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對于某些穩(wěn)定裕度較小的電廠來說，任何發(fā)生的故障都可能會導致電廠中某些或所有的發(fā)電機失去同步。對于一個給定的故障，保證系統(tǒng)不會發(fā)生失步的最長故障持續(xù)時間叫做臨界切除時間。實際的切除時間如果大于此值，就會導致系統(tǒng)失去同步。在電廠中，故障后為了防止某些發(fā)電機與系統(tǒng)中其他的發(fā)電機發(fā)生失步，都會切除一定數(shù)量的發(fā)電機。在故障切除之后，這些發(fā)電機將試圖重新與系統(tǒng)建立同步，這一過程至少需要幾分鐘的時間（通常會需要更長的時間）。在這個過程中電力系統(tǒng)中將要出現(xiàn)一個供電與用電的赤字，需要經過一系列的頻率與負載控制來平衡。如果考慮到某些己經冷卻下來的鍋爐需要再熱，重新建立由于計算機組的轉子引風斗采用了新工藝，轉子與定子的間隙減小，發(fā)電機額定勵磁電流小于考核機組。因此計算機組的電壓響應時間應小于考核機組，計算值0.55s應偏大，可推論計算值應該偏大。 4結論（1）在勵磁調節(jié)器的放大系數(shù)足夠大時，本文的計算值是電壓響應時間的最大值，實際響應時間小于計算值。 （2）在滿足高起始勵磁系統(tǒng)的條件下，可合理選擇可控硅的最小控制角，使機端電壓的超調量減小，滿足電網對機組的瞬態(tài)特性要求。 同步所需要的時間將更長。 的協(xié)調作用，使電廠在故障發(fā)生后不必切機但仍然能與系統(tǒng)保持同步的方法。其中勵磁控制與快關汽門控制都采用具有很強適應性的非線性PID來設計。 1協(xié)調控制的原理如果電力系統(tǒng)中發(fā)生了故障，電廠中的某些發(fā)電機失去同步，發(fā)電機的轉子速度高于同步速度。汽輪機控制系統(tǒng)就要關閉汽門來降低機械功率，機械功率的降低將有利于重新建立同步。此外如果同步功率很大，也就是說勵磁水平很高，也有利于重新建立同步。 總之，較低的機械功率與較大的同步功率都有利于重新建立穩(wěn)定|3.為了更快和更有效地促進穩(wěn)定，有必要利用多種控制器的協(xié)調作用，例如勵磁控制與快關汽門控制。 是系統(tǒng)失去同步的示意圖。正常情況下系統(tǒng)運行于A點，短路故障的發(fā)生降低了電氣功率，使系統(tǒng)運行于B點。此時，功角特性由較低的曲線所示，機械功率大于電氣功率，使轉子加速，故障切除時到達C點。轉子具有過剩的運行能量，相當于圖中A-BOD所圍成的面積，即加速面積。加速面積大于最大的減速面積（圖中D-EF所圍成的面積）從而轉子進入失步運行狀態(tài)。 當轉子經過F點，由于機械功率大于電氣功率，轉子仍然處于加速狀態(tài)。到下一個平衡點J之前，機械功率始終大于電氣功率，轉子所獲得的第二部分加速能量用來表示。越過J點后電氣功率大于機械功率，轉子開始減速。減速面積的總和（即DEF與J-K'-L之和）小于加速面積的總和（即A-BC-D與之和）意味著轉子將無法返回同步狀態(tài)。 表明加速面積之所以超過減速面積是因為機械功率始終很高，那么減少機械功率就能減少加速面積、加減速面積。 表示發(fā)生失步時，使機械功率快速減小到零，從而減小加速面積，但是總的加速面積仍然超過總的穩(wěn)定。應該通過改變功角特性的幅值來加減速面積，以便平衡加速面積。 功角特性的幅值取決于系統(tǒng)的等效電抗和發(fā)電機暫態(tài)電勢，所以通過改變發(fā)電機暫態(tài)電勢就可以改變功角特性的幅值，在這里采用Bang―Bang勵磁控制來實現(xiàn)。中，當發(fā)電機到達G點時，勵磁電壓切換到負的最大值來快速減小發(fā)電機暫態(tài)電勢和功角特性的幅值，從而使加速面積從勵磁電壓與汽門均保持不變時的F-GH'-/-J（）減小到F-GH/；當發(fā)電機到達/點時，勵磁電壓切換到正的最大值以便快速加發(fā)電機暫態(tài)電勢和功角特性的幅值，使減速面積由勵磁電壓與汽門均保持不變時的JK'-L（）加到/K-M這樣，總的減速面積為DEF加上/K-M總的加速面積為A-B-CD加上FGH-/，總的減速面積超過了總的加速面積，到N點時，總的減速面積等于總的加速面積，轉子擺動由此向/點運動，發(fā)電機轉子不會進入第二搖擺并重新建立穩(wěn)定。 2協(xié)調控制器的設計21數(shù)學模型及勵磁控制設計141單機無窮大系統(tǒng)等值電路如所示。假設發(fā)電機采用經典三階模型。單機無窮大系統(tǒng)勵磁控制的數(shù)學模型為一1度量；為系統(tǒng)同步角速度；D為發(fā)電機阻尼系數(shù)；H為發(fā)電機組轉子的慣性時間常數(shù)；Uf為勵磁設備的控制電壓；T.'為發(fā)電機勵磁繞組時間常數(shù)；E/為發(fā)電機q軸暫態(tài)電勢；Pm為發(fā)電機機械功率；Pe為發(fā)電機輸出的電磁功率，得量；Xd為發(fā)電機d軸電抗；xq為發(fā)電機q軸電抗；xd'為發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗。 