同步发电机电力系统稳定器设计

同步发电机电力系统稳定器设计

学院：机电学院

班级：09电气（4）班

姓名：黄满超

学号：2009092725

指导老师：柴兆森

摘要

为了抑制低频振动，通过对励磁系统产生辅助控制信号，电力系统稳定器常用来为同步机提供阻尼转矩。电力系统是非线性和动态的。大量的传统技术曾用来设计PSS，但其中大部分被组合地建立在线性模型的基础之上。本文将基于同步控制理论提供一种非线性电力系统稳定器。PSS的同步综合体完全基于电力系统的简化非线性模型。至于规定的操作模式，负载变量的不变性以及电力系统参量和输入变量变更的鲁棒性，就是指同步控制理论渐进稳定性。相同的情况下，与传统PSS或者无PSS相比，现代PSS的动态特性在经典单机无穷大电力系统里深有研究。仿真结果表明，现代PSS在非线性动态系统中具有鲁棒性，而且在阻尼振荡方面比传统PPS表现更好。

关键字：电力系统稳定器，同步控制，非线性控制，单机无穷大电力系统。

1. 简介

电力系统运行的稳定性问题，即动态安全可靠性问题，是电力系统运行的重要问题。如果电力系统运行的稳定性遭到破坏，就有可能造成一个或者数个大区域停电，使他们一时陷于瘫痪和混乱，严重时甚至危及全国，对人民生活及国民经济造成灾难性损失。

电力系统稳定可分为三类：即暂态稳定，静态稳定，动态稳定。电力系统发展初期，静态稳定问题多表现为发电机与系统间的非周期失步。随着电网的不断发展壮大，静态稳定问题越来越表现为发电机或发电机群之间的等符或增幅性振荡在系统的联络线上表现尤为突

出。因此，改变电力系统运行的稳定性，动态可靠性。过去今后仍然是一项艰巨的任务。

电力系统稳定性分类的问题在有关文献和教材中有不同的定义。自２０世纪起，国际上比较通用的是分为静态稳定和暂态稳定。静态稳定是指：在一个特定的稳态运行条件下的电力系统，如果遭受到任何一个小干扰后，经过一定时间，它能够自动地恢复到或者靠近于小千扰前的稳定运行条件。电力系统具有静态稳定，这是能够正常运行的基本条件。静态稳定和控制理论叙述的小干扰稳定定义是相同的。暂态稳定是指：在一个特定的稳态运行条件下的电力系统，如果遭受到一个特定的大的干扰后，能够从原来的运行状态不失去同步地过渡到新的另一个允许的稳态运行条件下的能力。当发电机受到大的干扰时（比如发生短路故障、切除大容量的发电机、输电或变电设备等），能否继续保持同步运行，就属于暂态研究的问题了。

作为改善电力系统稳定运行的重要手段，发电机励磁控制受到人们的极大关注。针对产生负值阻尼转矩的原因，可以在励磁调节系统中另外人为地引进某种附加控制信号补偿这种相位滞后。当前大部分发电机配置了反应快，高增益调压器和励磁系统来自发控制端电压。虽然通过增大同步机的同步转矩来改善电力系统的暂态稳定，但是发电机电压校准功能对电力系统的动态稳定性有不利影响。电力系统内部存在微小低频机电振动，而且持续很长一段时间，在某些情况下电力系统的转移性能甚至受到了限制。现在能识别两种类型的振荡：一种是局部模式振荡（1~2Hz范围内），这和其它电力系统发电厂的发

电机振动有关系;另一种内部模式振荡（0.2~1Hz范围内），这和系统某一特定区域而不是其它区域的许多机械振动有关系。因此，为了抑制这两种震荡，通过对励磁系统产生辅助控制信号，电力系统稳定器常用来为同步机提供阻尼转矩。为了提高电力系统稳定水平和改善其动态品质，引入了上述励磁系统附加控制—传统电力系统稳定器（ＰＳＳ）．它在电压作为反馈信号基础上，引入一个辅助反馈信号（Ａｗ或广泛使ＡＰ，）的二阶超前校正环节，在一定程度上能抑制系统的低频振荡，提高系统的稳定性。通常情况下，ＰＳＳ只能在某一给定运行方式和某一电网振荡频率下设计参数，在参数设计选择合适的情况下，可以改善系统阻尼特性和提高稳定性。但是应该引起注意的是，由于电力系统具有模型非线性和干扰随机性的特征，这种传统ＰＳＳ控制方式存在着鲁棒性差的问题。

上述用的PSS，就是所谓的经典电力系统稳定器（CPSS），是通过频域内相位补偿技术来设计，通过中位补偿器来执行的。而中位补偿器的参量是基于一个线性化模型的电力系统基础上确定的。为了在较宽的工作范围内达到良好的阻尼效应，需要调整经典电力系统稳定器（CPSS）的参量来应对这两种类型的震荡。由于电力系统是一个高度非线性的系统，而且它的配置和参量会随时间而变化，基于电力系统的线性模型基础上的CPSS的良好性能是不能在一个高度动态的操作环境中得到保证的。因此，考虑到电力系统的非线性性质，能够适应运行工况的变化的先进PSS是必要的。

为了改善CPSS的性能引进了许多技术。通过在离线模式下优化基

于成本函数的特征值，智能优化算法被用来确定最佳参数。由于这些方法基于线性化模型和参数，不能在线更新，因此它们在实际操作中缺乏令人满意的效果。基于规则的模糊逻辑控制方法在规则参量的获取和调整方面难以表示，尤其是在线上。最新的研究成果表明,开始越来越强调模糊控制系统与其他技术的结合使用,如神经网络增加适应性设计。然而,设计非常复杂。目前,大多数的非线性控制方法采用简化模型以减少复杂的算法。考虑到实际电力系统的复杂性,为了在大范围的操作条件下实现有效的鲁棒控制，需要一种计算时间较少的更实际的模型。

在本篇论文中，提出了一种基于同步控制理论的新型的非线性方法，明确利用电力系统综合控制的一种非线性模型来克服上述的线性控制问题。一般而言，俄国学者首先提出了同步控制理论。最近,这一理论已成功应用在该地区的电力电子控制领域。同时,同步控制理论也被成功地应用于一个实际电池充电系统中。

第二部分论述了利用同步控制理论来实现厂用控制器程序的总体设计过程。然后第三部分将论述一个单机无穷大电力系统的数学模型。第四部分介绍了基于同步控制理论电力系统稳定器的设计。第五部分给出了现代PSS的和常规PSS性能比较的仿真结果。第六部分总结了论文。

2.同步控制合成过程

基于同步控制理论的设计程序是综合稳压器分析设计的。这个部分综述了总体同步合成过程。