基于新型稳定策略的励磁控制研究

【摘要】：由于系统互联和新技术的应用，电力系统的复杂性日益上升。同时，经济性和电力工业管理所带来的约束条件迫使电力系统运行在稳定极限附近，于是带来了新的电力系统稳定性问题。大型弱联系的电力系统本身固有的薄弱的自然阻尼使得电力系统之间有时会产生自发的低频振荡现象。另外，呈现负阻尼效应的快速自动电压励磁调节装置的大量普及使用，则更进一步加剧了这一状况。由负阻尼效应引发的振荡幅值可能持续增长，以致破坏系统的稳定，造成巨大的经济损失和灾难性的后果，世界各国不乏惨痛教训之例。 加强电力系统的网架结构对防止低频振荡是很重要的，但系统是在不断的发展，不断的变化，随时可能发生新的弱联系。单纯依靠加强系统结构来防止弱联系，不仅是不经济的，而且实际上是不可能的。在诸多改善发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被公认为最有效和经济的措施之一。然而传统励磁系统控制中的鲁棒性、快速性和有效性问题却一直未曾得到很好的解决。 本论文基于我校承担的国家重大科技项目(攻关)计划“三峡机电设备”课题的子课题“励磁系统控制方式的研究”。文中介绍了电力系统稳定性问题的由来及其基本理论和基本分析方法，详细阐述了发电机励磁调节对电力系统稳定性的影响。针对电力系统的特点，利用微振荡理论、电机机电暂态的动力学模型以及同步发电机理论，分析了系统产生负阻尼的原因。通过深入研究F．D．Demello机电暂态的动力学模型，针对系统产生负阻尼即低频振荡的原因，基于工程实现简单可靠和“鲁棒性”双重原则提出了一种新的(基于发电机直轴电流及其导数)可消除负阻尼现象的新型励磁控制策略。本文通过稳定分析和动态仿真分析表明，该附加励磁控制能够有效地增加系统的阻尼，提高系统的稳定性，并具有较好的鲁棒性。该控制策略的工程实现方案已经在本文中提出。 基于新型稳定策略的励磁控制所追求的使发电机振荡一次摆动后无余波的阻尼衰减，对于电力系统和发电机的安全运行有着十分积极的意义；振荡次数的减少，可以有效地减少发电机在受激摆动中定子和转子电流的热积累，并且可使电力系统运行的稳定性有所提高，因而这是一个具有重要的理论和实际应用意义的课题。此外，对于以上所得结果，还有必要对其理论和应用的价值做出更为深入的探讨和评价。