PSS与SVC对电力系统暂态稳定性的影响

0目录第一章课程设计要求......................................................................11.1原始数据...............................................................................11.2.工作要求..............................................................................1第二章PSS及SVC的简介............................................................22.1.电力系统稳定器PSS.............................................................22.1.1PSS基本原理.................................................................22.1.2AVR及PSS模型框图...................................................42.2静止无功补偿装置SVC........................................................52.2.1具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR)...................52.2.2静态无功补偿(FC)......................................................62.2.3晶闸管控制电抗器(TCR)............................................62.2.4晶闸管投切电容器(TSC)............................................6第三章Matlab/simulink仿真及仿真波形分析..............................83.1仿真系统图............................................................................83.2PSS对系统稳定性的影响.....................................................93.3SVC对系统稳定性的影响.................................................183.3.1无SVC.........................................................................183.3.2有SVC.........................................................................203.4SVC安装位置对系统稳定性的影响.................................23总结..................................................................................................24参考资料.....................................................................................241第一章课程设计要求1.1原始数据SVC水电厂11000MVA1000MVA13.8kV/500KV水电厂25000MVA5000MVA13.8kV/500KV负荷5000MWfB1B2B3L1350kmL2350km如图所示双机系统中，容量为1000MVA的1号水电厂经升压变，通过一条500KV，700km的长距离输电线路给一地区负荷供电，其最大负荷为5000MW。此外，该地区负荷还同时由当地容量为5000MVA的2号水电厂给其供电。两个水电厂机组均装设了电力系统稳定器PSS，同时，输电线路上还并联补偿了一个200Mvar的静止无功补偿器SVC。1.2.工作要求在Matlab/simulink中进行系统建模仿真，通过在输电线路首端设置短路故障点，模拟单相接地短路故障、两相接地短路故障以及三相接地短路故障时，PSS和SVC对该系统暂态稳定性的影响。要求得出相应的仿真波形，并且做出详细的仿真分析。（1）SVC未投入运行时，发生以上各类短路故障时，PSS对系统稳定性的影响。可得出转子角偏移量、发电机转速、发电机端电压的波形说明问题。（2）两台机组的PSS都投入运行时，发生以上各类短路故障时，SVC对系统稳定性的影响。可得出各母线电压、线路输送功率、SVC母线电压、SVC补偿的无功功率的波形说明问题。（3）SVC安装位置的不同对系统稳定性的影响。（输电线路电气中点及末端）2第二章PSS及SVC的简介2.1.电力系统稳定器PSS随着电力系统规模的不断扩大，以及自并励等快速微机励磁系统的广泛应用，动态稳定问题（低频振荡问题）已成为影响电网系统安全、稳定、经济运行的最重要的因素之一。研究表明，在互联的电力系统中一般都存在两种振荡模式，即地区性振荡模式（0.5～2.0HZ）和区域间振荡模式（0.1～0.5HZ）。要解决属于地区性振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，可以通过在一个或少数几个电厂配置电力系统稳定器来完成；要解决属于区域间振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，仅靠在一个或少数几个发电厂配置PSS是不够的，需要在一大批与该振荡模相关的发电机上配置电力系统稳定器（PSS），才能有效地解决区域间振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，保证连网系统的安全、稳定、经济运行。