第15次課第4章(3節(jié))

1、電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理 水電學(xué)院電力系 楊國(guó)清4.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 4.3.1 概述概述4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電路電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的電路4.3.1 概述概述（1）計(jì)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后的系統(tǒng)特性）計(jì)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后的系統(tǒng)特性eeeTKG1簡(jiǎn)化勵(lì)磁環(huán)節(jié)：0322130asasasa00,30213210aaaaaaaa勵(lì)磁調(diào)節(jié)器引入環(huán)節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器引入環(huán)節(jié)代數(shù)判據(jù)代數(shù)判據(jù)4.3.1 概述概述發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程：發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程：0)/(1/(22606521dedswKKTKKKKM同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)0)/(1/(602260652

2、deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)DseMjMM系統(tǒng)運(yùn)行特性是否滿(mǎn)足上述兩個(gè)穩(wěn)定條件呢？系統(tǒng)運(yùn)行特性是否滿(mǎn)足上述兩個(gè)穩(wěn)定條件呢？輸電線路輕負(fù)荷，輸電線路重負(fù)荷兩種情況討論？輸電線路輕負(fù)荷，輸電線路重負(fù)荷兩種情況討論？0, 055KK4.3.1 概述概述a.輸電線路輕負(fù)荷時(shí)輸電線路輕負(fù)荷時(shí)05K0)/(1/(22606521dedswKKTKKKKM同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)0)/(1/(602260652deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)值較大機(jī)組固有同步系數(shù)1K機(jī)組不會(huì)因?yàn)閯?lì)磁調(diào)節(jié)器的引入而不穩(wěn)定機(jī)組不會(huì)因?yàn)閯?lì)磁調(diào)節(jié)器的引入而不穩(wěn)定4.3.1 概述概述b.輸電線路重負(fù)荷時(shí)輸

3、電線路重負(fù)荷時(shí)05K0)/(1/(22606521dedswKKTKKKKM同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)0)/(1/(602260652deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)機(jī)組同步轉(zhuǎn)矩加大機(jī)組同步轉(zhuǎn)矩加大機(jī)組阻尼轉(zhuǎn)矩減小，總阻尼機(jī)組阻尼轉(zhuǎn)矩減小，總阻尼0時(shí)，系統(tǒng)易發(fā)生振蕩。時(shí)，系統(tǒng)易發(fā)生振蕩。發(fā)電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)矩關(guān)系發(fā)電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)矩關(guān)系4.2.3 勵(lì)磁控制對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響勵(lì)磁控制對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響系統(tǒng)易受電網(wǎng)系統(tǒng)易受電網(wǎng)振蕩的影響而振蕩的影響而失去穩(wěn)定失去穩(wěn)定4.3.1 概述概述0)/(1/(602260652deddedDKKTwKKTKKKDM阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)eKDM阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)取較小

4、值eK勵(lì)磁系統(tǒng)的增益太小帶來(lái)的問(wèn)題？勵(lì)磁系統(tǒng)的增益太小帶來(lái)的問(wèn)題？對(duì)勵(lì)磁控制、對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定兩個(gè)方面對(duì)勵(lì)磁控制、對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定兩個(gè)方面4.3.1 概述概述態(tài)穩(wěn)定性勵(lì)磁系統(tǒng)提高系統(tǒng)的暫取較大值eK（2）勵(lì)磁系統(tǒng)的增益太小帶來(lái)的問(wèn)題？）勵(lì)磁系統(tǒng)的增益太小帶來(lái)的問(wèn)題？a. 勵(lì)磁控制穩(wěn)態(tài)精度問(wèn)題勵(lì)磁控制穩(wěn)態(tài)精度問(wèn)題b. 勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)間問(wèn)題勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)間問(wèn)題c. 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題機(jī)械機(jī)械功率功率4.3.1 概述概述（3）結(jié)論）結(jié)論eKDM阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)態(tài)穩(wěn)定性勵(lì)磁系統(tǒng)提高系統(tǒng)的暫取較小值eK取較大值eK矛盾矛盾 有沒(méi)有辦法既用高放大倍數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器又能避免產(chǎn)生負(fù)有沒(méi)有辦法既用高放大

5、倍數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器又能避免產(chǎn)生負(fù)阻尼呢？阻尼呢？ 4.3.1 概述概述（4）改善系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定方法：）改善系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定方法： 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS穩(wěn)定信號(hào)示意圖穩(wěn)定信號(hào)示意圖 0DM0sM發(fā)電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)矩關(guān)系發(fā)電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)矩關(guān)系4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理（1）基本概念）基本概念a.PSSa.PSS的任務(wù)：的任務(wù)：增加系統(tǒng)阻尼，抑制同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角振蕩。增加系統(tǒng)阻尼，抑制同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角振蕩。b.b.靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的轉(zhuǎn)子角振蕩的原因：靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的轉(zhuǎn)子角振蕩的原因：線路退出運(yùn)行或負(fù)荷變化等小干擾。線路退出運(yùn)行或負(fù)荷變化等小干擾。c.c.靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的轉(zhuǎn)子

