电力系统智能稳定器PSS的毕业设计

电力系统智能稳定器PSS的毕业设计目录1 引言 (1)1.1 电力系统稳定器 (1)1.2 电力系统稳定器国外研究现状 (1)1.3 电力系统稳定器发展趋势 (2)1.4 本课题研究意义 (2)2 电力系统低频振荡机理 (3)2.1 电力系统低频振荡 (3)2.2 电力系统数学模型分析方法 (4)2.3 电力系统低频振荡分析模型 (5)2.4 影响阻尼的因素及解决措施 (6)3 电力系统稳定器的工作原理 (8)3.1 电力系统稳定器抑制低频振荡的原理 (8)3.2 电力系统稳定器的输入信号 (9)3.3 PSS的传递函数 (9)4 电力系统稳定器的结构 (10)4.1 电力系统稳定器的结构图 (10)4.1.1TMS320F2812芯片介绍 (11)4.1.2TMS320F2812 引脚介绍 (11)4.2 模拟量输入通道 (13)4.2.1 交流信号采集调理电路 (13)4.2.2 直流信号采集调理电路 (14)4.2.3 ADC采样模块 (14)4.3 开关量输入输出单元 (15)4.3.1 开关量输入通道 (16)4.3.2 开关量输出通道 (17)4.4 同步检测及移相触发单元 (17)4.4.1 同步信号的检测 (18)4.4.2 移相脉冲的形.. (19)4.4.3 脉冲功率放大电路 (19)4.4.4脉冲故障检测单元 (20)4.5 其它硬件模块 (22)5电力系统稳定器的软件设计 (23)5.1电力系统稳定器软件总体设计思想 (23)5.2 主程序设计 (23)5.2.1 系统初始化模快 (23)5.2.2 电量计算模块 (24)5.2.3 控制调节模块 (27)5.2.4限制保护模块 (29)5.3 中断程序设计 (31)5.3.1 同步信号捕获中断 (31)5.3.2 移相脉冲中断 (33)5.3.3 AD转换完成中断 (37)5.4 软件可靠性设计 (38)结论 (39)致谢 (42)参考文献 (43)引言1.1 电力系统稳定器电力系统稳定器（power system stabilizer， PSS）是一种安装在发电机自动电压调节装置上用于改善电力系统动态稳定性的附加励磁控制装置。

它在励磁电压调节器中引入领先于轴速度的附加信号，产生一个正阻尼转矩去克服原励磁电压调节器中产生的负阻尼转矩作用，用于提高电力系统阻尼和解决低频振荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。

PSS抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到电力系统稳定器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。

1.2 电力系统稳定器国外研究现状近年来，随着电力系统发展到大电网、大机组、超高压、高度自动化的阶段以及微电子技术、计算机技术及控制技术的迅猛发展和日趋成熟，使得电力系统稳定器的研究和设计成为一个非常活跃的领域。

我国电力系统稳定器的研究和设计比较早，80年代初就有一些电力科研单位和高校开始研制电力系统稳定器[4][8]。

第一台投入现场运行的是自动化研究所(现国电自动化研究院)研制的适用于大中型发电机的WLT-1型电力系统稳定器，WLT-1型电力系统稳定器以8位单板机为核心，采用PID调节方式。

大学于1990年研制出SMER-C型微机电力系统稳定器，采用8位8051单片机，具有多种调节、控制和限制功能，用于省的大部分中小型发电机组。

中国电力科学研究院与自动化设备厂合作研制的WKKL-1型微机双自动电力系统稳定器选用16位工业控制机CCSDK-86，在控制规律上以PID调节为主，同时引入了电力系统稳定器（PSS）附加控制。

清华大学与电机厂合作，研制了全数字式电力系统稳定器，采用STD总线结构或8098单片机结构，控制规律采用PID调节方式、PSS附加控制、线性最优励磁控制（LOEC）和非线性励磁控制（NEC），四种调节规律具备完善的保护、限制、报警功能。

