同步发电机PSS辅助励磁控制及MATLAB仿真

电力系统稳定器的仿真

2011年2月第2期（总第147期）

广西轻工业

GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY

机械与电气

同步发电机PSS辅助励磁控制及MATLAB仿真

李静

（江苏食品职业技术学院机电工程系，江苏淮安２２３００３）

【摘

在MATLAB环境中建立了PSS辅助励磁控制系统的仿真模型，并针对要】分析了电力系统产生低频振荡的原因，

该系统进行MATLAB仿真试验。通过比较在有无PSS辅助励磁控制时，系统在大小扰动下机端电压稳定性的变化，分析了PSS辅助励磁控制对电力系统稳定性的影响，证明了PSS对低频振荡有良好的抑制作用，能使系统稳定性提高。

励磁控制；MATLAB仿真；低频振荡【关键词】PSS；

【中图分类号】TM743【文献标识码】A

【文章编号】1003-2673(2011)02-50-02

电机装设比例型励磁调节装置时，可认为暂态电抗Xd’为常数，并且发电机的电抗由同步电抗Xd减小为暂态电抗Xd’。如果能够按运行参数的变化率调节励磁，甚至基本可以维持发电因此，发电机的端电压为常数，相当于发电机的电抗减小为零。机装设先进的调节器，就相当于缩短了发电机与系统间的电气距离，从而提高了系统的静态稳定性。

（2）提高动态稳定性

常规励磁系统对于电力系统的动态稳定性不起多大作用，但带PSS的快速励磁系统能够阻尼系统的低频振荡，从而提高电力系统动态稳定性。

（3）提高暂态稳定性

当电力系统中发生短路故障时，主要靠快速继电保护切除故障，以减小加速能量；而故障切除之后，励磁可以增大发电机的电势，因而增大输出的电磁功率，增大了制动能量，防止发电机摇摆角度过度增大，有利于暂态稳定性的提高。

1引言

同步发电机励磁控制是保证发电机和电力系统安全稳定运行和改善电力系统动态品质的一项基本措施。随着电力系统的发展，对发电机励磁提出了更高的要求。除了维持发电机电压水平，合理分配并联机组的无功功率外，还要求励磁控制系统能对电力系统的静态和动态稳定及暂态稳定起作用。

国内外的研究和实践证明，励磁控制系统不仅能提高电力系统稳定运行极限，而且通过附加控制，能抑制低频振荡和次因此，研究和开发同步振荡，对电力系统稳定运行有显著效果。性能优良的同步发电机励磁控制系统，一直是各国学者和工程技术人员的一项重要工作。

2励磁系统工作原理及构成

2.1励磁系统的工作原理

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响在某些故电网的电压水平和并列运行机组间无功功率的分配。

障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降。为此，当系统发生故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性等方面都起着十分重要的作用。

同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流；励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则整个励磁自动控制系统是由励磁调控制励磁功率单元的输出。

节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。2.2励磁控制作用

励磁控制的作用可以归纳如下：2.2.1控制电压，分配无功

在电力系统正常运行时，励磁控制系统能够维持发电机端电压在整定水平。当发电机因负荷变化而机端电压发生变化时，励磁系统能使之维持在给定水平并保证一定的精度要求。2.2.2提高电力系统稳定性

（1）提高静态稳定性[5]

在单机无穷大系统中，当发电机没有自动调节励磁装置时，空载电动势Eq为常数，发电机的电抗为同步电抗Xd。当发

3电力系统稳定器PSS[3]

3.1低频振荡概述

在电力系统中发电机经输电线路并列运行时，在小扰动作用下，发电机转子之间会发生相对摇摆，如果系统缺乏足够的阻尼，系统中的功率振荡不能平息，造成减幅或等幅的振荡；如果系统的阻尼为负，则将造成增幅振荡，就会失去稳定。动态失稳表现为发电机转子间的持续振荡，同时输电线路上的功率也发生响应振荡，影响了功率的正常输送，由于这种持续振荡的频率很低，一般在0.2~2.5Hz之间，故称为低频振荡。

