自动调节励磁系统对静态稳定的

第七章 自动调节励磁系统对静态稳定的影响Dr.Tang Yi自动调节励磁系统对静态稳定的影响 如果自动励磁调节器能基本保持发电机端电压不变，则静态稳定极限可扩展到 ,而且极限功率可提高到090/GeU U x一、按电压偏差比例调节励磁一、按电压偏差比例调节励磁二、调节励磁器的改进二、调节励磁器的改进一、按电压偏差比例调节励磁（一）自动调节励磁系统简化框图1eeKT pGUfu(1)eGefKUT pueK等值的放大倍数eT等值的时间常数(1)eGefKUT pu由于励磁电压Uf和强制空载电动势Eqe之间为线性关系，即XadUf/rf=Eqe，在标幺制中若它们的基准值满足此比例关系，则Uf和Eqe的标幺值相等，则上式可改写成：(1)eGeqeKUT pE（二）列出系统的状态方程 为简化，忽略调节系统和励磁机中的暂态过程，即忽略Te，则：qeeGEKU 即发电机端电压的偏移量直接改变强制空载电动势，而后者又将引发电机电动势的变化，将发电机电动势变化方程改写成偏移量方程，即0qqeqdd EEETdt 0qeGqdd EKUETdt 转子运动方程01EJddtdPdtT 一起组成了描述系统运动特性系统运动特性的偏移量状态方程状态变量为：0qeGqdd EKUETdt 01EJddtdPdtT qEGqEUEP左边三个变量与右边三个变量之间的关系？左边三个变量与右边三个变量之间的关系？qEGqEUEPEqPE qqEE GqUE(1)EqPE 不计励磁调节的情况下：000sinsinqqEEddTEE UE UdPPxxdPP 是常数，故 仅是 的函数EPqE计及励磁调节的情况下：计及励磁调节的情况下：2sinsin 22qdqEqddqE UxxUPxxx 00qqEEEqqPPPEE12qKKE 21000coscos2qqEqdqEddqPE UxxKSUxxx200sinqEqdPUKEx(2)qqEE 0qqdddqdEUI xUI x0qqdddqqEUI xUI x以空载电动势和同步电抗表示发电机以暂态电动势和暂态电抗表示发电机cosdddqqddxxxEEUxx340sindddddKxxxxKUx43001qqqqqqEEEEEKEK(3)GqUE 由发电机端电压相量图sinqqGdqqdqqxxUI xUUxx()GqqdddUUIxx其中 可有两种表达式，即dIqqqqdddEUEUIxx coscosqqddGqeeddddEExxUxUxUxxxx发电机外部电抗eddddxxxxx222GGdGqUUU因为也是 和 的函数GUqE5600GGGqqqUUUEKKEE222GGdGqUUU两边同取偏导000222GqGGdGGdGqUUUUUU000000GqGGdGGdGqUUUUUU00005000cossinqdGdGqGqdGGUUxUUxUKUxUx222GGdGqUUU两边同取偏导000000GqGGdGGdGqqqqUUUUUUEEE0600GqGddqdGUUxxKEUx0qeGqdd EKUETdt 5600GGGqqqUUUEKKEE43001qqqqqqEEEEEKEK代入564031qeGeeqqdd EKUK KK KEEKTKdt 4560311()qeeqdd EKK KK KEdtTK 01EJddtdPdtT 1200qqEEEqqqPPPEKKEE012456003000111()0()JJqqeeddKKTTEEKK KK KTTK组成的系统状态方程组的矩阵形式为：其系数矩阵的特征值可确定为：0124536000000110JJeeddpKKpTTKK KKK KpTT整理后得：32360112416250331()0eedJK K KKKpppK KKK KK KT KTK（二）稳定判据的分析32360112416250331()0eedJK K KKKpppK KKK KK KT KTK已不能用简单的代数方法求得其根，但可以用劳斯判据劳斯判据判断其根的性质P188 劳斯阵列转化后的系统稳定判据14512416253000eeKKK KKK KKK KK KK三个判据的意义？说明加装了励磁调节器后稳定极限角 可扩展到大于90度，即对应于 保持常数的功率特性最大值的角度（K1=0），一般能达到110度左右，因此扩大了稳定运行的范围（提高了静稳定极限）。1sqE（1）判据一：10K 450eKK K（2）判据二：由于K4总大于零，K5一般小于零，此判据限定了放大倍数的最大值，即：4max5eeKKKK 00005000cossinqdGdGqGqdGGUUxUUxUKUxUx40sindddxxKUx0GU忽略maxddedxxKx在这种情况下，暂态电动势 为常数，则发电机的功率特性为 =常数的功率特性。qEqE结合判据一（K10），说明系统的稳定极限即为 =常数功率特性的功率极限，比起没有励磁调节器时的稳定极限 =0，即 =常数功率特性的功率极限，提高了不少。qEEqSqE但是，只能维持 =常数而不能保持端电压 为常数还是不够理想，若希望保持端电压不变，势必还要提高放大倍数 ，这又是不可能的，因为 若大于 ，将使劳斯阵列的第一列的倒数第二项为负，即系统将振荡失去稳定，这是相当于存在负的阻尼功率。qEcUeKeKmaxeK（3）判据三：124162530eKK KKK KK KK1234EqKK K KS代入判据三后得：16253()0EqeSKK KK KK16253()0EqeSKK KK KK一般大于零可能小于零因此此判据限定了Ke的最小值min31625()EqeeSKKKK KK KKe若小于Kemin，劳斯阵列第一列最后一项为负，系统将非周期地失去稳定。如图7-10二、励磁调节器的改进快速比例式调节器容易产生低频振荡失稳低频振荡失稳而不能提高放大倍数不能提高放大倍数考虑如何引入能产生正阻尼功率正阻尼功率的调节信号目前普遍应用电力系统稳定器，即将 也作为励磁调节器的输入信号，其框图为：P1952.1 电力系统稳定器（PSS）及强力式调节器加装PSS后，励磁调节器的放大倍数可以大大提高，以至有可能保持发电机的端电压恒定，稳定极限达到 功率特性的最大值。UGP强力式调节器是按某些运行参数如电压、功角、角速度、功率等的一阶甚至二阶导数调节励磁的，即调节器的输入信号为 、等等的统称。这类调节器也有可能保持发电机端电压为常数。Gp U2GpU2.2 调节励磁对静态稳定影响的综述不同调节励磁方式的稳定极限1）无励磁调节时，系统静态稳定极限由 确定，它与 的功率极限一致，为图中的a点。0EqSEqP2）当发电机装有按某运行参数偏移量调节的比例式调节器时，如果放大倍数选择合适，可以大致保持 常数。静态稳定极限由 确定，它与 的功率极限一致，即图中的b点。0qqEE0E qSEqP3）当发电机装有按两个运行参数偏移量调节的比例式调节器，例如带电压校正器的复式励磁装置时，如电流放大倍数合适，其稳定极限同样可与 对应，同时电压校正器也可使发电机端电压大致保持恒定，则稳定极限运行点为图中的c点。0E qS4）在装有PSS或强力式调节器情况下，系统稳定极限运行点可达图中的d点，即 的最大功率，对应GUP0GUS