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勵磁控制系統的數學(xué)模型及其分析

  同步發(fā)電機勵磁系統是指“向同步發(fā)電機提供勵磁的所有部件的總和”。同步發(fā)電機的勵磁系統主要由主勵磁系統及調節系統兩個(gè)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(lèi),而每一類(lèi)又可分為多種接線(xiàn)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(chǎn)的調節器中,包括調差補償環(huán)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(lái)劃分,發(fā)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(huán)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(gè)反饋系統,稱(chēng)之為勵磁控制系統。

  1、同步發(fā)電機的傳遞函數

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

  2、勵磁調節器的數學(xué)模型

  自動(dòng)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(dòng)電壓調節器的數學(xué)模型則是勵磁系統數學(xué)模型中最重要的組成部分之一。由于實(shí)際電力系統中運行的調節器種類(lèi)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(xué)模型。自動(dòng)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(lián)校正、并聯(lián)校正或兩種兼用)、功率放大單元和時(shí)間常數補償單元等組成。自動(dòng)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(xué)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(yè)中得到了廣泛應用。60年代后期,大型互聯(lián)系統在弱聯(lián)系重負荷的情況下,常發(fā)生振幅增長(cháng)性振蕩,以致破壞系統的穩定運行,采用電力系統穩定器產(chǎn)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(lái)源不同可分別取自轉速、頻率或有功功率等,經(jīng)適當的處理后得到所希望的輸出信號。

  實(shí)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(gè)典型的慣性環(huán)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(lái)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(chēng)為沖洗器,也將其稱(chēng)為自動(dòng)復位器,意味著(zhù)只有出現大于0.01Hz的信號時(shí),才會(huì )使PSS自動(dòng)投入勵磁系統,否則它便自動(dòng)復位,使PSS自動(dòng)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(huán)節對主信號所造成的相位滯后而設置的。



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