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电力系统稳定器的设计原理及使用毕业
论文 目 录
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第1章 绪论 1
1.1 研究背景及国内外现状 ..................................................... 1
1.1.1 研究背景 ....................................................................................................................... 1 1.1.2 国内外研究现状 ........................................................................................................... 1 1.2 电力系统稳定 ............................................................. 3
1.2.1 电力系统稳定性的分类 ................................................................................................ 3 1.2.2 提高电力系统稳定的措施 ............................................................................................ 4 1.2.3 励磁系统对电力系统稳定的影响 ................................................................................ 5 1.3 本文的主要研究工作 ....................................................... 6
第2章 无限大系统的数学模型 7
2.1 帕克变换 ................................................................. 7 2.2 无限大系统数学模型 ....................................................... 9
2.2.1 发电机数学模型 ........................................................................................................... 9 2.2.2 励磁系统的数学模型.................................................................................................. 11 2.2.3 汽轮机及其调节系统的数学模型 .............................................................................. 12 2.3 负荷方程 ................................................................ 13
2.3.1 线路正常运行 ............................................................................................................. 13 2.3.2 双回路线路中有一点发生短路 .................................................................................. 14 2.4 计算?、?、?、?的值 ................................................. 14
第3章 无限大系统暂态分析 16
3.1 系统各个部分的非线性模型 ................................................ 16
3.1.1 发电机非线性模型 ..................................................................................................... 16 3.1.2 调节励磁系统的非线性模型 ...................................................................................... 16 3.1.3 汽轮机及其调节系统的非线性模型 .......................................................................... 16 3.2 调节励磁系统参数Ke和Te的选择 .......................................... 17
3.2.1 当Te?0.2，Ke?25时的特征值计算 ................................................................. 17
3.2.2 当Te?0.05，Ke?100时的特征值计算 ............................................................. 18
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第4章 PSS的设计 21
4.1 电力系统稳定器的设计原理 ................................................ 21
4.1.1 PSS网络的设计 ........................................................................................................... 21 4.1.2 汽轮机及其调节系统超前补偿网络的设计 .............................................................. 22 4.2 本章小结 ................................................................ 24
第5章 遗传算法在PSS中的应用 25
5.1 MATLAB的概述 ........................................................... 25
5.1.1 MATLAB的特点 ........................................................................................................ 25 5.1.2 MATLAB的启动与退出 ............................................................................................. 27 5.2 MATLAB遗传算法工具箱 ................................................... 27 5.3 遗传算法工具箱求解K0的方法............................................. 28 5.4 几个参数的确定 .......................................................... 28
