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勵磁控制系統的數學模型及其分析

  同步發電機勵磁系統是指“向同步發電機提供勵磁的所有部件的總和”。同步發電機的勵磁系統主要由主勵磁系統及調節系統兩個基本部分組成。主勵磁系統可分為直流勵磁系統及半導體整流勵磁系統兩大類,而每一類又可分為多種接線形式。勵磁調節系統包括常規的勵磁調節器(AVR)以及目前系統中廣泛使用的電力系統穩定器(PSS)等。我國生產的調節器中,包括調差補償環節以及勵磁穩定器(ESS)部分,系統穩定器則單獨分出。按控制理論來劃分,發電機是控制對象,調節器是控制器,勵磁功率系統是調節器的執行環節。調節器根據機端電壓變化控制勵磁功率系統的輸出,從而達到調節勵磁電流的目的。它們組成一個反饋系統,稱之為勵磁控制系統。

  1、同步發電機的傳遞函數

  同步發電機是電力系統中物理過程最復雜的元件,既有機械運動過程又有電磁暫態過程,并且包含的變量眾多。因此很難建立一個全面而統一的發電機數學模型,只能是根據某種目的,按照某種要求來建立相應的數學模型。假定發電機在運行區域內,不考慮發電機電壓的飽和特性時,可認為發電機端電壓穩定幅值與勵磁電壓成正比,發電機的傳遞函數可用一階慣性環節來表示。

  2、勵磁調節器的數學模型

  自動電壓調節器(AVR)是勵磁系統的最重要的組成部分之一,而自動電壓調節器的數學模型則是勵磁系統數學模型中最重要的組成部分之一。由于實際電力系統中運行的調節器種類繁多、采用的控制規律各不相同,因而導致在同一種勵磁方式下可能需要采用不同的勵磁系統數學模型。自動電壓調節器一般由電壓測量調差補償單元、誤差信號放大單元、校正單元(串聯校正、并聯校正或兩種兼用)、功率放大單元和時間常數補償單元等組成。自動電壓調節器的模型就由這些單元的模型加上限幅單元的模型組成。

  3、電力系統穩定器數學模型

  電力系統穩定器(PSS)作為一種附加勵磁控制,對電力系統穩定性的改善具有重要的作用,在電力工業中得到了廣泛應用。60年代后期,大型互聯系統在弱聯系重負荷的情況下,常發生振幅增長性振蕩,以致破壞系統的穩定運行,采用電力系統穩定器產生的勵磁系統附加控制信號,可以有效地增加系統阻尼,克服振蕩。常用的電力系統穩定器輸出信號加在調節器信號綜合輸入端。而輸入信號,按信號來源不同可分別取自轉速、頻率或有功功率等,經適當的處理后得到所希望的輸出信號。

  實際運行的電力系統穩定器一般包括信號測量單元、隔直單元、相位補償調節單元和限幅單元等。測量單元是一個典型的慣性環節,除了檢測并變送主信號外,還對高頻非主信號具有足夠程度的抑制作用,使其幅值被限制在主信號幅值的10%范圍之內。隔直單元用來洗凈不大于0.01Hz的直流非主信號對勵磁控制系統正常運行的干擾而設置的,所以又把它稱為沖洗器,也將其稱為自動復位器,意味著只有出現大于0.01Hz的信號時,才會使PSS自動投入勵磁系統,否則它便自動復位,使PSS自動退出勵磁系統。相位補償調節單元是一種超前一滯后相位補償器,是為補償測量單元及其它環節對主信號所造成的相位滯后而設置的。



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