I電力系統(tǒng)弱阻尼條件下穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證摘要由于電力系統(tǒng)越來(lái)越趨于復(fù)雜化，所帶來(lái)的頻率振蕩對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)了許多危害，給我國(guó)經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失，并且對(duì)生產(chǎn)生活的影響也逐漸增大。為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，并且能夠確保電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的研究成為了今后發(fā)展道路上重要的一環(huán)。該篇論文從一開(kāi)始就介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定最核心的部分，并且還介紹了發(fā)電機(jī)當(dāng)中勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及它的用途，并推導(dǎo)出了勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)同步發(fā)電機(jī)振蕩的影響。之后，依據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)，將有關(guān)同步發(fā)電機(jī)的電壓與磁鏈方程介紹出來(lái)，并從中分析出了有關(guān)簡(jiǎn)單系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的電磁功率及它的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。針對(duì)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析了系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)阻尼以及低頻振蕩發(fā)生的原因。在之前的分析中我們運(yùn)用了所學(xué)的MATLAB知識(shí)，將其建模，并且從中得出有效結(jié)論，對(duì)比電力系統(tǒng)中PSS的參與與否的運(yùn)行狀態(tài)，具體分析PSS對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的作用及其使用的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)穩(wěn)定；同步發(fā)電機(jī)；低頻振蕩；負(fù)阻尼；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 ⅰ1緒論 11.1課題研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 21.3電力系統(tǒng)穩(wěn)定 51.4本文研究主要工作 62勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng) 62.1勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 72.2勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)及作用 82.3勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響 93同步發(fā)電機(jī)方程 103.1同步發(fā)電機(jī)的電壓方程 113.2同步發(fā)電機(jī)的磁鏈方程 123.3同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 153.3.1隱極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 153.3.2凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 173.4同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 183.4.1同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 183.4.2同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的研究意義 194電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本介紹 204.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介 204.2電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因 214.3低頻振蕩簡(jiǎn)介 214.4電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理 225PSS的設(shè)計(jì) 235.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理 235.2PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 236電力系統(tǒng)穩(wěn)定器MATLAB仿真分析 246.1簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的建立 246.2模型運(yùn)行仿真分析 266.3PSS作用分析 29參考文獻(xiàn) 30

1緒論為了解決與改善當(dāng)今電力系統(tǒng)的各類問(wèn)題，其中最主要的，需要在運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性兩方面入手。此中，運(yùn)行可靠性又涵括了有如下兩大類:其一，在選擇發(fā)電廠與變電站的接線圖的同時(shí)，還要滿足有關(guān)事故方面的損失數(shù)據(jù)處于最低值。在此類條件作用下可以推知其發(fā)展方向這一類電力系統(tǒng)問(wèn)題可以統(tǒng)稱為靜態(tài)可靠性問(wèn)題。但是想要改善電力系統(tǒng)運(yùn)行還需要在另一個(gè)更為重要的可靠性問(wèn)題——電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性這個(gè)點(diǎn)上去做研究，即怎樣控制電力系統(tǒng)在小擾動(dòng)和大擾動(dòng)的干擾下，做到減少振蕩對(duì)用戶的不利影響，并且能夠讓所有系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組保持同步運(yùn)行狀態(tài)。而這一類電力系統(tǒng)的問(wèn)題被命名為動(dòng)態(tài)可靠性問(wèn)題（李晨昊,張雨婷,2022)。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需要保持穩(wěn)定，即動(dòng)態(tài)可靠性問(wèn)題是電力系統(tǒng)在正常工作時(shí)的重要問(wèn)題。這無(wú)疑揭示了當(dāng)破壞了大型電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，就可能導(dǎo)致大區(qū)域的停電，使當(dāng)?shù)叵萦诎c瘓和混亂之中，如果不能夠在短時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題，就會(huì)使聯(lián)絡(luò)線產(chǎn)生過(guò)電流而引發(fā)跳閘或者系統(tǒng)與系統(tǒng)或機(jī)組與系統(tǒng)之間失去同步而切斷它們之前的聯(lián)系，使大面積地區(qū)停電癱瘓，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行影響深遠(yuǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)國(guó)家以及人民造成災(zāi)難性損失(王思博,劉曉彤,2023)。