6、角振蕩特點(diǎn)：靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的轉(zhuǎn)子角振蕩特點(diǎn)：較低振蕩頻率：較低振蕩頻率：(0.21Hz)到到(12Hz) d. 低頻振蕩的危害低頻振蕩的危害e. 低頻振蕩的機(jī)理：低頻振蕩的機(jī)理：負(fù)阻尼機(jī)理負(fù)阻尼機(jī)理 、參數(shù)諧振參數(shù)諧振 、分叉理論分叉理論混沌現(xiàn)象混沌現(xiàn)象 4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理（2）PSS的研究和應(yīng)用發(fā)展的研究和應(yīng)用發(fā)展1969年，美國(guó)學(xué)者年，美國(guó)學(xué)者F.P.demello和和C.Concordia首次提出首次提出了用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩的方法了用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩的方法2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，日本到了大部分主力機(jī)組均安裝了年代，日本到了

7、大部分主力機(jī)組均安裝了PSSPSS加拿大電力局對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和加拿大電力局對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和PSSPSS的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)進(jìn)行了大量研究和實(shí)測(cè)，現(xiàn)己建立了勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參進(jìn)行了大量研究和實(shí)測(cè)，現(xiàn)己建立了勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理19801980年，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)年，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)PSSPSS于在八盤(pán)峽電廠投入運(yùn)行于在八盤(pán)峽電廠投入運(yùn)行不久后，湖南鳳灘電廠不久后，湖南鳳灘電廠4 4臺(tái)臺(tái)1 1OOMWOOMW機(jī)組上安裝了機(jī)組上安裝了PSSPSS，這使這使得鳳灘至益陽(yáng)間線路輸送功率從得鳳灘至益陽(yáng)間線路輸送功率從1601

8、60MWMW增至增至273273MWMW以上。以上。1984年初，由于香港青山電廠年初，由于香港青山電廠350MW機(jī)組高功率因數(shù)運(yùn)機(jī)組高功率因數(shù)運(yùn)行，致使廣東至香港聯(lián)絡(luò)線發(fā)生低頻振蕩，行，致使廣東至香港聯(lián)絡(luò)線發(fā)生低頻振蕩，1984年底在年底在青山電廠機(jī)組配置了青山電廠機(jī)組配置了PSS后，解決了低頻振蕩問(wèn)題。后，解決了低頻振蕩問(wèn)題。 1998年至今先后在巖灘電廠、二灘電廠，以及目前還在年至今先后在巖灘電廠、二灘電廠，以及目前還在建設(shè)的三峽電廠運(yùn)行機(jī)組都投入了建設(shè)的三峽電廠運(yùn)行機(jī)組都投入了PSS，PSS在我國(guó)電在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的采用。力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的采用。 4.3.2 電力系

9、統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理（3）傳遞函數(shù)）傳遞函數(shù)4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理a. 信號(hào)采集環(huán)節(jié)信號(hào)采集環(huán)節(jié)傳感器是為了檢測(cè)并將傳感器是為了檢測(cè)并將P、n或或f輸入信號(hào)變換成電壓信號(hào)輸入信號(hào)變換成電壓信號(hào)而設(shè)置的，其對(duì)幅頻漸進(jìn)曲線如圖所示。而設(shè)置的，其對(duì)幅頻漸進(jìn)曲線如圖所示。傳感器的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)曲線傳感器的對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)曲線 4Hzf14.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理b. 高頻濾波環(huán)節(jié)高頻濾波環(huán)節(jié)信號(hào)采集環(huán)節(jié)輸出主信號(hào)中所夾雜的脈動(dòng)、白噪聲以信號(hào)采集環(huán)節(jié)輸出主信號(hào)中所夾雜的脈動(dòng)、白噪聲以及頻率不小于及頻率不小于4Hz的機(jī)

10、組軸系扭振信號(hào)的機(jī)組軸系扭振信號(hào) ，特別是由軸系，特別是由軸系扭振引起的諧振更具有破壞性，所以必須將其濾掉扭振引起的諧振更具有破壞性，所以必須將其濾掉 雙二次濾波器頻率特性雙二次濾波器頻率特性 NM98)sT1 (sT1)(sG4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理c. 超前滯后校正環(huán)節(jié)超前滯后校正環(huán)節(jié)21sT1sT143sT1sT15f4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理d. 放大及自動(dòng)復(fù)位環(huán)節(jié)放大及自動(dòng)復(fù)位環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)是指調(diào)節(jié)器中的放大環(huán)節(jié)是指調(diào)節(jié)器中的K KS S，其實(shí)質(zhì)是一其實(shí)質(zhì)是一個(gè)比例放大環(huán)節(jié)。個(gè)比例放大環(huán)節(jié)。K KS S的大小主要取決