5.4.1 PSS网络的计算 .......................................................................................................... 28 5.4.2 汽轮机及其调节系统的超前补偿网络的计算 .......................................................... 29 5.4.3 求矩阵A的特征值 ..................................................................................................... 30 5.5 在含有PSS的情况下系统的状态 ............................................ 32 5.6 主要结论和展望 .......................................................... 34
5.6.1 主要结论 ..................................................................................................................... 34 5.6.2 展望未来 ..................................................................................................................... 34
附 录 参考文献 致 谢 35
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第1章 绪论
1.1 研究背景及国内外现状
1.1.1 研究背景
随着改革开放及经济建设的发展，近三十年来我国的电力系统的规模和容量有了突飞猛进的发展。我国是一个地域辽阔的大国，能源资源分布很不均匀，这就决定了我国的电力系统错综复杂的特点。电力系统在发展庞大的同时对稳定性提出了更高的要求。
改善和提高电力系统稳定性对国民经济有着十分重要的意义，电力系统失去稳定时，发电机不能正常发电，用户不能正常用电，并引起系统参数巨大变化，往往会造成大面积的停电事故。近20年来，世界范围内发生了多起电力系统的大面积的停电事故，造成了灾难性的后果。如2003的美加大停电，造成了美国东北的8个洲和加拿大的部分城市停电，整个城市都处于瘫痪状态，给人民的生活带来了很大的影响，同时对工业、农业很多方面造成了巨大的损失。英国、澳大利亚、马来西亚、芬兰、丹麦、瑞典和意大利等国也有类似的大停电事故发生。在我国2008年初的冰灾也因大范围、长时间的停电造成了巨大损失。1999年9月21日，我国台湾集集大地震对于电力系统造成了非常大的破坏。这次震害的一个主要特点是高压输电塔的破坏，这在以前的地震记录中是非常少见的。由于一个开关站、多个变电站以及345kV输电线路的破坏，使得台湾的南电北送受阻，造成台湾彰化以北地区完全断电，社会和经济损失难以估计。地震中还有大量电力设备，特别是变电站和开关站设备遭到大量破坏。提高电力系统稳定性这项工作必须要落实到系统的各个部位。
发电机的励磁控制因为具有既可节约投资，又能在正常运行是减少电压和频率的波动，改善动态品质和提高系统的抗干扰能力等特点。新型的励磁控制器能在小干扰的情况下改善稳定性，而且同时适用于大干扰的情况下，可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的，对保证国民生产的安全进行、保证人民生活的安全和有序，具有重大的意义。
我国电网建设落后于电源建设，现代化大机组的高放大倍数快速励磁系统采用之后，振荡现象更加明显。随着三峡工程的建设和西电东送工程的逐步实施,低频振荡问题会逐步提上议事日程。电力市场的发展更增加了运行条件的不可预知性。为了保证系统的安全稳定运行，有效地抑制低频振荡，研制开发实用的电力系统稳定装置成为当务之急。
1.1.2 国内外研究现状
电力系统中发生过低频振荡。经过分析和研究，这些低频振荡有的是由励磁系统的负阻尼作用引起的，还有的是由于远距离输电线路中的串联补偿电容
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(10-40Hz)引起的。美国是电力系统稳定器（PSS）的发源地，在60年代因联络线低频振荡引起线路跳闸而造成系统故障，1969年开始在发电机励磁系统中增加e。负反馈以提高电力系统阻尼，称为PSS，开始主要在西部系统采用，近年来GE公司、西屋公司等制造厂生产的大型发电机都提供PSS，己成为励磁装置的一个必备的部分，广泛用于各系统中。近年来又研制了微机PSS，用在来克丁顿抽水蓄能电站的6台325MVA机组上。
原苏联实际上在50年代就开始采用电力系统稳定器，不过那时没有PSS的名称，当时采用的附加反馈为发电机定子电流及其微分，成为强力式励磁调节器。那时只是与快速励磁配套，用以抑制大干扰后的振荡。未明确提出低频振荡和阻尼力矩的概念。
加拿大用改进励磁系统性能作为提高电力系统稳定的基本措施，采用高增益快速励磁系统以提高系统的静态稳定、暂态稳定和电压稳定，采用PSS以提高动态稳定。PSS己成为加拿大电力系统发电机励磁系统必需的一个组成部分，如果PSS退出，某些发电机的出力将限制在50%左右。
德国西部电力系统从70年代到80年代末期，系统中最大单机容量已从300MW增大到火电机组1000MVA，原子能机组1700MVA;输电线路阻抗增加大约30%。为了解决系统电压波动，采用了高增益的快速电压调节器以改善系统静态稳定及电压稳定，并在所有的大机组上都配置了PSS，之后电网运行稳定。
日本为了增加系统阻尼，80年代大部分主力机组均己安装PSS，对于快速励磁的中小型机组，部分采用双通道调节器，即在小千扰时响应速度慢，以减小负阻尼:大干扰时响应速度快，以提高暂态性能。近年来研制的模糊控制PSS，进一步提高PSS对多级振荡的阻尼能力，已在美国取得专利。
澳大利亚1973年在土木特电站发生了不衰减功率振荡，当时采取的措施是减负荷及增加发电机励磁。1974年由于某330KV线路并联电抗器故障退出，使利得尔发电机低励运行，发生低频振荡。在一段时间内限制了发电机出力，这促使实行早己提出配置PSS的建议。1975年维多利亚送电至南威尔士及斯诺威的抽水蓄能电站时，多次发生低频功率振荡，在这之后立即采取措施，投入PSS取得了良好的效果，随着经验的积累。
现在PSS己被认为是发电机整体不可分割的一个部分，每台大型发电机投运时必须有PSS，并需进行合适的调整。他们对新机组励磁系统的要求是:①高响应励磁系统;②配置PSS。
我国电力系统采用PSS较晚。国内第一台PSS于1980年在八盘峡电厂投入运行。此后在湖南凤滩电厂4台l00MW 机组上安装了PSS，使凤滩至益阳间线路输送功率从160MW增至273MW以上。1984年初，由于香港青山电厂350MW机组高功率因数运行，致使广东至香港联络线发生低频功率振荡，1984年底在青山电厂机组配置了PSS后，解决了当时的低频振荡问题。在这之后，PSS在我国的电力系统中越来越多的采用。
PSS经过多年的发展己经在国内外取的了广泛的应用，已先后有多种控制方法用于PSS的设计，如最优控制、模式分析、根轨迹灵敏度分析或几种方法的组合应用等。这些方法着重于单个额定运行点的考虑，而不计系统运行的鲁棒特性，因此，对于像电力系统这样的高度非线性系统难以保证其在较宽运行范围内的稳定，因此使PSS具有鲁棒性成为近年来得研究重点。许多专家和学者在PSS的鲁棒性方面做了大量的研究，并取得了一些令人满意方法。文献[16]指出基于单机无穷大系统模型的经典相位补偿法具有较好的鲁棒性。文献〔17]. [18]通过
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