具有新型PSS的勵磁系統建模與仿真
楚文斌1，劉覺民1，劉軍志1，譚立新2
(1湖南大學電氣與信息I程學院，湖南長沙410082;
2湖南信息職業技術學院，湖南長沙410200)
摘要：結合實際運行I_況，在MATLAB環境下，準確建立大型同步發電機勵磁系統模型，包括采樣單元、控制單元和功率單元等模型。以勵磁調節器PlD控制為主控制，以新型電力統穩定器(Pss)為輔助控制，并在暫態條件下進行仿真，仿真結果表明：PlD+Pss控制的勵磁系統具有滿意阻尼特性，克服r普通勵磁調節器在抑制低頻振蕩等方面存在的不足，使發電機的抗擾動能力、抑制低頻振蕩故障恢復等性能優于單純的PID控制勵磁系統。
關鍵詞：同步發電機；勵磁系統；電力系統穩定器
中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A文章編號：1673_6540(2009)12 0006-04
O 引 言
勵磁系統是同步發電機的重要組成部分，對電力系統運行的可靠性和穩定性有著直接影響。常規勵磁凋節器采用PID控制方式，控制簡單且易于實現，得到了非常廣泛的應用【1】。但單純的按機端電壓偏差進行的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電機機組時，阻尼特性差，會產生自發的低頻振蕩，威脅電力系統的穩定性。電力系統穩定器(Pss)主要用于抑制干擾后的功率振蕩，在系統短路故障瞬間的暫態過程中使勵磁電壓上升速度變快，加快發電機端電壓的恢復。基于MATLAB平臺，建立大型同步發電機勵磁系統模型，采用PID+新型Pss作為控制單元，在外加擾動和三相短路暫態條件下，對勵磁系統進行仿真。
1 勵磁系統模型
同步發電機勵磁系統如圖1所示，由勵磁調節器和Pss、發電機等組成。
同步發電機輸出電壓、電流經電壓互感器和電流互感器輸入到信號轉換模塊，送人A／D轉換通道；同時，勵磁電壓、電流經信號轉換模塊變換后送人A／D芯片。微機cPu對采樣的結果進行控制算法運算，得到結果輸出脈寬調制(PwM)信號，驅動町控硅的觸發極，通過控制勵磁電流大小來調節勵磁電壓。Pss采集發電機電功率偏差和轉速偏差，經過信號變換及處理等，與勵磁調節器
的輸出經限幅環節共同調節勵磁電壓。故障監測和LcD顯示模塊實時監測和顯示系統的輸入和輸出。
1．1數據采樣單元模型
建立機端電壓、電流測量模塊。勵磁調節器中需要采樣的電量有三相機端線電壓和線電流、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，用一階慣性環節1／(1+Ts)來近似描述，A／D轉換部分將模擬量轉換為數字量，可以用一個放大環節描述，放大系數：
KAD=2n/Vref
式中：n——A/D轉換器的位數；
Vref——A/D轉換器的參考電壓。
A/D轉換部分模型如圖2所示。
三相機端電壓和三相機端電流共6路信號采用交流采樣。采樣數據處理單元用軟件來實現，采用16點傅里葉算法對交流采樣數據進行處理，電壓、電流實部的差分方程展開并進行z變換，可得電壓實部和虛部的傳遞函數，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
控制單元是調節器的核心。大型發電機組的勵磁系統要具有滿意的阻尼特性，以防止出現低頻振蕩，通常采用PID+Pss控制。P1D單元包括調差部分和PID控制部分。調差部分需考慮到發電機組的并聯運行[1]，調差部分的輸入、輸出關系為：
式中：U’ref——機端電壓給定值；
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