有關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類，對(duì)各狀態(tài)進(jìn)行針對(duì)性的區(qū)分，分成了以下幾種形式，即靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、以及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。這在某種程度上指出在電力系統(tǒng)發(fā)展剛開(kāi)始的時(shí)期，系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)之間的非周期失步等靜態(tài)問(wèn)題為當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的主要問(wèn)題。但隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)群之間的等幅性振蕩或增幅性振蕩問(wèn)題發(fā)生的越來(lái)越多，逐漸的成為靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的主流問(wèn)題，這類問(wèn)題在系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線上體現(xiàn)的更為明顯(陳宇航,趙佳怡,2021)。這不僅幫助本文明確了研究問(wèn)題的獨(dú)特貢獻(xiàn)點(diǎn)，也確保了本文的研究建立在充分理解現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上，本文精心挑選了多種來(lái)源的第一手和第二手資料包括但不限于類似文獻(xiàn)、官方報(bào)告等。我國(guó)第一次發(fā)現(xiàn)低頻振蕩問(wèn)題是在20世紀(jì)90年代的廣東——香港聯(lián)合系統(tǒng)，之后這類低頻振蕩現(xiàn)象在湖南、湖北一帶的互聯(lián)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了不少次數(shù)。從低頻振蕩現(xiàn)象發(fā)生至今，在這般的框架內(nèi)電力系統(tǒng)失衡的事使我國(guó)的經(jīng)濟(jì)損失巨大，并且對(duì)國(guó)民的生活質(zhì)量和社會(huì)穩(wěn)定有非常大的影響，這些損失更難以用數(shù)據(jù)表達(dá)。因此，讓電力系統(tǒng)的運(yùn)行能夠長(zhǎng)延不息，是過(guò)去，現(xiàn)在及未來(lái)要致力研究的重大任務(wù)。在如今為了針對(duì)這類振蕩，總結(jié)了兩類對(duì)策，即一次系統(tǒng)對(duì)策和二次系統(tǒng)對(duì)策。一次系統(tǒng)對(duì)策有:直流輸電、減少送受兩端之間的電氣距離、減少重負(fù)荷輸電線以及在輸電線上裝設(shè)FACTS（FlexibleACTransmission徐澤宇,孟菲菲tem）元件。與一次系統(tǒng)不同的是，二次系統(tǒng)的對(duì)策采用附加控制裝置，并適當(dāng)修改其參數(shù)使之能夠增加抑制低頻振蕩的阻尼力矩，來(lái)減小振蕩的對(duì)策(楊皓和,孫夢(mèng)婷,2021)。而這種方法通常就是裝設(shè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS（Power徐澤宇,孟菲菲temStabilizer）。在我國(guó)第一種方法因?yàn)楦黝愒螂y以實(shí)現(xiàn)，在這種配置中且第二種方法已經(jīng)擁有不小的研究成就，其經(jīng)濟(jì)效益顯著、技術(shù)也較為成熟，所以這類采用附加控制裝置已成為抑制低頻振蕩的核心方法(劉子墨,周雅琪,2022)。在實(shí)證層面，本文重新分析了原始數(shù)據(jù)，采用了多種統(tǒng)計(jì)技術(shù)和工具進(jìn)行交叉驗(yàn)證，并引入外部數(shù)據(jù)集作為對(duì)照樣本，力求排除任何可能影響結(jié)論準(zhǔn)確性的因素，確保研究發(fā)現(xiàn)的可靠性和廣泛應(yīng)用性。有關(guān)電力系統(tǒng)的安全性和可靠性的考量上，并且考慮其中的經(jīng)濟(jì)效益，要對(duì)低頻振蕩問(wèn)題加以重視，加強(qiáng)對(duì)這些問(wèn)題的監(jiān)控，做到快速、高效的解決問(wèn)題，以保證電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，而要做到以上這些，我們需要繼續(xù)研究與發(fā)展電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。2勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)隨著我國(guó)國(guó)名對(duì)生活用電需求的不斷加大，從這些要求可以看出來(lái)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)的電力系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)步入了高電壓、大機(jī)組、大網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代。其中，一部分的發(fā)電機(jī)采用高效率的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，使勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)大幅度縮短。如果電網(wǎng)想要安全且穩(wěn)定的持續(xù)運(yùn)行，那么系統(tǒng)中大容量機(jī)組能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行是非常重要的。而想要電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)的保證無(wú)疑是特別重要的，勵(lì)磁系統(tǒng)的存在不僅能夠保證機(jī)組能夠正常運(yùn)行，從這些實(shí)驗(yàn)中看出也能有效地調(diào)節(jié)電網(wǎng)中無(wú)功以及電壓之間的關(guān)系。而勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)化，從上可以可以看出該方案相比于其他方案具有更好的性價(jià)比，同時(shí)在操作簡(jiǎn)便性和用戶體驗(yàn)方面也有顯著提升。對(duì)于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是大電網(wǎng)、高電壓、大機(jī)組的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，有著非常大的作用(趙晨陽(yáng),鄭涵蓉,2020)。2.1勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成同步發(fā)電機(jī)當(dāng)中的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)主要可以分為勵(lì)磁功率單元，與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器這兩大部分。其中，勵(lì)磁功率單元可以看作一個(gè)受控直流源,它可以為電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供所需的直流電壓。在這般的框架內(nèi)而想要使發(fā)電機(jī)能夠正常運(yùn)行,該單元還需要擁有足夠的容量用以調(diào)節(jié)，還要擁有一定程度的強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù)與一定的速度去響應(yīng)勵(lì)磁電壓(許文濤,丁子凡,2019)。