电力系统稳定器(PSS)作为励磁调节器的一种附加功能，能够有效地增强系统阻尼，抑制系统低频振荡的发生，提高电力系统的稳定性，目前在大多发电机的励磁系统上已得到广泛的应用，成为现代励磁调节器不可缺少的功能之一。2.1.1PSS基本原理单机无穷大母线系统图如图2.1所示，其小信号模型如图2.2所示：UtcUXe图2.1单机无穷大系统图MS1K1－＋－K4S0K5ΣΣdoSK3T'1K3K6K2ΣΔΕ’qΔEfdΔδΔωΔMe2ΔMe1ΔUtD－－＋ΔPM励磁模型PSSΣ图2.2单机无穷大系统小信号模型3如果忽略线路电阻，那么K1～K6可以简化成如下公式：0'ed'c0eqc01sinXXcosXXdqqoqxxUiUEKed'eq02XXXXqiKededXXXK'3XedddcXXxxUK'0'4sin)()(sin)(cos00'00005edtdtqceqtqtdcXXUXUUXXUXUUKed'e006XXXttqUUK式中，Xd、Xq、X'd分别为发电机纵轴电抗、横轴电抗、纵轴暂态电抗；Xe为线路电抗；Ut0、UC分别为发电机端电压和无限大母线电压当发电机在重负荷下运行受到干扰时，转子角将产生增量变化Δδ，但是由于励磁系统提供的励磁电势增量ΔEq滞后Δδ，使Δδ有进一步变化的趋势，助长了负阻尼。即如下式所示：ΔUt=K5Δδ+K6ΔE′q≈K5Δδ，当发电机在重负荷下运行时K5＜0，则ΔUt与Δδ反相。如果励磁系统为简单的比例式调节器，增益为Ke，时间常数为Te，则teefdUsT1KE如图2.3所示，在△δ－△ω平面上，和转子速度变化同相的力矩是正阻尼力矩，反相的是负阻尼力矩，和角度变化同相的力矩是正同步力矩，反相的为负同步力矩。在电力系统中并联运行的同步发电机，它稳定运行的必要条件是具有正的阻尼力矩系数和正的同步力矩系数。当阻尼力矩系数为负时，将会因出现自发增幅振荡而最终失去稳定，而当同步力矩系数为负时，发电机将出现爬行失步。PSS的功能是要提供一个正的阻尼力矩分量以补偿AVR所产生负阻尼，从而提高系统的动态稳定性。要实现PSS功能的基本原理是要生成一个与转子转速同相的信号。由于功率增量产生转子加速度，所以与电功率相关联的任何量，包括Δω、Δδ、Pe、ΔP、Δf等都可以作为PSS的输入信号。由于励磁系统具有滞后特性，故用超前、滞后补偿环节来补偿角度。从PSS模型框图来看，PSS由信号输入，信号测量，隔直，超前滞后，比例放大，输出限幅几个环节单元组成。如下图所示,图a为AVR产生负阻尼时，各相量之间的关系图，图b为加入PSS后，PSS产生正阻尼，各相量之间的关系图。4△ω△δ△Utk5△δk6△Eq△Utθ+θ　12θg(a)AVR产生负阻尼△ω△Tpss△δUpssθdθg(b)PSS产生正阻尼图2.3AVR及PSS产生的阻尼力矩2.1.2AVR及PSS模型框图GER3000励磁调节器的PSS模型框图采用的是PSS2A模型形式，为满足现场需要，经过适当调整参数，不需要修改程序，也可以将PSS2A模型简化为PSS1A模型使用。PSS2A模型输入信号为：转速和功率。PSS2A模型的实现方式是：用转速作为输入以产生等值的机械功率信号，使总信号对机械功率的变化不敏感；在系统振荡的频率范围内，PSS起电气功率输入稳定器的作用注：KP1，KS2，KS3，KS1放大倍数T6，T7惯性时间常数TW1，TW2，TW3，TW4隔直时间常数TS1，TS2一阶超前滞后时间常数TS3，TS4两阶超前滞后时间常数TS5，TS6三阶超前滞后时间常数T8，T9高频滤波器时间常数M，N高频滤波器指数KPKI/SKDSUF+UFG-arccos发电机1+T1S1+T2S1+T3S1+T4S1+T5S1+T6S-+KS3转速信号Kp11+T6STW1S1+TW1STW2S1+TW2S+Ks21+T7STW3S1+TW3STW4S1+TW4S1+T8S(1+T9S)M[]电功率信号N+－KS111+TSG(S)余弦移相－P注：通过适当整定参数，可以将上图中虚框内的模型简化为以下模型：-UpssTW1S1+TW1SKS11+T1S1+TS1S1+TS2S1+TS3S1+TS4S1+TS5S1+TS6SA点B点C点52.2静止无功补偿装置SVCSVC（StaticVarCompensator）——静止无功补偿器，其静止是相对于发电机、调相机等旋转设备而言的。它可快速改变其发出的无功，具有较强的无功调节能力，可为电力系统提供动态无功电源、调节系统电压，当系统电压较低、重负荷时能输出容性无功；当系统电压较高、轻负荷时能输出感性无功，将供电电压补偿到一个合理水平。SVC通过动态调节无功出力，抑制波动冲击负荷运行时引起的母线电压变化，有利于暂态电压恢复，提高系统电压稳定水平。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，近年发展起来的静止型无功补偿装置(StaticVarCompensator)是一种快速调节无功功率的装置,主要有固定电容器组(FC:FixeCapactor)、晶闸管控制电抗器（TCRThyristorControlReactor）、晶闸管投切电容器(TSC:ThyristorSwitchCapacitor)，用静止无功补偿器恰当地供给和控制输电网络的无功伏安有以下明显的经济和技术效果；(1)产生和吸收无功伏安的建设费很少;(2)输电系统的损耗最小;(3)发电站的利用最佳.可推迟扩建工程;(4)系统的运行稳定度提高;(5)能维持适当的供电质量;(6)能控制系统的过电压。因此，目前这一新技术引起了世界各国输电工程师的极大兴趣正在不断发展完善中[4]。图2.4TCR原理图图2.5TSC原理图2.2.1具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR)饱和电抗器分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种,相应的无功补偿装置也就分为两种。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的