南京理工大学电力系统安全性与稳定性大报告

电力系统安全性与稳定性大报告姓名:***学号:*********学院:自动化学院指导老师:***201*年*月*日成绩：目录一、引言...................................................................................................................................11.1单变量控制方式.............................................................................................................21.2线性多变量控制方式.....................................................................................................31.3励磁系统的基本要求....................................................................................................3二、单机无穷大系统稳定性原理分析...................................................................................52.1经典同步发电机模型.....................................................................................................52.2励磁系统模型.................................................................................................................72.3电力系统稳定器.............................................................................................................9三、MATLAB仿真模型........................................................................................................123.1仿真参数设置...............................................................................................................123.1.1同步发电机（SynchronousMachine）参数：....................................................123.1.2励磁控制器参数(ExcitationSystem).....................................................................133.1.2PSS参数设置.........................................................................................................133.2含AVR和PSS的系统暂态稳定性措施的运行效果仿真...........................................153.2.1三相接地短路........................................................................................................153.2.2单相接地短路（A相）.........................................................................................163.2.3三相断路................................................................................................................183.3结论分析.......................................................................................................................20四、总结.................................................................................................................................21参考文献.................................................................................................................................221一、引言由于电力系统运行稳定性的破坏事故，造成大面积停电，使国民经济遭受重大损失。给人民生活带来重大影响,。因此，改善与提高电力系统运行的稳定性意义重大。早在20世纪40年代。有电力系统专家就强调指出了同步发电机励磁的调节对提高电力系统稳定性的重要作用，随后这方面的研究工作一直受到重视。