基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定最优励磁控制

为进一步降低电力系统暂态稳定控制代价,提出通过最优控制系统快速动态装置的设定值来保证系统在故障情况下的暂态稳定性。基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度法,提出暂态稳定最优励磁控制二次规划模型,通过调整发电机电压调节器参考电压设定值来控制系统的稳定性。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定最优励磁控制模型中引入严格的暂态稳定判据;并借助轨迹灵敏度和稳定裕度指标提高计算效率。采用稳定裕度指标后避免寻找临界稳定轨迹,从而节省大量仿真时间。在新英格兰39节点10机系统和某省级692节点138机实际系统上的仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

多机系统发电机组强励电压倍数优化配置算法

提高发电机组的强励电压倍数可以提高多机系统的暂态稳定性,因此研究了多机系统发电机组强励电压倍数优化配置算法。建立多机系统的单机无穷大母线模型,定量计算了系统的暂态稳定裕量。分别建立无刷励磁方式和静止励磁方式下,强励电压倍数对系统暂态稳定裕量的影响模型,基于影响模型提出多机系统发电机组强励电压倍数优化配置算法。多机系统发生单一故障时,该算法优先提高暂态稳定边际成本低的机组的强励电压倍数;多机系统发生多故障时,该算法优先提高概率暂态稳定边际成本低的机组的强励电压倍数。利用所提算法,对IEEE 3机9节点系统和新英格兰系统的强励电压倍数进行了优化配置。仿真结果表明,在该配置方式下,系统的暂态稳定性优于其他配置方式。     

柔性励磁系统的强励协调控制策略

为了提升电力系统暂态稳定性,根据等面积法则,提出了一种柔性励磁系统强励协调控制策略。当通过故障时增大直流侧电压的方法增大励磁电压顶值,提升系统强励能力,解决了现有柔性励磁系统强励能力受限于直流侧电压的问题。采用以直流侧电压平方值为控制量的线性化间接电压外环控制和基于合成矢量的无电感电流内环控制,提升电压外环动态响应能力,降低网侧电感对控制效果的影响,保证直流侧电压快速响应能力,提供更好更强的强励效果,实现强励协调控制。最后,基于柔性励磁的单机无穷大系统进行了仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性及其相对于传统控制方法的优异性。     

考虑发电机性能差异性的励磁顶值电压优化配置方法

发电机强励紧急控制配合具备高顶值电压的励磁系统,可充分发挥机组强励功能,改善电网暂态稳定性。发电机励磁系统通常按照统一标准设计,无法兼顾实际故障下机组能够发挥的不同调节性能。考虑调节性能差异性后对发电机实施差异化控制或差异化配置控制参数,可有效优化网源协调性。提出一种考虑机组性能差异性的励磁顶值电压优化配置方法,利用系统暂态稳定裕度指标相对机组励磁顶值电压的灵敏度衡量不同临界机的调节性能,根据灵敏度大小对临界机组励磁顶值电压进行差异化配置。在修改的10机39节点交直流混联系统中,仿真研究表明:差异化配置励磁顶值电压能较好改善系统暂态稳定性,提升区域联络线输送功率,严重故障冲击下对系统暂态稳定性提升作用更显著。     

发电机励磁系统强励指标与试验

发电机励磁系统强励指标是影响电网暂态稳定性的重要因素.介绍发电机励磁系统强励试验的性能指标和试验方法.通过实例进行了强励指标计算,与空载和仿真计算结果对比,负载试验所得顶值电压倍数略大于空载计算结果,其响应时间基本相当.     

励磁系统动态增益对凸极发电机暂态稳定的影响

由于励磁系统动态增益对凸极发电机动态稳定性有显著影响,为改善电力系统阻尼,多需要调整该动态增益,进而配置电力系统稳定器。但在动态增益对发电机暂态稳定的影响方面,存在某些模糊认识,妨碍了相关工作的开展。文中首先分析了发电机暂态稳定与同步转矩的关系,将研究励磁控制系统动态增益对暂态稳定的影响转化为研究对同步转矩的影响,以便于数学推导。然后,对励磁控制系统动态增益影响凸极发电机同步转矩的机理进行了推导和算例计算,继之以单机系统、两机系统和实际系统仿真。计算和仿真结果表明,励磁系统动态增益在正常范围内变化时,对凸极发电机暂态稳定的影响很小,可以忽略。当为了改善电力系统阻尼而在正常范围内调整励磁控制系统动态增益时,不会对凸极发电机暂态稳定带来明显影响。     

电力系统电压调节器对浙江电网电压稳定性的影响

在介绍电力系统电压调节器（PSVR）控制原理的基础上,先采用连续潮流法定量地分析PSVR对浙汀电网静态电压稳定性的改善情况．再分别采用负荷突增法和轨迹灵敏度分析法定量地分析PSVR对浙江电网暂态电压稳定性的改善情况。计算结果表明,无论是从系统静态电压稳定还是暂态电压稳定的角度,电力系统电爪调节器均有利于系统电压稳定。     

大型汽轮发电机励磁系统强励倍数和励磁上升速度问题

多年来国内外许多研究表明,改善发电机励磁控制系统的性能是提高电力系统稳定性的一项经济而有效的措施。具有比例,积分,微分(PID)调节器和电力系统稳定器(PSS)的新型快速励磁系统对提高电力系统静态、动态和暂态稳定都有明显的效果。     

考虑磁链衰减时二轴机系统暂态稳定控制

本文研究考虑磁链或电势变化时具有二轴励磁同步发电机的电力系统的暂态稳定控制。当系统发生短路故障等大干扰时,加在发电机转子的直轴及横轴励磁线圈上的反应相角差和转速变化的反馈控制信号,同时对电压大小及相位角进行调整与控制,从而防止机组失步,有效地提高电力系统运行的暂态稳定性。     

