电力系统稳定器设计方法的研究

摘要

随着电力系统规模不断扩大，低频振荡问题日益突出。电力系统稳定器(Power system stabilizer, PSS)作为有效抑制低频振荡的重要措施，在电力系统中广为应用。PSS参数选取的是否恰当，对其效果有很关键的影响。本文重点研究了PSS参数的设计方法。PSS的传统理论是负阻尼机理，以Philips-Heffron模型为基础，通过为系统增加阻尼提高系统稳定性。理论上，相位滞后角度可通过计算从PSS输入点到暂态电势间传递函数的相位差来确定，实际常用发电机机端电压来代替暂态电势。这能否保证其在各种工况和振荡模式下相位补偿的准确度是值得讨论的。 本文推导了机端电压和暂态电势间传递函数，并从以下几方面影响因素进行了讨论:参考电压扰动、状态变量初始值和机械功率扰动，有助于解决现阶段PSS运行存在的问题。有功型PSS结构简单，能较好抑制低频振荡，但其使用需满足机械功率变化相对电气功率变化近似不变的前提。当机械功率有较快速且明显变化时，无功功率会反方向大幅变化，即反调。针对现场运行中还存在的一些反调问题，本文建立了发电机机端电压和机械功率的函数关系，无功功率和机械功率的函数关系，从内在机理上对反调问题进行了分析，并加以实例仿真验证，研究了反调的影响因素，抑制反调的措施。为现场调试和系统的稳定运行提供支持作用。本文从全局优化的角度，提出了一种新型的控制器，对称根轨迹法控制器，从根本上解决了相位补偿PSS存在的暂态电势和机端电压替代不完全一致的问题以及反调问题。之后，为了进一步增加其实际应用可行性，对SRL控制器进行了降维简化控制，只保留与转速对应的分量，舍弃那些不易测量的电磁量对应的分量。通过仿真验证可以看到，基本保证了控制效果，并与相角补偿PSS进行对比，讨论两种方法的镇定效果，说明这种控制器是有效且可实现的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 电力系统低频振荡

1．1．2 低频振荡的分析方法

1．1．3 抑制低频振荡的控制策略

1．2 PSS综述

1．2．1 PSS研究现状

1．2．2 PSS的工程整定方法

1．2．3 待解决的问题

1．3 本论文的主要内容

第2章 PSS的基本原理

2．1 Philips-Heffron模型

2．2 同步转矩与阻尼转矩

2．3 相位补偿PSS设计

2．3．1 相位补偿法基本原理

2．3．2 相位补偿法设计PSS步骤

2．4 本章小结

第3章 电力系统稳定器相位补偿准确度的理论研究

3．1 三阶发电机模型下暂态电势与机端电压的相角差

3．1．1 励磁参考电压影响

3．1．2 状态变量初值影响

3．1．3 机械功率的影响

3．2 五阶发电机模型下等效电势与机端电压的相角差

3．2．1 励磁参考电压影响

3．2．2 状态变量初值影响

3．2．3 机械功率的影响

3．3 六阶发电机模型下等效电势与机端电压的相角差

3．4 本章小结

第4章 PSS反调问题研究

4．1 反调问题概述

4．2 反调的理论分析

4．2．1 机端电压与机械功率的函数关系

4．2．2 发电机无功功率和机械功率的函数关系

4．2．3 反调的影响因素讨论

4．3 抑制反调的措施——加速功率型PSS

4．4 本章小结

第5章 新型控制器的设计

5．1 对称根轨迹理论

5．2 对称根轨迹法控制器及降阶

5．2．1 对称根轨迹控制器的设计

5．2．2 对称根轨迹控制器的降阶

5．3 与相位补偿PSS控制器的比较

5．3．1 传统相位补偿PSS设计控制器

5．3．2 两种控制器比较

5．4 仿真验证

5．5 本章小结

第6章 结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