而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用是、通過(guò)設(shè)置合理的調(diào)差與通過(guò)將發(fā)電機(jī)端的電壓保持在一定水平這兩方面來(lái)保證無(wú)功功率能夠平衡的輸入正在運(yùn)行的各機(jī)組，運(yùn)用自身高速的勵(lì)磁響應(yīng)來(lái)保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定(高鵬飛,何麗娜,2023)。此外，調(diào)節(jié)器還具有故障錄波、事件記錄、系統(tǒng)自檢、智能調(diào)試等功能。以上兩個(gè)單元加上發(fā)電機(jī)自身組合在一起就可以稱為勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)。它能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成很大的影響。在這種配置中且它也能夠提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性。特別是如今電力系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展也會(huì)影響到機(jī)組的穩(wěn)定性，這些原因都會(huì)刺激勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展。2.2勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)及作用同步發(fā)電機(jī)能夠?qū)⑼饨绲臋C(jī)械能轉(zhuǎn)換為能夠用于大部分機(jī)械的電能。在當(dāng)時(shí)技術(shù)落后的發(fā)電機(jī)組內(nèi)，在這樣的情境之下同步發(fā)電機(jī)都會(huì)直接使用直流發(fā)電機(jī)來(lái)為自身提供勵(lì)磁電流(劉昊天,王芳慧,2019)。這一結(jié)果為后續(xù)研究設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的支持，指導(dǎo)了研究方向的選擇，影響了分析方法的安排，并預(yù)見(jiàn)了可能的研究成果和前景。這種老舊的勵(lì)磁方式，還要使用整流子來(lái)負(fù)責(zé)整個(gè)整流過(guò)程，并且供應(yīng)至勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流還需要通過(guò)整流子的銅環(huán)和炭刷。這些器件產(chǎn)生的干擾都對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行和對(duì)電器設(shè)備的維護(hù)工作都帶來(lái)了非常棘手的麻煩(張思怡,李紫云,2019)。從這些變化中反映當(dāng)時(shí)為了使這種勵(lì)磁方式的缺點(diǎn)所帶來(lái)的影響降至最小，開(kāi)發(fā)了靜態(tài)硅整流自勵(lì)磁恒壓同步發(fā)電機(jī)，不過(guò)這一類發(fā)電機(jī)里還是帶有干擾部件，還會(huì)會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電磁干擾對(duì)整個(gè)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)造成影響，所以無(wú)法根治所需要解決的問(wèn)題。但是科技在進(jìn)步，通過(guò)改進(jìn)開(kāi)發(fā)，當(dāng)今時(shí)代的同步發(fā)電機(jī)已經(jīng)開(kāi)始廣泛采用同軸無(wú)刷交流勵(lì)磁機(jī)和無(wú)刷的旋轉(zhuǎn)整流器，這樣就可以解決使用碳刷導(dǎo)致的缺點(diǎn)(李澤洋,王倩琳,2019)。上述結(jié)果在全面覆蓋和邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性方面均符合標(biāo)準(zhǔn)，展示了本研究團(tuán)隊(duì)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和科學(xué)方法。在電力系統(tǒng)當(dāng)中，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)可視為一種以電壓為變量的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。當(dāng)勵(lì)磁電流保持不變時(shí)，無(wú)功電流的變化將會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的端電壓一起變化。但由于需要保證電能的質(zhì)量，給定此類前提條件可以推知其后續(xù)變化發(fā)電機(jī)的端電壓就不能變動(dòng)，所以想要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，就要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流使之能夠隨無(wú)功電流的變動(dòng)而波動(dòng)(陳靖怡,薛麗敏,2019)。各個(gè)發(fā)電機(jī)組在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)會(huì)因?yàn)樽陨淼念~定容量的差異，從而分配到一定比例的無(wú)功電流。額定容量的大小與提供的無(wú)功負(fù)荷成正比。而為了讓電力系統(tǒng)能夠智能的分配出相應(yīng)的無(wú)功負(fù)荷，其中體現(xiàn)出自動(dòng)勵(lì)磁裝置可以以高壓調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，控制發(fā)電機(jī)端電壓，維持勵(lì)磁電流正常輸出以保持端電壓穩(wěn)定，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)調(diào)壓特性的傾斜度，從而控制無(wú)功負(fù)荷正確合理地分配到各并聯(lián)發(fā)電機(jī)組(龔俊杰,范冰冰,2022)。如果要改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，按照這形勢(shì)發(fā)展通常通過(guò)改變勵(lì)磁電流來(lái)達(dá)到改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的效果(郭晨曦,羅文娟,2023)。這種簡(jiǎn)化既減少了資源占用，又縮短了處理周期，使本方案在保持原有水平的更易于推廣實(shí)施，本文還引入了多項(xiàng)驗(yàn)證流程和質(zhì)量保障措施。而不是單純的直接改變其轉(zhuǎn)子電流，其原因是轉(zhuǎn)子電路里的電流數(shù)值不小，難以直接改變。所以我們一般會(huì)使用改變可控硅的導(dǎo)通角，改變勵(lì)磁機(jī)當(dāng)中的部分電阻，或是改變勵(lì)磁機(jī)所帶的勵(lì)磁電流等方法。在此我們特別說(shuō)明改變可控硅的導(dǎo)通角這一方法的作用，在此脈絡(luò)之下這個(gè)方法一般是根據(jù)發(fā)電機(jī)當(dāng)中各個(gè)數(shù)值的變換而相應(yīng)的控制可控硅整流器，使它的導(dǎo)通角能隨之變換，從而達(dá)到控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流的目的(陸志豪,胡艷萍,2019)。由這個(gè)方法所設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置通常由測(cè)量單元、同步單元、放大單元、調(diào)差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一些輔助單元構(gòu)成。