研究主要集中在2个方面:一是励磁方式的改进；二是励磁控制方式的改进。在励磁方式方面，世界各大电力系统广泛采用可控硅静止励磁方式。这种无旋转励磁机的可控硅自并励方式具有结构简单、可靠性高及造价低廉等优点，在励磁控制方式上，针对静止励磁方式的控制器研究也取得了很大的进展。到现在为止,已经经历了3个阶段。即单变量控制阶段、线性多变量控制阶段、非线性多变量控制阶段。PSS是电力系统稳定器英文PowerSystemStabilizer的缩写。它是一种借助于电压调节器控制励磁机的输出，来阻尼同步电机的功率振荡的调节器。输入变量可以是转速、频率或功率。PSS是励磁调节器中的一个功能部件，它的主要作用是在系统发生低频振荡时提供一个附加阻尼，相当于提高功率阻尼系统D，使转子振荡的阻尼比达到一个理想的数值，响应特性就能较快的达到稳态值，提高了电力系统的静态稳定。PSS在转速恒定不变时，输出为零，不起作用，这是因为发电机正常运行中，我们不希望稳定器对机端电压产生持续的影响。只有在转速或有功功率或频率发生变化时，才起作用。因此，从这点上来说，PSS如果参数选取不对，不但不能帮助系统稳定，还可能会起反作用，影响系统的稳定性。从我国目前的研究现状和实际应用情况上来看，PSS在我国有很多种的理论及数学模型，比较有代表性的有经典PSS理论、线性最优控制和非线性最优控制等。这几种理论在实际机组上都有应用，从效果上来看也都还是能起到稳定器的作用的，到底哪种理论更好，还有待进一步的研究。由于电力系统具有高度的非线性特性，当系统的运行点改变时，系统的动态特性会显著改变。此时，单一变量的控制方式和线性控制器就难以满足电力系统稳定的要求。只有非线性控制方式的控制器才能有效地提高电力系统稳定能力。半个多世纪以来专家学者在探索可控硅静止励磁控制方式中取得的诸多成就。本章将对励磁控制方式中的单变量控制方式和多变量控制方式做简要说明，以方便下一章节介绍单机无穷大系统做准备。21.1单变量控制方式所谓单变量控制方式就是指其控制规律是按发电机端电压偏差tV的比例进行调节，或按tV的比例—积分—微分（PID）进行调节，其传递函数分别为：比例调节：tu=PKV（1-1）PID调节:tu1=()1PDIKKSVKS（1-2）其中发电机偏差电压tt=tREFVVV（），且REFV为参考电压，ttV（）为电机端电压实时三相有效值的平均。PID中比例项的作用是放大误差的幅值，微分项的作用是改善系统在调节过程中的动态特性；积分项的作用是消除稳态误差、改善稳态特性。在模拟PID调节器中，输入输出之间的基本运算关系为：t001de(t)u(t)=Ke(t)+e(t)dt++udtPdiT[T]（1-3）其中：u(t)为调节器的输出信号；e(t)为偏差信号；KP为比例增益；iT为积分时间常数；dT为微分时间常数。数字式PID调节器有两种算法，即位置式PID和增量式PID算法。所谓位置式PID算法是指：输出量un与执行机构的位置有一一对应的关系，其算法公式为：n101uK++undnPjnnjiTTeeeeTT[+()]（1-4）所谓增量式PID是指：计算的不是输出量的绝对值，而是这次采样输出值与上次输出值之差。即本次输出相对于上次输出的增量，其算法公式为:1112[(2)]nndPnnnnnniUuuTTKeeeeeeTT（1-5）增量式算法与位置式算法相比，优点主要表现在:位置式算法的每次输出都与控制系统的整个历史状态有关。计算中要用到过去误差的累加值，这样容易产生较大的累加计算误差。而增量式算法只需计算增量，计算误差对输出量的影响较小。3以上所述的PID调节方式，虽然在一定程度上缓和了对单反馈量的励磁调节系统按系统稳定性与按稳态调压精度对调节器放大倍数要求之间的矛盾，但却不能有效地改善系统的动态品质与提高系统的稳定水平。1.2线性多变量控制方式为了进一步改善和提高电力系统的动态稳定与静态稳定性能，多变量反馈的励磁控制方式便逐步发展起来。前苏联在20世纪五十年代末提出了强力式励磁调节器、美国则在上世纪七十年代提出了电力系统稳定器，在此我们将着重介绍电力系统稳定器PSS，之后又相继提出了最优励磁控制的不同类型多变量反馈励磁控制器。PSS控制方式在控制规律中保留了按发电机端电压偏差tV的比例—积分-微分部分，增加了一个按发电机转速或频率f的二阶超前校正环节。PSS通道由两个一阶超前环节(1)(1)DIKSKS,一个放大环节SK和一个清楚环节(1)TSTS以及一个5%的限幅环节组成。由于PSS环节的存在，在其参数DK、IK、SK及T选取合理时，可使整个闭环主导特征值左移。起到改善电力系统阻尼特性以及减小干扰稳定性的作用。但PSS控制方式仍存在以下不足:①当PSS环节中的DK、IK、SK及T参数已确定时,控制器对于电力系统某一对应的较狭窄的振荡频率带能有较好的控制效果,但当系统的实际振荡频率落在上述振荡器抑制振荡频率带以外时,其控制效果就会明显减弱。②这种附加单变量的励磁控制方式,即使在小扰动条件下,其本身从理论上就不能达到最佳的控制效果,只有在设计合理的条件下才能获得较好的控制效果。1.3励磁系统的基本要求励磁系统是由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成的，为了充分发挥它们的作用，完成发电机励磁自动控制系统的各项任务，对励磁功率单元和励磁调节器性能分别提出了如下要求：对励磁调节器而言，其主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁单元以得到所要求的发电机励磁电流。所以对它的要求如下：41）系统正常运行时，励磁调节器应能反映出发电机端电压高低以维持发电机电压在给定水平。通常认为，自动励磁调节器应能保证同步发电机端电压静差率:半导体型的1%，电磁型的3%。2）励磁调节器应能合理分配机组的无功功率，为此，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差率可以在下列范围内进行调整:半