异步化汽轮发电机和同步汽轮发电机闭环阻尼特性的比较研究

以派克方程为基础,建立同步汽轮发电机单机无穷大系统线性化数学模型,该模型以机端电压偏差作为反馈进行励磁控制;同时建立异步化汽轮发电机在同步旋转X-Y轴系下的单机无穷大系统线性化数学模型,以深入分析双通道励磁控制策略对异步化汽轮发电机及其系统的影响。利用所建模型,对同步汽轮发电机和异步化汽轮发电机的闭环阻尼特性进行分析和比较。通过比较,揭示出同步汽轮发电机在引入快速励磁后可能导致电力系统发生低频振荡的原因,指出合理选取异步化汽轮发电机反馈励磁控制系数能够有效提高系统的静态稳定性、增强系统阻尼并有效遏制低频振荡。最后分析异步化汽轮发电机闭环阻尼特性与反馈励磁控制系数的关系,进一步明确异步化汽轮发电机在提高电力系统稳定性方面较同步汽轮发电机更具优势。     

异步化汽轮发电机和同步汽轮发电机开环阻尼特性的比较研究

以派克方程为基础,分别建立了同步汽轮发电机和异步化汽轮发电机考虑等效阻尼绕组作用的单机无穷大系统线性化数学模型。利用所建模型,对考虑等效阻尼绕组作用的同步汽轮发电机的开环阻尼特性进行了分析;在此基础上,同时对异步化汽轮发电机的开环阻尼特性进行分析;并对异步化汽轮发电机和同步汽轮发电机的开环阻尼特性进行比较研究。通过比较,阐述了异步化汽轮发电机的开环阻尼特性与电机参数、系统参数以及运行状态的关系,展示了异步化汽轮发电机在提高电力系统稳定性方面较同步汽轮发电机的优势,进一步完善了异步化汽轮发电机的研究理论。     

同步发电机励磁对稳定性影响的研究

本文采用了典型的发电机及其励磁系统数学模型,介绍励磁系统的基本原理和主要任务,分析了同步发电机励磁对电力系统稳定性的影响,在Matlab的Simulink环境下设计了基于机端电压的励磁调节器,在电力系统模块(PSB)下将其用于单机无穷大系统三相短路故障试验,在仿真中对励磁系统作了不同的设定,即应用不同控制结构的电力系统稳定器(PSS),实现对同步发电机励磁的调节.     

发电机励磁控制中负荷补偿对系统稳定性的影响

为了探讨发电机励磁控制中负荷补偿对电力系统稳定性影响产生的机理，论文以单机无穷大系统为例，分析了负荷补偿对同步转矩以及阻尼转矩的影响，深入探讨了不同系统参数和运行状态下补偿系数与同步转矩和阻尼转矩的关系,从而研究了负荷补偿对电力系统稳定性的影响。研究表明，小负荷情况下负荷补偿对同步转矩和阻尼转矩的改善较小，重负荷情况下，负荷补偿对同步转矩改善明显，但会恶化阻尼。论文通过对单机无穷大系统的时域仿真，验证了理论分析的正确性。     

灰色预测励磁控制同步发电机动态过程仿真

为了更准确地研究灰色预测励磁控制对发电机行为的影响,基于非线性派克模型构建了考虑PSS作用的同步发电机灰色预测励磁控制系统模型,并以单机无穷大系统为对象对其控制效果进行了仿真。与采用线性化模型相比,采用非线性派克模型可保证灰色预测控制输入数据的非负性,简化预测算法。考虑调速系统和PSS的作用后,能更加准确和全面的了解灰色预测励磁控制系统的控制效果。仿真结果表明,在大小扰动下,无论是否具有PSS,同步发电机励磁系统中引入灰色预测控制后均可明显地改善系统的稳定性。     

异步化汽轮发电机双通道励磁控制系统的研究

本文论述了异步化汽轮发电机励磁控制原理和自动励磁控制系统的构成。利用研制的数字式双通道励磁控制装置，对异步化模拟机的稳态特性进行了试验研究。试验结果表明，按本文提出的控制策略所研制的励磁控制装置，能满足异步化汽轮发电机有功、无功独立调控的要求，为工程设计奠定了基础。     