當(dāng)發(fā)電機(jī)中的各項(xiàng)被測(cè)數(shù)值經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)的處理后與預(yù)定值相比較，得出其中的偏差，這些信號(hào)在經(jīng)過(guò)放大后，就可以改變可控硅的導(dǎo)通角，考慮到這些因素以此來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。同步單元是為了保證可控硅的可靠性。在此過(guò)程中，研究人員不僅加深了對(duì)各自學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)知，還推動(dòng)了學(xué)科間的交融與合作，為跨領(lǐng)域研究的后續(xù)發(fā)展構(gòu)建了穩(wěn)固的基石。調(diào)差單元是為了控制數(shù)值上的準(zhǔn)確性。還有其他單元都有其各自的作用(谷雨晨,劉瑤瑤,2019)。這類勵(lì)磁裝置具有快速、靈敏、無(wú)失靈區(qū)、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。能夠在種種突發(fā)情況下應(yīng)對(duì)有關(guān)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的難題。2.3勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及自動(dòng)化技術(shù)的革新，我國(guó)的電力設(shè)備開(kāi)始使用由集成電路、超大規(guī)模集成電路、可控硅和高速計(jì)算機(jī)等可以提升運(yùn)算速度的元件所組成的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，使如今的勵(lì)磁控制系統(tǒng)的運(yùn)算時(shí)間大幅度的縮短，縮短的倍率甚至是之前的百倍(范宇彬,王依婷,2019)。它提醒本文，科學(xué)研究是一個(gè)不斷迭代、逐步深化的過(guò)程。而在之后快速勵(lì)磁系統(tǒng)(晶閘管直接勵(lì)磁或高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng))的在生活中大面積的使用，通過(guò)此事可以看出導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)減少了很多倍，但是高速的代價(jià)就是減少了電力系統(tǒng)的阻尼。對(duì)大型的電力網(wǎng)絡(luò)的影響非常的大，經(jīng)常會(huì)在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)弱阻尼甚至是負(fù)阻尼的現(xiàn)象。而由這些弱阻尼或是負(fù)阻尼會(huì)使電力系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生數(shù)量不一的自發(fā)性低頻率振蕩。在這些振蕩的影響下，系統(tǒng)之間的相互的聯(lián)系就會(huì)被破壞，電力網(wǎng)絡(luò)解列，造成大范圍的停電，這種危害被稱為低頻振蕩現(xiàn)象(孫浩然,張倩琳,2022)。但是勵(lì)磁系統(tǒng)除了會(huì)導(dǎo)致低頻振蕩危害之外，有效的利用勵(lì)磁自動(dòng)控制也系統(tǒng)，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的其他兩種功角穩(wěn)定性造成不一樣的影響：（1）勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響當(dāng)電力系統(tǒng)受到小擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓會(huì)因此下降，隨之而變化的是定子電流與勵(lì)磁電流的增加?？梢詮闹锌吹贸鰜?lái)但在此之前如果有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的幫助，那么發(fā)電機(jī)在它的機(jī)端電壓開(kāi)始減少的時(shí)間開(kāi)始，調(diào)節(jié)器將根據(jù)變量拔高相應(yīng)的勵(lì)磁電流，使其的數(shù)值能夠與原本應(yīng)衰減的分量相抵消，從而達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。這些實(shí)證數(shù)據(jù)不僅增強(qiáng)了理論框架的穩(wěn)定性，也為理論在實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)整與優(yōu)化提供了有力的支撐，體現(xiàn)了理論在指導(dǎo)實(shí)踐中的巨大作用與意義。（2）勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響當(dāng)電力系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)時(shí)，這在一定程度上印證了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠增大勵(lì)磁電流以達(dá)到提高發(fā)電機(jī)的電磁力矩的效果，以達(dá)到提升發(fā)電機(jī)的恢復(fù)速度的效果。但是想要達(dá)成這樣的效果，勵(lì)磁系統(tǒng)需要較小的時(shí)間常數(shù)和較大的勵(lì)磁倍數(shù)(徐澤宇,孟菲菲,2023)。但是為了更有效地實(shí)現(xiàn)以上目的，我們需要配備一套優(yōu)秀的勵(lì)磁系統(tǒng)，而其中自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)就是我們所選之一，與傳統(tǒng)老舊的它勵(lì)可控硅勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)相比，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件少，并且它的勵(lì)磁方式為自并勵(lì)，所以運(yùn)行可靠性高，維護(hù)需求簡(jiǎn)單，所以性價(jià)比高。這在某種程度上映射但最重要的是它的功能強(qiáng)大能滿足不同電力系統(tǒng)的需求(宋家俊,劉欣悅,2022)。上述成果在一定程度上證實(shí)了本文之前所構(gòu)建的理論架構(gòu)。初步的研究成果與理論預(yù)估保持了良好的一致性，驗(yàn)證了理論模型中機(jī)制的有效性。但除此之外還包括了一些缺點(diǎn)，它的勵(lì)磁電源會(huì)受到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的影響，且電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有不利影響，需要電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來(lái)保證它的穩(wěn)定性需求。3同步發(fā)電機(jī)的基本方程作為電力系統(tǒng)當(dāng)中不可或缺的設(shè)備，這在某種程度上指出同步發(fā)電機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響深遠(yuǎn)。所以想要了解電力系統(tǒng)的種種特性，對(duì)同步電機(jī)的認(rèn)知必不可少。與同步發(fā)電機(jī)相關(guān)的電路方程式里，它的電感都會(huì)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而同樣的因事件而變化的隨時(shí)間變動(dòng)而改動(dòng)的一種參數(shù)，我們?cè)谟?jì)算這一類數(shù)時(shí)就需要用到派克方程將這類隨時(shí)間變化的電路轉(zhuǎn)換為常數(shù)的電路(呂文濤,陳欣雨,2022)。結(jié)果的契合性表明理論架構(gòu)中考慮的影響因素及其相互作用是合理的，這對(duì)理解研究現(xiàn)象的本質(zhì)具有關(guān)鍵作用。