具有新型PSS的励磁系统建模与仿真

楚文斌¹，刘觉民¹，刘军志¹，谭立新²

    (1湖南大学电气与信息I程学院，湖南长沙410082;

    2湖南信息职业技术学院，湖南长沙410200)

    摘要：结合实际运行I_况，在MATLAB环境下，准确建立大型同步发电机励磁系统模型，包括采样单元、控制单元和功率单元等模型。以励磁调节器PlD控制为主控制，以新型电力统稳定器(Pss)为辅助控制，并在暂态条件下进行仿真，仿真结果表明：PlD+Pss控制的励磁系统具有满意阻尼特性，克服r普通励磁调节器在抑制低频振荡等方面存在的不足，使发电机的抗扰动能力、抑制低频振荡故障恢复等性能优于单纯的PID控制励磁系统。

    关键词：同步发电机；励磁系统；电力系统稳定器

    中图分类号：TM341  文献标识码：A文章编号：1673_6540(2009)12 0006-04

O  引  言

    励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统运行的可靠性和稳定性有着直接影响。常规励磁凋节器采用PID控制方式，控制简单且易于实现，得到了非常广泛的应用^【1】。但单纯的按机端电压偏差进行的PID控制方式，无法提供令人满意的阻尼特性，特别是用于控制大型的发电机机组时，阻尼特性差，会产生自发的低频振荡，威胁电力系统的稳定性。电力系统稳定器(Pss)主要用于抑制干扰后的功率振荡，在系统短路故障瞬间的暂态过程中使励磁电压上升速度变快，加快发电机端电压的恢复。基于MATLAB平台，建立大型同步发电机励磁系统模型，采用PID+新型Pss作为控制单元，在外加扰动和三相短路暂态条件下，对励磁系统进行仿真。

1  励磁系统模型

    同步发电机励磁系统如图1所示，由励磁调节器和Pss、发电机等组成。

同步发电机输出电压、电流经电压互感器和电流互感器输入到信号转换模块，送人A／D转换通道；同时，励磁电压、电流经信号转换模块变换后送人A／D芯片。微机cPu对采样的结果进行控制算法运算，得到结果输出脉宽调制(PwM)信号，驱动町控硅的触发极，通过控制励磁电流大小来调节励磁电压。Pss采集发电机电功率偏差和转速偏差，经过信号变换及处理等，与励磁调节器

的输出经限幅环节共同调节励磁电压。故障监测和LcD显示模块实时监测和显示系统的输入和输出。

1．1数据采样单元模型

建立机端电压、电流测量模块。励磁调节器中需要采样的电量有三相机端线电压和线电流、励磁电压、励磁电流共8路信号，分别采用直流采样和交流采样。每路信号测量电路都分为两个部分，模拟变换部分和A／D转换部分。对于每路信号的模拟变换部分，都存在滤波电路，因此存在延时，用一阶惯性环节1／(1+Ts)来近似描述，A／D转换部分将模拟量转换为数字量，可以用一个放大环节描述，放大系数：

K_AD=2ⁿ/V_ref

式中：n——A/D转换器的位数；

     V_ref——A/D转换器的参考电压。

     A/D转换部分模型如图2所示。

三相机端电压和三相机端电流共6路信号采用交流采样。采样数据处理单元用软件来实现，采用16点傅里叶算法对交流采样数据进行处理，电压、电流实部的差分方程展开并进行z变换，可得电压实部和虚部的传递函数，从而可求出有功功率、无功功率和无功电流。

l.2控制单元模型

控制单元是调节器的核心。大型发电机组的励磁系统要具有满意的阻尼特性，以防止出现低频振荡，通常采用PID+Pss控制。P1D单元包括调差部分和PID控制部分。调差部分需考虑到发电机组的并联运行^[1]，调差部分的输入、输出关系为：

式中：U’_ref——机端电压给定值；