就目前来说，由于电力系统本身的复杂性和非线性特性，对低频振荡发生的根本原因尚未有整体上的统一认识，低频振荡产生原因大致可以归纳为如下几个方面：

（1）系统在负阻尼时产生的自发功率振荡；

（2）系统在受到扰动时，由于阻尼弱，其功率振荡长久不能平息；

（3）系统振荡频率与系统中某种功率波动的频率相同，而且由于弱阻尼，使联络线上该功率波动得到放大，产生了强烈的功率振荡；

（4）由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路耦合产生的机电振荡，其频率约为0.2~2Hz。

此外尚有：由于励磁调节器过于灵敏，对较小的扰动作出

电力系统稳定器的仿真

过大的反应而引起振荡；由于电力系统的非线性，即使系统全部特征根都有负实部，在小扰动下，非线性造成的分歧，也可能使系统的特性和状态发生突变导致增幅振荡的发生；不适当的采用不同的励磁控制控制方式导致低频振荡。理论分析表明，方式对系统的阻尼特性产生不同的影响。3.2PSS的基本原理及应用

为了抑制低频振荡，提高电力系统的动态稳定性，必须采用电力系统稳定器PSS，采用附加控制信号，通过励磁系统提供附加正阻尼以补偿原来的负阻尼，使系统总的阻尼为正值。国内外，PSS已获得广泛应用，得到明显的效益，主要有以下三个方面：

）抑制电力系统的低频振荡（1

PSS是专门为抑制低频振荡而设的，在系统发生低频振荡时，PSS经过1~2个周波振荡就平息了，超调量仅为3%；

（2）提高静态稳定的功率极限

有了PSS后，励磁控制系统的放大倍数可以采用较大的数值，发电机端电压的调节精度较高，可维持发电机端电压保持不变。因此单机无穷大系统的静态稳定极限可以保持较高水平，极限功角可由67°提高到95°。

（3）对暂态稳定的影响

由于PSS要通过发电机励磁绕组才起作用，而发电机励磁绕组的时间常数较大所以PSS对于第一摇摆的影响不明显，由于PSS能够在一定频率范围内提供正阻尼，它对后续振荡有抑制作用，可缩短后续摇摆过程。

比较图1和图2我们发现，未投入PSS时，在大扰动下，系统发生失步；投入PSS后，失步现象消失，系统稳定性提高。这PSS控制能够有效地提高系统的动态稳定性。说明，

4.2系统在小扰动下的仿真分析

有无PSS附加励磁控制时，系统在小扰动下机端电压的仿图4所示。真图，如图3、

图3无PSS时，小扰动下机端电压的仿真图

图4有PSS时，小扰动下机端电压的仿真图

比较图3和图4可知，在未加设PSS时，受小扰动的情况下，系统机端电压经过一段较长的时间才趋于稳定；投入PSS后，系统在小扰动下的稳定性有了明显的提高。这说明，附加PSS控制对系统的静态稳定性有良好的调节作用。

4MATLAB仿真试验[4]

在MATLAB环境下搭建带有PSS附加励磁控制的励磁调节系统模型，并针对该系统进行MATLAB仿真试验，比较在系统在大小扰动下机端电压稳定性有无PSS辅助励磁控制时，的变化。

4.1系统在大扰动下的仿真分析

有无PSS附加励磁控制时，系统在大扰动下机端电压的仿真图，如图1、图2所示。

5结语

附加PSS的励磁控制系统，它能有效地抑制低频振荡，提高电力系统的动态稳定性和静态稳定性，很好地克服了传统控制方式中单纯按机端电压偏差进行比例式调节的弱点。仿真结果表明附加PSS励磁控制方法是行之有效的。参考文献

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[5]孟祥萍.电力系统分析[M].北京:高等教育出版社

,2003.

图1无PSS时，大扰动下机端电压的仿真图

图2有PSS时，大扰动下机端电压的仿真图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/frf4.html