具有新型PSS的勵磁系統(tǒng)建模與仿真
楚文斌1，劉覺民1，劉軍志1，譚立新2
(1湖南大學(xué)電氣與信息I程學(xué)院，湖南長沙410082;
2湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410200)
摘要：結(jié)合實(shí)際運(yùn)行I_況，在MATLAB環(huán)境下，準(zhǔn)確建立大型同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)模型，包括采樣單元、控制單元和功率單元等模型。以勵磁調(diào)節(jié)器PlD控制為主控制，以新型電力統(tǒng)穩(wěn)定器(Pss)為輔助控制，并在暫態(tài)條件下進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明：PlD+Pss控制的勵磁系統(tǒng)具有滿意阻尼特性，克服r普通勵磁調(diào)節(jié)器在抑制低頻振蕩等方面存在的不足，使發(fā)電機(jī)的抗擾動能力、抑制低頻振蕩故障恢復(fù)等性能優(yōu)于單純的PID控制勵磁系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機(jī)；勵磁系統(tǒng)；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器
中圖分類號：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673_6540(2009)12 0006-04
O 引 言
勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性有著直接影響。常規(guī)勵磁凋節(jié)器采用PID控制方式，控制簡單且易于實(shí)現(xiàn)，得到了非常廣泛的應(yīng)用【1】。但單純的按機(jī)端電壓偏差進(jìn)行的PID控制方式，無法提供令人滿意的阻尼特性，特別是用于控制大型的發(fā)電機(jī)機(jī)組時，阻尼特性差，會產(chǎn)生自發(fā)的低頻振蕩，威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Pss)主要用于抑制干擾后的功率振蕩，在系統(tǒng)短路故障瞬間的暫態(tài)過程中使勵磁電壓上升速度變快，加快發(fā)電機(jī)端電壓的恢復(fù)。基于MATLAB平臺，建立大型同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)模型，采用PID+新型Pss作為控制單元，在外加擾動和三相短路暫態(tài)條件下，對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
1 勵磁系統(tǒng)模型
同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)如圖1所示，由勵磁調(diào)節(jié)器和Pss、發(fā)電機(jī)等組成。
同步發(fā)電機(jī)輸出電壓、電流經(jīng)電壓互感器和電流互感器輸入到信號轉(zhuǎn)換模塊，送人A／D轉(zhuǎn)換通道；同時，勵磁電壓、電流經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊變換后送人A／D芯片。微機(jī)cPu對采樣的結(jié)果進(jìn)行控制算法運(yùn)算，得到結(jié)果輸出脈寬調(diào)制(PwM)信號，驅(qū)動町控硅的觸發(fā)極，通過控制勵磁電流大小來調(diào)節(jié)勵磁電壓。Pss采集發(fā)電機(jī)電功率偏差和轉(zhuǎn)速偏差，經(jīng)過信號變換及處理等，與勵磁調(diào)節(jié)器
的輸出經(jīng)限幅環(huán)節(jié)共同調(diào)節(jié)勵磁電壓。故障監(jiān)測和LcD顯示模塊實(shí)時監(jiān)測和顯示系統(tǒng)的輸入和輸出。
1．1數(shù)據(jù)采樣單元模型
建立機(jī)端電壓、電流測量模塊。勵磁調(diào)節(jié)器中需要采樣的電量有三相機(jī)端線電壓和線電流、勵磁電壓、勵磁電流共8路信號，分別采用直流采樣和交流采樣。每路信號測量電路都分為兩個部分，模擬變換部分和A／D轉(zhuǎn)換部分。對于每路信號的模擬變換部分，都存在濾波電路，因此存在延時，用一階慣性環(huán)節(jié)1／(1+Ts)來近似描述，A／D轉(zhuǎn)換部分將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，可以用一個放大環(huán)節(jié)描述，放大系數(shù)：
KAD=2n/Vref
式中：n——A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；
Vref——A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。
A/D轉(zhuǎn)換部分模型如圖2所示。
三相機(jī)端電壓和三相機(jī)端電流共6路信號采用交流采樣。采樣數(shù)據(jù)處理單元用軟件來實(shí)現(xiàn)，采用16點(diǎn)傅里葉算法對交流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，電壓、電流實(shí)部的差分方程展開并進(jìn)行z變換，可得電壓實(shí)部和虛部的傳遞函數(shù)，從而可求出有功功率、無功功率和無功電流。
l.2控制單元模型
控制單元是調(diào)節(jié)器的核心。大型發(fā)電機(jī)組的勵磁系統(tǒng)要具有滿意的阻尼特性，以防止出現(xiàn)低頻振蕩，通常采用PID+Pss控制。P1D單元包括調(diào)差部分和PID控制部分。調(diào)差部分需考慮到發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行[1]，調(diào)差部分的輸入、輸出關(guān)系為：
式中：U’ref——機(jī)端電壓給定值；
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