电力系统阻尼特性规律探索

为了探索电力系统阻尼特性规律,给出了电力系统小干扰稳定模型的一般形式,推导了考虑发电机励磁控制作用、定子侧电阻及线路电阻等情况下单机-无穷大系统小干扰分析线性化数学模型.利用特征分析法,分析了定子侧电阻对振荡模式阻尼的影响,振荡模式总阻尼的守恒现象,阻尼守恒成立的基本条件,阻尼在不同振荡模式之间的传递规律.结果表明:随着励磁放大倍数的增加,系统机电模式阻尼减少,系统阻尼由机电模式流向非机电模式;系统引入电力系统稳定器(PSS)后,系统机电模式总阻尼随着PSS放大倍数的增加而增加,系统阻尼从非机电模式流向机电模式.     

基于线性最优控制理论的励磁系统的设计及仿真

基于单机无穷大系统的线性化模型,结合线性最优控制理论建立了最优励磁控制器用的系统状态方程,求出线性最优励磁控制电力系统稳定器,用Matlab仿真软件在单机无穷大系统两种不同的运行状态下进行仿真,结果表明最优励磁控制具备了良好的电压性能,且给出了比AVR＋PSS更强的阻尼,表现出良好的动态特性。     

基于等值单机无穷大系统的多机系统PSS设计

多机电力系统PSS的合理设计对于抑制低频振荡至关重要.基于单机无穷大系统的PSS设计方法简单明了,但需要解决等值单机无穷大系统的求取问题.提出了一种直接利用多机系统Phillips-Heffron模型线性化矩阵对角元素形成等值单机无穷大系统Phillips-Heffron模型的新方法,并采用相位补偿法进行PSS设计.与基于发电机间的节点导纳矩阵求取等值单机无穷大系统的方法相比,新方法省去了各机组等值系统参数和线性化系数的计算工作.基于等值单机无穷大系统的PSS设计方法简洁,物理概念清晰,计算量小,便于现场应用.算例比较表明,基于等值单机无穷大系统设计的PSS增强系统阻尼的效果不比一些统一协调设计法的差.     

基于等值单机无穷大系统的多机系统PSS设计

多机电力系统PSS的合理设计对于抑制低频振荡至关重要。基于单机无穷大系统的PSS设计方法简单明了,但需要解决等值单机无穷大系统的求取问题。提出了一种直接利用多机系统Phillips-Heffron模型线性化矩阵对角元素形成等值单机无穷大系统Phillips-Heffron模型的新方法,并采用相位补偿法进行PSS设计。与基于发电机间的节点导纳矩阵求取等值单机无穷大系统的方法相比,新方法省去了各机组等值系统参数和线性化系数的计算工作。基于等值单机无穷大系统的PSS设计方法简洁,物理概念清晰,计算量小,便于现场应用。算例比较表明,基于等值单机无穷大系统设计的PSS增强系统阻尼的效果不比一些统一协调设计法的差。     

Design of a nonlinear power system stabilizer using synergetic control theory

Electromechanical oscillations of small magnitude and low frequency exist in the interconnected power system and often persist for long periods of time. Power system stabilizers (PSSs) are traditionally used to provide damping torque for the synchronous generators to suppress the oscillations by generating supplementary control signals for the generator excitation system. Numerous techniques have previously been proposed to design PSSs but many of them are synthesized based on a linearized model. This paper presents a nonlinear power system stabilizer based on synergetic control theory. Synergetic synthesis of the PSS is based fully on a simplified nonlinear model of the power system. The dynamic characteristics of the proposed PSS are studied in a typical single-machine infinite-bus power system and compared with the cases with a conventional PSS and without a PSS. Simulation results show the proposed PSS is robust for such nonlinear dynamic system and achieves better performance than the conventional PSS in damping oscillations.     