华中科技大学与东方电机股份公司和葛洲坝电厂能达通用电器合作，开发研制了线性最优和自适应最优微机电力系统稳定器。

经过多年的努力，国的一些院校、研究所和公司在电力系统稳定器的设计、生产和运行方面已经积累了丰富的经验，电力系统稳定器的优良性能在实际生产运行中也日益显示出来。

国外的电力系统稳定器进入实用也是在20世纪80年代，1989年7月日本东芝公司在日本八户发电所投运了双微机系统的数字式电力系统稳定器；1990年5月加拿大通用电器公司(CGE) 也开发出了电力系统稳定器；1993年日本三菱公司投运了MEC5000型系列微机电力系统稳定器。

此外，奥地利ELIN公司、德国SIEMENS公司、英国的GEC公司等也都相继生产出微机电力系统稳定器。

这些大公司均具有很强的科研开发能力，电力系统稳定器所用的计算机系统一般以专用的高速可编程控制器为核心，采用自行研制的专用控制板组成，因而具有结构紧凑，可靠性高的优点。

其中，瑞士ABB公司的UNTROL- D型多微机电力系统稳定器在我国石洞口电厂、家峡电厂等得到使用；三峡700MW机组的电力系统稳定器由德国SIEMENS公司提供；加拿大CGE公司生产的SILCO双通道型微机电力系统稳定器安装在我国隔河岩水电站的进口机组上。

这些电力系统稳定器多采用PID+PSS控制，各种控制、限制功能较完善，装置整体制造水平也较高。

从整体上看，我国在电力系统稳定器的控制算法方面处于国际的先列，所开发的电力系统稳定器的功能也非常强大，但装置所选用的元器件的可靠性以及生产制造工艺水平与国外相比还存在一定的差距。

1.3 电力系统稳定器发展趋势随着我国三峡水电站的竣工和我国西部煤炭资源的利用和开发出现了西电东输的要求，从减少大气污染这个角度看也需要发电厂远离城市，这就造成了远距离重负荷输电的局面，电力系统稳定器（PSS）的发展和应用显得更为重要！电力系统稳定器（PSS）也将朝着更智能，硬件结构更简单，互换性好，使用维护更简单易行的方向发展1.4 本课题研究意义电力系统的稳定问题是电力系统的根本问题。

电力系统发展初期，系统的结构相对简单松散，其静态稳定问题通常表现为发电机与系统之间的非周期失步。

随着电力系统的不断扩大，出现了大型电力系统的互联，系统联系因此变得越来越紧密，整个电力系统也变得越来越复杂。

系统的静态稳定问题由此常表现为发电机组之间的功率动态振荡，特别是在互联系统的联络线上，这种振荡的表现更为突出。

由于这种振荡的频率较低，一般在0.2-2.SHz 之间，因此通常称之为低频振荡。

其振荡时产生的能量通过机电联系来传递，因此又称为机电振荡，表现为发电机电功率和功角的变化。

低频振荡严重时会导致系统解列或失去稳定，是大型电力系统互联引起的最重要的影响系统稳定的问题之一自20世纪70年代以来，美国、日本及西欧等电力系统在运行中均发生输电线路低频功率振荡的事故，振荡严重时破坏互联系统之间的并列运行，造成联络线跳闸引发大面积停电。

近十多年来，我国各大电网也相继发生了联络线低频振荡的现象所以为了解决低频振荡给电力系统带来的危害，研究电力系统稳定器是很有必要的。

2 电力系统低频振荡机理2.1 电力系统低频振荡由于电力系统规模的扩大，大型发电机普遍采用了由集成电路和可控硅组成的电力系统稳定器，使自动电力系统稳定器的时间常数从过去的几秒缩短到几十毫秒。