按照非線性PID控制，勵磁控制電壓的非線性反饋補償規(guī)律Uf可表示為按照構成Bang-Bang控制的要求，最終的控制器為2.2快關汽門控制器的設計141假設汽輪發(fā)電機組蒸汽調節(jié)系統(tǒng)具有中間再熱器，正常工作情況下，繼電器常開接點r斷開，中壓調節(jié)汽門快關控制器由于輸出信號被切斷，不起任何作用；在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，反映故障的繼電器被啟動，常開接點r閉合，中壓調節(jié)汽門受控于中壓缸快關控制器，產生通常所說的“快關控制”作用。 為簡化問題的分析，將中、低壓缸系統(tǒng)等效為一個慣性環(huán)節(jié)，并以Tml、CPml分別表示其等效時間常數(shù)、等效功率分配系數(shù)和等效輸出機械功率。Cml=Cm-Cl其中Cm、Cl分別為中、低壓缸所對應的功率=Pm+Pl，其中Pm、Pl分別表示中、低壓缸輸出的機械功率。同時，不計汽門調節(jié)系統(tǒng)中的限幅環(huán)節(jié)，并且由于電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程所經歷的時間一般遠小于中間再熱器的時間常數(shù)，不考慮再熱器壓力變化對中、低壓缸輸出功率的影響，即認為再熱器輸出為恒定，原動機總的輸出功率Pm為高壓缸輸出功率PH與中、低壓缸輸出的機械功率PmL之和，即Pm=Ph+Pm：。 由于高壓缸和中低壓缸油動機時間常數(shù)T%、TMg與蒸汽容積時間常數(shù)Th、Tml的數(shù)值均較小，約為0. 4s左右，可進一步將汽門調節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學模型簡化，分別用一個慣性環(huán)節(jié)去近似高壓主汽門調節(jié)系統(tǒng)和中低壓快關汽門控制系統(tǒng)，其慣性時間常數(shù)分別為The=在研究快關汽門控制問題中，假定在勵磁控制器的作用下，發(fā)電機在整個動態(tài)過程中保持q軸暫態(tài)電勢Eq'恒定，單機無窮大系統(tǒng)汽輪發(fā)電機組汽門控制系統(tǒng)的數(shù)學模型為節(jié)中、低壓缸時，C=Cml）；T*等效時間常數(shù)（只調節(jié)高壓缸時，T=ThE；只調節(jié)中、低壓缸時，T=Tm2）；Pmx*調節(jié)系統(tǒng)對應的機械功率（只調節(jié)高壓缸；只調節(jié)中、低壓缸時，Pmx=PML）。 同樣按照非線性PID控制，快關汽門的非線性反饋控制規(guī)律Um可表示為2.3協(xié)調控制邏輯的設計采用非線性PID設計快關汽門和勵磁控制器之后，按照上面所述的原理進行協(xié)調控制，調整非線性PID勵磁控制器的參數(shù)使之類似Bang-Bang控制。 協(xié)調控制邏輯的設計原則為：當快關汽門動作完勵磁電壓的符號取決于轉子搖擺的方向以及發(fā)電機是趨向于同步還是趨向于失步。 當轉子向前搖擺、發(fā)電機趨向于失步時，勵磁控制為取負的最大值；在發(fā)電機趨向于同步時，勵磁電壓切換至正的最大值。 當角速度偏差改變符號（<3），并且發(fā)電機開始進入同步狀態(tài)，Bag―Bag勵磁控制終止，勵磁電壓改由常規(guī)的AVR+PSS進行控制。同時在發(fā)電機趨向同步狀態(tài)過程中，協(xié)調控制邏輯給出信號，在關閉了大約Is左右之后，打開汽門恢復到正常運行狀態(tài)。 3數(shù)值仿真分析在F點發(fā)生三相短路故障，t=0.15s故障消除。仿真結果如所示。 從中可以看出，在快關汽門以及勵磁控制器協(xié)調控制的作用下，在故障后轉子搖擺很快消失，發(fā)電機重新恢復同步運行狀態(tài)，體現(xiàn)了優(yōu)越的控制品質和性能。同時可以看出汽門的打開恢復過程很緩慢，但在電液調節(jié)器的作用下可以很可靠地實現(xiàn)快關，并且在協(xié)調控制的過程中起到了主要作用。勵磁電壓采用了近似Bang穩(wěn)定。 通過勵磁控制與快關汽門控制的協(xié)調作用，使電廠在故障發(fā)生后不必切機但仍然能與系統(tǒng)保持同步，簡單且易于實現(xiàn)。當某個電廠遇到將要失去穩(wěn)定的危險時刻，這種協(xié)調型控制器能夠代替事故后切機的做法。仿真分析表明了其有效性，在一個或至多兩個非同步周期后，就能使發(fā)電機重新回到同步運行狀態(tài)。 朱發(fā)國。非線性PID及其在發(fā)電機組控制中應用的研究。哈爾濱工業(yè)大學博士論文。1999：邱宇（1969-），工程師，博士研宄生；主要研宄方向為電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制。
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