功率方向电力系统稳定器在抽水蓄能同步电机上的应用

基于阻尼绕组作用的单机无穷大系统线性化c1-c12模型,分析了常规PSS（电力系统稳定器）附加磁阻尼力矩的符号与抽水蓄能同步电机运行工况的关系,提出了功率方向PSS的设计思想,并对功率方向PSS在抽水蓄能同步电机各种运行方式下的作用进行了研究。功率方向PSS可辨别抽水蓄能电机的发电和抽水工况并相应改变PSS增益的符号。常规PSS在抽水工况下将产生负的电磁阻尼力矩,不能直接用于抽水蓄能同步电机;抽水蓄能同步电机宜采用可辨别发电和抽水工况的功率方向PSS;针对迟相发电重载工况设计的功率方向PSS对抽水蓄能电机的各种工况具有良好的适应性。     

改善虚拟同步发电机阻尼特性的设计方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)控制基于虚拟同步机制可以增大电力系统等效转动惯量,改善电网稳定性。但是由于虚拟同步发电机模拟传统电机的机电暂态特性,传统电机的动态稳定性问题也因此被引入到虚拟同步发电机中。通过建立虚拟同步发电机的动态模型,发现线路电感会对系统等效产生负阻尼力矩;采用复数力矩系数法,分析得到虚拟励磁调节器同样会在控制回路中等效叠加阻尼力矩,存在功率振荡的风险。为改善系统阻尼特性,采用虚拟阻抗控制策略改善电感等效阻尼;并提出一种虚拟电力系统稳定装置(power system stabilizer,PSS)设计方法,可以实现虚拟励磁等效力矩的补偿。最后,通过搭建仿真平台,验证虚拟同步发电机中存在的负阻尼特性以及补偿设计方法的有效性。     

Three-dimensional power system stabilizer

Power system stabilizers (PSSs) are used to enhance damping of power system oscillations through excitation control of synchronous generator. The objective of the PSS is to generate a stabilizing signal, which produces a damping torque component on the generator shaft. Conventional PSSs are designed with the phase compensation technique in the frequency domain and include the lead-lag blocks whose parameters are determined according to a linearized power system model. The performance of conventional PSSs (CPSSs) depends upon the generator operating point and the system parameters, but a reasonable level of robustness can be achieved depending on the tuning method. This paper presents a new three-dimensional PSS (3D PSS), which uses rotor speed deviation, rotor acceleration and load angle deviation as input signals. The 3D PSS attempts to return the generator to the state-space origin, based on the generator’s trajectory in state-space and the achievement of torque equilibrium. The 3D PSS is robust to system parameters changes. The proposed algorithm was implemented in a digital control system, tested in a laboratory environment on a synchronous generator connected to the power system, and then compared with CPSS. Experimental results show that the proposed PSS achieves better performance than the CPSS in damping oscillations.     

虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。     

电力系统低频振荡与PSS分析

利用单机无穷大系统小干扰线性化模型从理论上分析了应用快速高增益励磁调节器后系统产生低频振荡的原因。对PSS抑制低频振荡的原理——相位补偿进行了分析。讨论了PSS的各个环节功能及参数对阻尼低频振荡的影响，并给出了某发电机组PSS相位校正的实测数据，证明PSS对低频振荡有良好有效的抑制作用。     

Assessment of dynamic stability of large-scale power system by Rayleigh's quotient

A method of assessing dynamic stability of large-scale power system by Rayleigh's quotient is proposed. One-machine infinite-bus systems show damping torque characteristics similar to diagonal components of operational transfer matrices for original multimachine systems, which means that design of PSS with one-machine systems controls those components. An expression for damping constants of oscillation modes is derived based on an energy function and its time derivative for a simplified system representation. This expression demonstrates that oscillations do not necessarily become unstable even if there are some generators with negative damping; and the effect of damping torque is determined by eigenvectors. The expression is generalized with Rayleigh's quotient, and a method of estimating eigenvalues of large-scale power systems is proposed. With this method, approximate eigenvalues are refined to accurate eigenvalues. Only a specified number of eigenvalue analyses are required irrespective of the number of generators, hence much calculation is saved. Finally, this method is applied to a 107-machine system to verify its effectiveness.     

发电机励磁调节器低励限制协调控制分析

从原理上分析了低励限制器(under excitation limiter, UEL)参数整定不当导致系统阻尼弱化的原因,指出了 UEL提供的电磁转矩在Δω方向的分量滞后Δω180°,以及 UEL的作用频段与 PSS 配合不当是产生机组阻尼弱化现象的主要原因,并在 PSS/E 和 Matlab 仿真软件中建立了单机-无穷大系统的励磁控制系统自定义模型,通过仿真验证了理论分析结论.仿真结果进一步表明 UEL 提供负阻尼转矩时,低励稳定曲线斜率越低,UEL 的作用频段越低,系统时域动态响应特性越好.