11、于上述信號(hào)采集環(huán)節(jié)、的大小主要取決于上述信號(hào)采集環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)及補(bǔ)償環(huán)節(jié)對(duì)主信號(hào)的衰減程度。濾波環(huán)節(jié)及補(bǔ)償環(huán)節(jié)對(duì)主信號(hào)的衰減程度。 65ST1ST1sK 一組阻隔各類(lèi)漂移信號(hào)通過(guò)的隔一組阻隔各類(lèi)漂移信號(hào)通過(guò)的隔“直直”電路。稱(chēng)之為自動(dòng)復(fù)位器（國(guó)內(nèi)）或沖電路。稱(chēng)之為自動(dòng)復(fù)位器（國(guó)內(nèi)）或沖洗器（國(guó)外）。洗器（國(guó)外）。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入與退出，均不影電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入與退出，均不影響發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)電壓水平，阻斷各種響發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)電壓水平，阻斷各種“直流直流”及時(shí)間漂移信號(hào)對(duì)于及時(shí)間漂移信號(hào)對(duì)于PSSPSS所在系所在系統(tǒng)正常運(yùn)行的干擾。統(tǒng)正常運(yùn)行的干擾。4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力

12、系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理f. 限幅環(huán)節(jié)限幅環(huán)節(jié)為了在大干擾時(shí)為了在大干擾時(shí)PSSPSS的輸出量造成的發(fā)電機(jī)機(jī)端電的輸出量造成的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不超過(guò)額定值的壓不超過(guò)額定值的2%2%15%15%，故須對(duì)，故須對(duì)PSSPSS增加限幅單元。增加限幅單元。 4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理（4）PSS能夠抑制的低頻振蕩種類(lèi)能夠抑制的低頻振蕩種類(lèi)局部電機(jī)與系統(tǒng)間的振蕩局部電機(jī)與系統(tǒng)間的振蕩：同一電廠一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)與：同一電廠一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生的擺動(dòng)，頻率一般為系統(tǒng)間發(fā)生的擺動(dòng)，頻率一般為0.72Hz； 區(qū)域間振蕩區(qū)域間振蕩：系統(tǒng)中一個(gè)區(qū)域的機(jī)組群與另一區(qū)域機(jī)組：系統(tǒng)中一個(gè)區(qū)

13、域的機(jī)組群與另一區(qū)域機(jī)組群所發(fā)生的擺動(dòng)，頻率一般群所發(fā)生的擺動(dòng)，頻率一般不大于不大于0.5Hz。 機(jī)組間振蕩機(jī)組間振蕩：指同一電廠或相鄰電廠兩臺(tái)以上機(jī)組間的：指同一電廠或相鄰電廠兩臺(tái)以上機(jī)組間的相互擺動(dòng)，頻率一般為相互擺動(dòng)，頻率一般為1.53Hz。由于該類(lèi)振蕩的頻率較高，受高頻濾波器的影響，對(duì)由于該類(lèi)振蕩的頻率較高，受高頻濾波器的影響，對(duì)該類(lèi)振蕩的抑制作用可能會(huì)不及對(duì)前兩類(lèi)振蕩的抑制該類(lèi)振蕩的抑制作用可能會(huì)不及對(duì)前兩類(lèi)振蕩的抑制效果來(lái)得明顯。效果來(lái)得明顯。需要較為精確的機(jī)組間軸系振蕩頻率。需要較為精確的機(jī)組間軸系振蕩頻率。 4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理（5）PS

14、S的種類(lèi)的種類(lèi)電功率輸入信號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（大多數(shù)國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)、日電功率輸入信號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（大多數(shù)國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)、日本三菱、英國(guó)本三菱、英國(guó)R-R、法國(guó)法國(guó)ALSTOM等采用）等采用）奧地利奧地利ELIN勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS瑞士瑞士ABB公司公司Unitrol-p勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS4.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理PSS2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(美國(guó)美國(guó)GE、瑞士瑞士ABB）德國(guó)德國(guó)Simens電力系統(tǒng)穩(wěn)定電力系統(tǒng)穩(wěn)定4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用（1）仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果a.仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MATLAB SIMULINK 仿真環(huán)境參考電壓

15、勵(lì)磁電壓PSS信號(hào) 輸出勵(lì)磁電壓機(jī)械功率In11電力系統(tǒng)穩(wěn)定器eP 勵(lì)磁系統(tǒng) 同步發(fā)電機(jī) 無(wú)窮大系統(tǒng)4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用b. 小干擾下的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果小干擾下的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用c. 大干擾下的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果大干擾下的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用4.3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用（2）應(yīng)用實(shí)測(cè)波形）應(yīng)用實(shí)測(cè)波形a.應(yīng)用實(shí)例基本情況應(yīng)用實(shí)例基本情況三峽機(jī)組左岸機(jī)組三峽機(jī)組左