在同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)它所衍生的電磁暫態(tài)和機(jī)電互動(dòng)現(xiàn)象非常的頻繁，所以想要精確的確立有關(guān)實(shí)際的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在這般的環(huán)境中建立一個(gè)模型并將之求解是必不可少的，這樣的研究往往能夠取得很多科研成果，因此許多科研人員都對(duì)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行了建模且進(jìn)行了深入的研究(黃思穎,陳麗娜,2021)。目前，各種同步發(fā)電機(jī)模型都是以派克——戈列夫方程為基礎(chǔ)的，派克——戈列夫方程是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方程。電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)作為它主要的電能來(lái)源。世界上的絕大多數(shù)負(fù)載都會(huì)配備同步發(fā)電機(jī)。通過(guò)這些綜合考量本文不僅深化了對(duì)研究主題的理解也為相關(guān)領(lǐng)域的研究者和從業(yè)者提供了更具操作性和指導(dǎo)意義的理論工具。但除了同步發(fā)電機(jī)之外，這在一定程度上確認(rèn)了我們還需要同步調(diào)相機(jī)來(lái)提供無(wú)功功率補(bǔ)償以及維持電壓的穩(wěn)定(錢宇和,陳明琪,2022)。這些以相同原理運(yùn)行的裝置，與發(fā)電機(jī)一起統(tǒng)稱為同步電機(jī)。維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題在某方面看來(lái)可以看作一個(gè)讓各保持互聯(lián)的同步電機(jī)能夠維持運(yùn)行狀態(tài)相同的問(wèn)題。這在一定范圍內(nèi)顯示了所以，想要深入了解電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)精通同步電機(jī)的特性和建立同步電機(jī)的模型是非常重要的。3.1同步發(fā)電機(jī)的電壓方程將坐標(biāo)的電壓方程分成兩部分，，能夠當(dāng)作；；。的等號(hào)左右都左乘是Park變換矩陣，為單位陣，為零矩陣，能夠化為即；，能夠當(dāng)作。中前面帶負(fù)號(hào)是因?yàn)樽鴺?biāo)下等值繞組中的電流、電壓的正方向定義和繞組一樣。某方面表明所以討論中時(shí)，我們會(huì)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)。為了考察方案在各種環(huán)境下的適用情況，本文還選取了幾種典型的使用案例，針對(duì)每個(gè)案例調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置，不僅證實(shí)了方案的合理性和可行性，也為后續(xù)研究提供了重要參考。因矩陣乘積的微分性質(zhì)，可得由于：將代入將代入，得出dq0坐標(biāo)電壓方程：3.2同步發(fā)電機(jī)的磁鏈方程坐標(biāo)磁鏈方程等號(hào)左右都左乘等號(hào)的右邊放入得上式電感矩陣中的下標(biāo)和分別表示定子和轉(zhuǎn)子(邱紫涵,郝瑞欣,2021)。下面分析（3-9）中的電感矩陣。（1）定子繞組的自感。因，恒為正。為軸超過(guò)軸的度數(shù)。隱極機(jī)中，，；凸極機(jī)中，，都會(huì)因轉(zhuǎn)子位置而變化。，定子互感值為負(fù)。隱極機(jī)中，，定子互為常量；凸極機(jī)中，定子互感因轉(zhuǎn)子位置波動(dòng)?？蓪?dǎo)出定義與相同。和分別為同步電機(jī)的軸與軸的同步電感。隱極機(jī)，。是對(duì)角陣，它可以說(shuō)明定子等值繞組間的互感為零，是相互解耦的，從這些趨勢(shì)中明白而且是定常陣，不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化。（2）轉(zhuǎn)子繞組的自感。由式以及得及的定義與相同。（3）定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感和。由（3-10）和為定子繞組與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組間的互感變化幅值，。為定子繞組與軸阻尼繞組間的互感變化幅值，為定子繞組與軸阻尼繞組間的互感變化幅值，得兩式中的定義與相同。說(shuō)明了坐標(biāo)下同步電機(jī)有名值方程中定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感不可逆(楊秋睿,劉昊然,2021)。綜合、、、、得坐標(biāo)電感矩陣相應(yīng)磁鏈方程由可知，軸繞組與軸繞組不存在互感。零軸磁鏈與軸、軸上各個(gè)繞組不存在互感并且是獨(dú)立的。電感矩陣為定常稀疏矩陣(梁靖雯,高雅琦,2022)。中前面帶負(fù)號(hào)是因?yàn)樨?fù)值定子繞組的電流生成正值的繞組磁鏈，它還提升了系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性，使其能更加靈活地適應(yīng)未來(lái)的演變和應(yīng)用需求的多樣性。從這些現(xiàn)象中不難看出電感元素的符號(hào)與之前一樣，這方面和坐標(biāo)的磁鏈方程類似。3.3同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程3.3.1隱極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程隱極式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，且金屬中間的空氣間隙也是均勻的，由此我們可以認(rèn)為它的直軸同步電抗和交軸同步電抗的數(shù)值是一樣的，即。通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的全面梳理和對(duì)比分析，本文驗(yàn)證了研究框架的科學(xué)性和適用性。由于它們之間的數(shù)值相等的同時(shí)，我們?cè)谟?jì)算時(shí)也會(huì)將定子繞組當(dāng)中電阻去掉，在此類條件作用下可以推知其發(fā)展方向以公式為基礎(chǔ)，畫出隱極式發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的向量圖，在此基礎(chǔ)上，我們能夠用其他的電動(dòng)勢(shì)與電抗列出隱極發(fā)電機(jī)的電磁功率方程(徐珂宇,黃曼婷,2020)。圖3.1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行矢量圖（1）以空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)有功功率：將（3-25）代入（3-26）得由以上我們所得出的公式中，我們可以總結(jié)出，發(fā)電機(jī)有功功率的功——角特性曲線是一條曲線函數(shù)，它的最大值為，也可以將這個(gè)數(shù)值叫做功率極限(呂嘉誠(chéng),劉雨婷,2020)。這無(wú)疑揭示了它的功角特性曲線多數(shù)時(shí)候用于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行或者故障后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析與計(jì)算(林浩然,蘇佳怡,2022)。在研究設(shè)計(jì)階段，本文細(xì)致構(gòu)建了科學(xué)的研究架構(gòu)，以保障研究議題的明確度和研究假說(shuō)的合理性。