第四章电力系统频率和有功功率自动调节

1、第四章第四章 励磁自动控制系统励磁自动控制系统的动态特性的动态特性电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第一节 概述自动励磁控制系统 控制对象：发电机 控制器： 励磁调节器 执行环节：励磁机反馈控制系统 上一章：励磁自动控制系统的工作原理与静态持性。 在本章：励磁自动控制系统的动态特性励磁自动控制系统的动态特性对于一个反馈控制系统，应了解其动态性能。即在任何原因引起被控制量变动后，励磁系统是否稳定、调节过程中的超调量、调节时间及振荡次数等是否满足要求。其中稳定性是首要问题。 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理1) 上升时间2) 超调量3) 调整时间 励磁系统几个动态指标 电力系统电力系

2、统自动装置原理自动装置原理第二节 励磁控制系统的传递函数 典型的励磁控制系统结构框图 放大励磁机同步电机励磁系统稳定器电压测量比较基准输入其它信号ug+-+-电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁机励磁磁链励磁机励磁电阻励磁机励磁电流一、励磁机的传递函数一、励磁机的传递函数v （一）他励直流励磁机的传递函数eeneereei磁链与磁通的关系eeeeeeeeeeeeuridtnduridtd/对应不同的运行点，采用饱和系数se来表达iee与uee之间的非线性关系。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁控制系统的传递函数励磁控制系统的传递函数aeaeeeeeeebeebeeaekukg

3、usiiiis)1 ()1 (eeeeeeeeeeeeeeauugrsdtdutugrusdtnd)1 ()1 (grsstsususgsusugrssteeeeeeeeeeellll)1 (1)()()(),()()1 (拉氏变换之令grskeee)1 (1stksge1)(一阶惯性环节电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v (二)交流励磁机励磁控制系统的传递函数励磁控制系统的传递函数可推导出交流励磁机 ac-i 模型电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v 二、励磁调节器各单元传递函数励磁控制系统的传递函数励磁控制系统的传递函数1. 测量比较单元： stksususgrrgder12

4、. 综合放大单元，一阶惯性环节： stksgaaa1限幅环节3. 功率放大单元： stksgzz1 stzsmdeksususg2为纯滞后环节电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v 三、同步发电机传递函数v 四、励磁-系统总传递函数励磁控制系统的传递函数励磁控制系统的传递函数一阶惯性： stksgdgg01 rgardeeargarefgkkkstststkststkksusu11110电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第三节 励磁自动控制系统的稳定性 1, 1,04. 0,69. 0,38. 8,0geredoakkstststst stkststkstkkshsgrrdoeeag

5、a1112545. 112. 032. 404. 0138. 8169. 01ssskkkssskkkrgargaa 系统的开环传递函数 一、 典型励磁控制系统的稳定计算电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理 根轨迹的起点与终点 渐近线与实轴交点的坐标 渐近线与实轴正方向的夹角 根轨迹分离点的坐标 根轨迹与虚轴的交点位置及放大倍数 b 绘制根轨迹的参数25,45. 1,12. 0sss35,32 , 1 , 01286. 832111kmnkmnzpnjmiij032. 4424.3957.26032. 4424.3957.262323ksssdsdksss775. 0s032. 4424.

6、3957.2623kjjj电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理c 励磁系统的根轨迹图 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理stkdog1stkaa1stkee1stkrr1esuguref-+-stskff1-+二、 励磁控制系统空载稳定性的改善 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三 励磁系统稳定器电路电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理闭环系统特征方程 开环传递函数 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁自动控制系统的稳定性励磁自动控制系统的稳定性v 励磁系统稳定性计算励磁系统稳定性计算 求系统的开环传递函数，求开环极点 计算以

7、下量，以确定根轨迹的形状 （1）根轨迹渐进线与实轴的交点及倾角 （2）根轨迹在实轴上的分离点 （3）在 轴交叉点的放大系数 根据劳斯判据，确定根轨迹与虚轴的交点 画出根轨迹图j电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁控制系统空载稳定性的改善励磁控制系统空载稳定性的改善v 要想改善该励磁自动控制系统的稳定性，必须改变发电机极点与励磁机极点间根轨迹的射出角，也就是要改变根轨迹的渐近线，使之只处于虚轴的左半平面。为此必须增加开环传递函数的零点，使渐近线平行于虚轴并处于左半平面。v 因此在发电机转自电压处增加一条电压速率负反馈回路。v 引入电压速率反馈后，由于新增加了一对零点，把励磁系统的根轨迹引

8、向左半平面，从而使控制系统的稳定性大为改善。该回路即励磁系统稳定器励磁系统稳定器电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁系统稳定器v励磁系统稳定器原理图 a1输出励磁机磁场电流速率信号到电压测量比较单元的输入端。当磁场电流跃增时，励磁系统稳定器输出正微分信号，使电压测量比较单元瞬时输出负信号去减弱励磁机磁场电流。反之，则增强励磁机磁场电流，而在稳态运行时励磁系统稳定器无输出。从而构成了软反馈，改善了系统阻尼特性。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第四节 励磁自动控制系统对电力系统稳定的影响 q 经典的传递函数法q 现代的状态变量法电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理pss电力系统稳定器电力系统稳定器v在远距离输电系统中，励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，引起低频振荡。其原因可以归结为两条：励磁调节器按电压偏差比例调节； 励磁控制系统具有惯性。 当输电线负荷较重、转子相位角发生振荡时，由于励磁调节器是采用按电压偏差比例调节方式，所以提供的附加励磁电流的相位具有使振荡角度加大的趋势。但是，励磁调节器