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）l主讲人：李岩松l华北电力大学l电气与电子工程学院lliyansong811126.com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2024/9/52North China Electric Power University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的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，输电线上功相对摇摆，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，一般为率也会发生相应的振荡。由于其振荡频率很低，一般为0.2-2.5Hz，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：在励磁系在励磁系统引入适当的信号引入适当的信号 ，以增，以增强强系系统的阻尼的阻尼。2024/9/53North China Electric Power University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。2024/9/54North China Electric Power University1、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：定子绕组磁链方程定子绕组磁链方程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2024/9/55North China Electric Power University1、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：2024/9/56North China Electric Power University1、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。定子电压平衡方程和定子磁链方程不变。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。定子电压平衡方程不变。定子电压平衡方程不变。2024/9/57North China Electric Power University1、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。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。有关的互阻抗都为零。定子电压平衡方程不变定子电压平衡方程不变定子绕组磁链方程定子绕组磁链方程转子电压平衡方程转子电压平衡方程2024/9/58North China Electric Power University1、暂态电动势的方程式4、 恒定模型恒定模型 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：5、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，内阻抗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。 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。2024/9/59North China Electric Power University1、暂态电动势的方程式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”2024/9/510North China Electric Power University1、暂态电动势的方程式2024/9/511North China Electric Power University2、发电机转子运动方程和电磁转矩方程2024/9/512North China Electric Power University3、发电机端电压方程2024/9/513North China Electric Power University4、海佛荣-飞利浦斯（Heffron-Philips）模型海佛荣海佛荣- -飞利浦斯飞利浦斯（Heffron-PhilipsHeffron-Philips）模型）模型2024/9/514North China Electric Power University5、参数随负荷变化的规律2024/9/515North China Electric Power University二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析2024/9/516North China Electric Power University二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析快速励磁系统快速励磁系统2024/9/517North China Electric Power University二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析（1）当负荷较轻时）当负荷较轻时励磁系励磁系统加入后，机加入后，机组的阻尼的阻尼转矩增大矩增大（2）当负荷较重时）当负荷较重时大大于于零零小小于于零零总的阻尼的阻尼转矩系数矩系数机机组就就发生振生振荡失步失步2024/9/518North China Electric Power University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）后引至励磁系统的电压参考点至励磁系统的电压参考点2024/9/519North China Electric Power University1、PSS的传递函数若若GX（s）与）与GP（s）准确抵消，）准确抵消，就可以提供正阻尼就可以提供正阻尼实际上，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2024/9/520North China Electric Power University2、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2、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2024/9/521North China Electric Power University2、PSS的基本构成环节信号复归电路信号复归电路超前超前/滞后网络滞后网络2024/9/522North China Electric Power University3、PSS的电路2024/9/523North China Electric Power University4、PSS的算法超前超前/滞后环节滞后环节信号复归环节信号复归环节2024/9/524North China Electric Power University小结小结1、低频振荡低频振荡2、海佛荣、海佛荣-飞利浦斯（飞利浦斯（Heffron-Philips）模型）模型3、电力系统小扰动稳定性分析方法电力系统小扰动稳定性分析方法4、电力系统稳定器电力系统稳定器5、PSS的传递函数的传递函数6、PSS的基本构成环节的基本构成环节7、PSS的电路的电路2024/9/525North China Electric Power University