（2）以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示圖3.2暫態(tài)空間矢量圖以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)將代入由于暫態(tài)磁阻功率的出現(xiàn)帶讓功角特性計(jì)算變得非常的復(fù)雜，所以我們?cè)谟?jì)算時(shí)通常會(huì)簡(jiǎn)化一些地方：這在某種程度上指出以直軸暫態(tài)電抗后的電動(dòng)勢(shì)代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)；以向量與的夾角代替，。3.3.2凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程圖3.3凸極發(fā)電機(jī)的相量圖（1）空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)式得（2）暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)將代入得3.4同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程3.4.1同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方程式中，為原動(dòng)機(jī)加于電機(jī)軸的機(jī)械力矩；為發(fā)電機(jī)的電磁力矩，和單位均為；為轉(zhuǎn)子機(jī)械角位移，在這般的框架內(nèi)它和電角度的關(guān)系為它的單位為；為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，它與電角速度的關(guān)系為，它的單位為；為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為，國(guó)家所規(guī)定的轉(zhuǎn)子飛輪慣量（）的單位一般為當(dāng)為轉(zhuǎn)子所受到的機(jī)械外力矩時(shí)，取整個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。穩(wěn)態(tài)時(shí)，。轉(zhuǎn)子加速力矩為零，所以轉(zhuǎn)子以恒速運(yùn)行。我們分析時(shí)，在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，本文運(yùn)用了先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)軟件與技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致處理，確保研究結(jié)論的科學(xué)性與公正性。會(huì)將電角度及電角速度作為變量，則為坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程與坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程相同，但在計(jì)算時(shí)應(yīng)該按以下式子進(jìn)行計(jì)算，3.4.2同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的研究意義發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩能夠去決定發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，而作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩可以分解為兩個(gè)部分，在這種配置中一是原動(dòng)機(jī)作用在轉(zhuǎn)子上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，而這一部分的機(jī)械轉(zhuǎn)矩卻受到發(fā)電廠的機(jī)械力作用部分（例如水電廠的渦輪與水輪機(jī)）的運(yùn)行狀態(tài)決定，而第二部分，發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩部分，這一部分卻被發(fā)電機(jī)以及與發(fā)電機(jī)相接的電力系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)所決定(魏晨曦,王美琳,2022)。使用最新的科研工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)研究對(duì)象的多層次、寬范圍的探討，突破了傳統(tǒng)研究的限制，揭示了事物之間的微妙聯(lián)系，并汲取其他領(lǐng)域的精華，為解決實(shí)際問(wèn)題提供了更加多元的解決方案。上述所說(shuō)的這些運(yùn)行狀態(tài)有一個(gè)特點(diǎn)，就是都容易受到外部的干擾而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩發(fā)生失衡，也就是發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速被迫改變。從這些要求可以看出來(lái)所以我們需要使這類外部影響所導(dǎo)致的失衡影響達(dá)到最小，就需要發(fā)電機(jī)組能在受到干擾后快速的恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)，即設(shè)備的角能夠穩(wěn)定下來(lái)(李天陽(yáng),趙秋韻,2022)。在處理有關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計(jì)算的問(wèn)題里，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程是解決各項(xiàng)問(wèn)題重要的一環(huán)。打破傳統(tǒng)研究的束縛，從微觀角度精準(zhǔn)揭示事物的內(nèi)在規(guī)律及其相互關(guān)聯(lián)，同時(shí)借鑒其他相關(guān)領(lǐng)域的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為解決該主題下的問(wèn)題提供了更為多樣、豐富的思考方向。從這些實(shí)驗(yàn)中看出它可以判斷電力系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。從中我們可以總結(jié)出來(lái)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械狀態(tài)會(huì)隨著其軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)而做出反應(yīng)，而不平衡轉(zhuǎn)矩的機(jī)械狀態(tài)又被原動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)所輸出的能量狀態(tài)所控制(王澤民,劉詩(shī)蘭,2023)。我們通常認(rèn)為，在暫態(tài)過(guò)程中，電力系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩不會(huì)輕易改變，而同步發(fā)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)的電磁特性、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性、負(fù)荷特性以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都有一定的關(guān)系，所以這一部分的計(jì)算是有關(guān)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程分析中最有難度的一部分。為讓研究結(jié)果具備精準(zhǔn)特性，本研究充分考慮研究過(guò)程中可能出現(xiàn)的各類偏差，在研究設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集、分析方法等多個(gè)環(huán)節(jié)采取了嚴(yán)格的控制手段。