快速励磁系统(晶闸管直接励磁或高起始响应励磁系统)的广泛采用，更使得励磁系统时间常数大为减小，从而降低了电力系统的阻尼。

对联系较弱的电网系统影响较大，使系统中经常出现弱阻尼、甚至是负阻尼。

因此，许多电力系统出现了每分钟几个至几十个周波的频率很低的自发性系统振荡。

在这种情况下，当振荡严重时会破坏互联系统之间的并列运行，造成大面积停电，这种现象称为低频振荡。

在低频振荡研究领域世界各国的专家学者提出了一些不尽相同的低频振荡产生机理，主要的观点有以下几种[23]：（1）欠阻尼原理在对低频振荡的分析中，负阻尼机理相对来说是比较成熟的理论，得到学界的广泛认可[20]。

负阻尼机理是由学者F.Demello提出的，按照F.Demelfo的分析，励磁系统是一个惯性系统，如果电力系统稳定器的放大倍数有所增加，就可能会造成对应转子机械振荡的特征根实部从小于零的负值渐渐上升。

这样的情况下，再加上电力系统稳定器放大倍数过大的不利条件，特征根实部甚至有可能达到正值，进而使得系统发生增幅振荡。

所以，也可将低频振荡的原因理解为励磁系统放大倍数过大引起了负阻尼增大，甚至将系统原先固有的正阻尼抵消了，使系统呈现出负阻尼状态或者阻尼极小。

这样的系统在扰动出现的时候，就不能使扰动很快平息，反而会出现引起系统振荡的增幅振荡。

负阻尼机理是一种经过多年的研究完善以及实践检验的机理，可说是一种公认的理论。

（2）发电机的电磁惯性引起的低频振荡文献[24]指出由于发电机励磁绕组具有电感，则由励磁电压在励磁绕组中产生的励磁电流将是一个比它滞后的励磁电流强迫分量，而这种滞后的控制在一定条件下将引起振荡。

这种电磁惯性引起的低频振荡的产生条件目前还无定论，这一方向正处在研究阶段。

（3）参数谐振电力系统受到外界周期性扰动，当扰动频率与系统的自然频率存在某种特殊关系时，会产生谐振振荡，当其处于低频区时表现为低频振荡。

（4）非线性奇异现象(分歧现象)电力系统的分歧有静态分歧和动态分歧两种情况，文献[14.15]根据动态分歧中的Hopf 分歧理论指出系统在临界点附近发生亚临界分歧的条件是临界点处的曲率系数β>0，从而系统的动态行为出现了奇异，即特征根仍在虚轴左侧时系统就开始出现不稳，出现了增幅性的低频振荡，此时稳定域由于亚临界分歧的出现而变小，不稳定区域扩到了左半平面；系统的稳定域变小。

(5) 混沌振荡机理文献[25]中指出，混沌现象是在完全确定的模型下产生的不确定现象，它是由非线性系统中各个参数相互作用而导致的一种非常复杂的现象，目前人们只是感性的认识到混沌现象的一些典型特征。

文献[26]针对低频振荡的参数进行分析得出了以下结论：(l)仅有阻尼而无周期性负荷扰动时，系统不会出现混沌振荡；(2)在周期性扰动负荷的作用下，且当扰动负荷的值超过一定围时，系统出现混沌振荡；(3)在周期性负荷扰动下，当阻尼系数接近某一数值时，系统发生混沌振荡。

上面的几种观点都从某一方面揭示了低频振荡的发生机理，欠阻尼原理研究的最早也最成熟，这主要得益于线性系统理论的成熟，目前已经形成了一套比较完整的理论体系，并在工程上得到实际应用。

谐振理论主要是在设计和制造时加以考虑分歧现象主要用于低阶单变量系统，高阶多变量非线性系统的稳定分析目前在理论上还没有得到很好的解决，主要是通过数值分析来判断。

混沌理论目前还停留在做理论上的探讨，在工程中目前难以应用。