短路故障下单机无穷大系统的暂态稳定仿真分析

电力系统暂态稳定性是评估电力系统安全稳定运行的重要指标。短路故障是电力系统暂态稳定分析中最常见的大干扰信号,因此着重分析短路故障情况下电力系统暂态稳定变化特性。当系统发生短路故障时,根据发电机转速变化曲线可判断系统暂态稳定性。通过改进欧拉法对发电机转子运动方程进行数值求解,获得发电机转速的数学计算模型。采用单机无穷大系统模拟实际电力系统,建立短路故障下暂态仿真模型,从切除故障时间和调节发电机励磁系统两个方面分析电力系统暂态稳定性,结果发现通过快速切除故障和调节励磁放大系数均可保障系统的稳定性。研究成果可为电力系统稳定性的分析和控制提供有力的支持。     

考虑调相机饱和参数的分阶段励磁控制优化策略

针对常规励磁控制在故障期间未能充分发挥调相机暂态无功输出能力和难以准确有效地支撑电网电压的问题,提出考虑调相机饱和状态下电机参数的分阶段励磁控制优化策略。首先,推导调相机暂态无功输出表达式,分析不同运行工况下饱和参数对调相机暂态无功特性的影响。其次,基于调相机参数与输出无功的数学关系引入考虑饱和参数的无功增量,分阶段优化励磁环节中内环电压参考值与外环PI控制。最后,建立锡盟-泰州特高压直流输电系统的无功控制模型,通过仿真验证励磁控制策略优化效果。研究成果为调相机的优化设计提供技术支撑,也对提高调相机的电网电压故障支撑能力和提升我国高压直流电网的电压稳定水平具有重要作用。     

辨识理论在发电机励磁系统参数测试中的应用

介绍了辨识理论在发电机励磁系统参数测试中的应用,并以福建古田溪水电厂励磁系统为例,对其参数进行辨识。然后从相位裕度和增益裕度两个方面对辨识结果进行了理论分析。数字仿真结果验证了参数辨识理论应用于励磁系统参数测试的可行性,通过论述和仿真分析,证明了辨识结果是有效可靠的。     

MICROPROCESSOR BASED NONLINEAR EXCITATION CONTROLLER FOR SYNCHRONOUS MACHINES

ABSTRACT

The synchronous machines in power systems have the excitation systems of field winding to improve the transient stability of power systems. The synchronous machines are nonlinear systems, however, the excitation systems have been designed based on linearized systems, because the stability analysis of nonlinear systems is difficult and the generalized control method of nonlinear systems has not been developed yet.

This paper proposes a nonlinear excitation controller for synchronous machines in power systems. For the sake of simplification of the nonlinear state feedback control, this paper considers both the transient stability and the suppression of the rotor swings in transient conditions. The effect of the automatic voltage regulator (AVR) for the synchronous generator is not discussed here. This controller is designed based on Lyapunov's direct method that can directly judge the stability of nonlinear systems. The usefulness and validity of the proposed excitation controller are confirmed by numerical simulations and experiments. The microprocessor based generator excitation system that consists of a nonlinear controller, state variable detector, and PWM inverter, is constructed. The nonlinear excitation controller can improve the transient stability of synchronous machines.     

励磁系统仿真模型校正技术研究

励磁控制系统作为同步发电机的重要组成部分,主要作用是向同步发电机的定子绕组提供一个可控的直流电流(电压),维持机端电压恒定,满足同步发电机的正常发电需要。通过发电机组控制系统模型,及时校正机组仿真模型,对异常响应进行预警排查,能够有效提高系统运行的稳定性。在MATLAB中搭建了一种以外部仿真机作为励磁调节器的单机无穷大系统仿真模型,模拟励磁系统PID主环异常以及电力系统稳定器(PSS)辅环异常时的输出,与理论值进行对比分析,能够及时确定故障原因和部位,实现故障维修。     

发电机励磁控制系统的无静差最优控制

在设计发电机励磁控制系统调节器时,通常假设发电机的调速器不动作,即认为发电机输入机械功率不变.事实上这一假设在发电机运行过程中是不成立的.本文指出发电机输入机械功率是励磁控制系统的一个扰动量,并基于这一物理事实,提出了发电机无静差最优励磁调节器的设计构想,即在通常的状态调节器中增设发电机端电压偏差的积分反馈.从理论上较好地解决了该调节器的设计方法,使得设计过程简易而有条理.文中给出了设计实例,并进行了数字仿真,其结果是令人满意的.     

Development of advanced generator excitation control regulator (PSVR) for improving voltage stability of a bulk power transmission system

Earlier generator excitation control systems were based on AVR control of generator terminal voltage. This system cannot accommodate reactive power up to the facility limit even when the power system voltage decreases to the limit for stable operation. An attempt was made to develop an advanced excitation control system (PSVR) to achieve higher constant sending end voltage of power stations. The intent was to apply the system to the generator connected to a 500-kV system which contributes most effectively to the voltage stability of a bulk power transmission system. This PSVR produces higher control gains than the AVR, and the following functions were adopted: (1) AVR gain reduction circuit; (2) phase compensation circuit; and (3) damping improvement by enlarging the limiter of the PSS. In addition, various functions were provided, e.g., voltage slope characteristics to balance the reactive power of adjacent generators and PSVR output and terminal voltage limiter to stabilize the generator operation. Before application to a real system, a transient response test was performed by combining the PSVR and a generator simulator to verify the damping improvement and stability of the voltage control.