在這般的框架內(nèi)能夠快速的理解發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)計(jì)算，也差不多掌握了如何分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法(張昊宇,陳藝林,2023)。4電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本介紹4.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power徐澤宇,孟菲菲temStabilizer，PSS）是一種用于勵(lì)磁輔助的裝置，除此之外，它也是一種抑制低頻振蕩的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。PSS一般安裝于勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，工作時(shí)，系統(tǒng)一般處于負(fù)阻尼狀態(tài)，所以他會(huì)引入一個(gè)信號(hào)，且這個(gè)信號(hào)的速度快于軸速度，在這種配置中這個(gè)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，與之前所發(fā)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩相抵消(孫瑞霖,吳佳琪,2022)。在挑選數(shù)據(jù)分析手段時(shí)，本文不僅運(yùn)用了傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法，如描述統(tǒng)計(jì)、回歸技術(shù)等，還引入了近年來(lái)迅猛發(fā)展的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和算法。以此來(lái)解決原負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩所帶來(lái)不好的影響，是加強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要方法之一。并且電力系統(tǒng)穩(wěn)定器引入的各種數(shù)字信號(hào)都與此振蕩相關(guān)，例如發(fā)電機(jī)的頻率、轉(zhuǎn)速以及有功功率等數(shù)據(jù)，然后將這些信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，得到新的信號(hào)，在這樣的情境之下這些信號(hào)會(huì)被傳輸?shù)絼?lì)磁系統(tǒng)中，是勵(lì)磁系統(tǒng)給出相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)(周錦程,鄧思遠(yuǎn),2022)。圖4.1PSS結(jié)構(gòu)示意圖由圖4.1可知，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)際上是一種關(guān)于有功功率、匝數(shù)或頻率的反饋環(huán)節(jié)，它與原勵(lì)磁系統(tǒng)一起構(gòu)成了雙閉環(huán)系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)與電壓相關(guān)(許澤辰,黃美珊,2022)；從這些變化中反映而由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)則與、或相關(guān)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器把直流隔開(kāi)的環(huán)節(jié)能夠使在接近無(wú)窮大時(shí)讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出為零，而在進(jìn)行其它中間過(guò)程時(shí)，科學(xué)研究是一個(gè)長(zhǎng)期且細(xì)致的過(guò)程，特別是在探索復(fù)雜問(wèn)題或新領(lǐng)域時(shí)，需要足夠的時(shí)間來(lái)觀察和分析數(shù)據(jù)，并最終得出可靠的結(jié)論。該環(huán)節(jié)能夠讓這些數(shù)字信號(hào)順利通過(guò)，就可以讓電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在所需要的時(shí)段發(fā)揮它的作用(陳雪晴,龔凱文,2019)。而在超前——滯后環(huán)節(jié)當(dāng)中電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可以補(bǔ)償原系統(tǒng)所致的相位滯后。在處于放大環(huán)節(jié)時(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器所帶的放大元件也可以確保擁有足夠多的幅值。這不僅增強(qiáng)了對(duì)研究假設(shè)的信心，也證明了所選研究方法的科學(xué)性。這種一致性為跨研究間的比較提供了基礎(chǔ)，有助于形成更加全面和系統(tǒng)的理論體系。限幅環(huán)節(jié)可確保突發(fā)大擾動(dòng)時(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出不會(huì)對(duì)電機(jī)端電壓造成影響(高東陽(yáng),何晨曦,2020)。圖3.2PSS信號(hào)作用相量圖4.2弱阻尼簡(jiǎn)介當(dāng)今時(shí)代中大多數(shù)的大型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都將超大規(guī)模集成電路和可控硅的應(yīng)用設(shè)備作為自身構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)，這樣的發(fā)展趨勢(shì)使自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器及自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)控裝置的效率大大提高、運(yùn)算所需時(shí)間縮短了許多，這些因素都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的電力系統(tǒng)的阻尼減少，給定此類前提條件可以推知其后續(xù)變化從而從正阻尼變?yōu)槿踝枘?，甚至是?fù)阻尼的狀態(tài)(李書涵,田俊杰,2022)。4.3低頻振蕩簡(jiǎn)介低頻振蕩是指發(fā)電機(jī)內(nèi)的電氣量及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等內(nèi)部產(chǎn)生的幅值產(chǎn)生了小幅度震蕩，振蕩的頻率比較低，其值一般在1赫茲左右。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生振蕩的原因是系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，由于其內(nèi)部缺乏阻尼性，所以轉(zhuǎn)子之間就會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，這就是低頻振蕩產(chǎn)生的原理(王瑞欣,楊懷遠(yuǎn),2022)。對(duì)于這一部分的創(chuàng)作借鑒了章和寧教授的相關(guān)主題的研究，主要體現(xiàn)在思路和手法方面，在思路上遵循了其強(qiáng)調(diào)的系統(tǒng)性與邏輯性的原則。在發(fā)電機(jī)聯(lián)網(wǎng)的瞬間，同步發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間具有極強(qiáng)的耦合性，其中體現(xiàn)出內(nèi)部由于具有極強(qiáng)的阻尼性所以減少了低頻振蕩發(fā)生的幾率，但由于電網(wǎng)不斷地?cái)U(kuò)大，受環(huán)境金錢等一系列外部因素的影響，快速勵(lì)磁會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的運(yùn)行一直會(huì)處于穩(wěn)定邊界附近，所以振蕩頻率就會(huì)降低(趙浩然,孫晴川,2021)。