为自动复位器（国内）或冲电路。称之为自动复位器（国内）或冲洗器（国外）。洗器（国外）。 电力系统稳定器的投入与退出，均不影电力系统稳定器的投入与退出，均不影响发电机正常稳态电压水平，阻断各种响发电机正常稳态电压水平，阻断各种“直流直流”及时间漂移信号对于及时间漂移信号对于PSSPSS所在系所在系统正常运行的干扰。统正常运行的干扰。4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力

12、系统稳定器的基本原理f. 限幅环节限幅环节为了在大干扰时为了在大干扰时PSSPSS的输出量造成的发电机机端电的输出量造成的发电机机端电压不超过额定值的压不超过额定值的2%2%15%15%，故须对，故须对PSSPSS增加限幅单元。增加限幅单元。 4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理（4）PSS能够抑制的低频振荡种类能够抑制的低频振荡种类局部电机与系统间的振荡局部电机与系统间的振荡：同一电厂一台或多台电机与：同一电厂一台或多台电机与系统间发生的摆动，频率一般为系统间发生的摆动，频率一般为0.72Hz； 区域间振荡区域间振荡：系统中一个区域的机组群与另一区域机组：系统中一个区

13、域的机组群与另一区域机组群所发生的摆动，频率一般群所发生的摆动，频率一般不大于不大于0.5Hz。 机组间振荡机组间振荡：指同一电厂或相邻电厂两台以上机组间的：指同一电厂或相邻电厂两台以上机组间的相互摆动，频率一般为相互摆动，频率一般为1.53Hz。由于该类振荡的频率较高，受高频滤波器的影响，对由于该类振荡的频率较高，受高频滤波器的影响，对该类振荡的抑制作用可能会不及对前两类振荡的抑制该类振荡的抑制作用可能会不及对前两类振荡的抑制效果来得明显。效果来得明显。需要较为精确的机组间轴系振荡频率。需要较为精确的机组间轴系振荡频率。 4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理（5）PS

14、S的种类的种类电功率输入信号励磁调节器（大多数国产励磁系统、日电功率输入信号励磁调节器（大多数国产励磁系统、日本三菱、英国本三菱、英国R-R、法国法国ALSTOM等采用）等采用）奥地利奥地利ELIN励磁系统励磁系统PSS瑞士瑞士ABB公司公司Unitrol-p励磁系统励磁系统PSS4.3.2 电力系统稳定器的基本原理电力系统稳定器的基本原理PSS2A型电力系统稳定器型电力系统稳定器(美国美国GE、瑞士瑞士ABB）德国德国Simens电力系统稳定电力系统稳定4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用（1）仿真实验结果仿真实验系统结构a.MATLAB SIMULINK 仿真环境参考电压

15、励磁电压PSS信号 输出励磁电压机械功率In11电力系统稳定器eP 励磁系统 同步发电机 无穷大系统4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用b. 小干扰下的仿真实验结果小干扰下的仿真实验结果4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用c. 大干扰下的仿真实验结果大干扰下的仿真实验结果4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用4.3.3 电力系统稳定器的应用电力系统稳定器的应用（2）应用实测波形）应用实测波形应用实例基本情况应用实例基本情况三峡机组左岸机组三峡机组左岸