4.4電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器首先是由外國(guó)研究學(xué)者提出的。其內(nèi)部的核心理論是勵(lì)磁系統(tǒng)在控制電壓能夠智能調(diào)節(jié)同時(shí)，這種雙重視角不僅促進(jìn)了對(duì)研究對(duì)象內(nèi)部運(yùn)作的理解，也為解決實(shí)際問(wèn)題提出了更具針對(duì)性的方法。以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差、頻率偏差等信號(hào)參量中的其中之一作為信號(hào)傳遞的基礎(chǔ)，從這些會(huì)議中看出使同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速偏差同軸的附加力矩，產(chǎn)生的阻尼能夠補(bǔ)償因低頻振蕩而減少的部分，由此改良了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性(胡子和,史雨彤,2022)。本文中的數(shù)據(jù)處理技巧對(duì)比早期的方法而言，更加簡(jiǎn)潔高效。采用了更為簡(jiǎn)化的預(yù)處理程序，這一程序去除了不必須的轉(zhuǎn)換步驟，優(yōu)化了數(shù)據(jù)清理和歸一化過(guò)程，從而極大提高了處理效率。從這些分析中證明使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的目的是增加同步發(fā)電機(jī)的阻尼來(lái)增強(qiáng)電力輸送的穩(wěn)定性。它抽取角速度，功率或頻率等參量，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大、復(fù)位、和超前滯后等環(huán)節(jié)的處理后，作為勵(lì)磁系統(tǒng)的一部分輸入。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器優(yōu)秀的模型設(shè)計(jì)，它的基礎(chǔ)模塊簡(jiǎn)單、針對(duì)性強(qiáng)且擁有經(jīng)濟(jì)高效等特點(diǎn)，能夠普遍應(yīng)用于各大電力系統(tǒng)(陳博文,鄭依婷,2021)。因?yàn)樗鼡碛薪档妥枘岬男Ч粌H可以抑制低頻振蕩，這清楚地揭示了真相還能夠改善電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。PPS采取轉(zhuǎn)速偏差（）、頻率偏差（）、加速功率偏差（Pa）和電功率偏差（Pe）這類信號(hào)作為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的附加輸入，增加正阻尼，且擁有有利于勵(lì)磁系統(tǒng)電壓環(huán)的效果、不對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)造成影響、效果良好、電路不復(fù)雜等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外都擁有非常多的工作環(huán)境(劉志遠(yuǎn),鄒家琪,2022)。研究中遇到的難題和局限性為后續(xù)工作指引了改進(jìn)的方向，激發(fā)研究人員不斷優(yōu)化和完善研究設(shè)計(jì)，以期實(shí)現(xiàn)更深入的理解和更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。圖4.3勵(lì)磁控制示意圖5PSS的設(shè)計(jì)5.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理不同的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器它的組成它的器件可能會(huì)有不同，為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的主要功能，使它能正常的提供正阻尼力矩，其中體現(xiàn)出所以PSS還是擁有它需要去滿足的設(shè)計(jì)要求(林卓然,張紫涵,2020)：①要求器件擁有滿足要求的相頻特性，并且能夠精確、有效的給予勵(lì)磁系統(tǒng)的相位滯后補(bǔ)償。②PSS能夠作為一個(gè)獨(dú)立的外部器件，不影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。③在PSS的工作時(shí)，不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成過(guò)大的影響。④PSS工作時(shí)的噪音分貝應(yīng)盡可能的低。這在某種程度上揭示出包括信號(hào)檢測(cè)和隨機(jī)噪聲在內(nèi)，其分貝不應(yīng)超過(guò)正常工作范圍的10%⑤要有配套的繼電保護(hù)措施，以保證在各種運(yùn)行狀態(tài)下（包括PSS故障）故障的發(fā)生。⑥對(duì)于在原動(dòng)機(jī)功率調(diào)整速度較快的機(jī)組上使用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器時(shí)，需要擁有防止“反調(diào)”的措施(王子凡,許佳琪,2022)。這不僅幫助本文明確了研究問(wèn)題的獨(dú)特貢獻(xiàn)點(diǎn)，也確保了本文的研究建立在充分理解現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上，本文精心挑選了多種來(lái)源的第一手和第二手資料包括但不限于類似文獻(xiàn)、官方報(bào)告等。5.2PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)類型的信號(hào)參數(shù)在經(jīng)過(guò)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器后將會(huì)被送往電壓調(diào)節(jié)器，它和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組在此時(shí)應(yīng)處于相位滯后的狀態(tài)。而這些被處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)能夠補(bǔ)償相位，所以電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的網(wǎng)絡(luò)必須擁有超前補(bǔ)償?shù)墓δ?楊秋睿,劉昊然,2021)。在實(shí)證層面，本文重新分析了原始數(shù)據(jù)，采用了多種統(tǒng)計(jì)技術(shù)和工具進(jìn)行交叉驗(yàn)證，并引入外部數(shù)據(jù)集作為對(duì)照樣本，力求排除任何可能影響結(jié)論準(zhǔn)確性的因素，確保研究發(fā)現(xiàn)的可靠性和廣泛應(yīng)用性。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)復(fù)位相，用來(lái)消除時(shí)滯以后的補(bǔ)償效應(yīng)。因此，我們可以得到電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)表示如下：:且我們可以得到如下以速度作為輔助信號(hào)參量的網(wǎng)絡(luò)圖：圖5.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)圖以為示例求出電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的狀態(tài)方程：其中、是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的狀態(tài)變量。、為超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)，。是復(fù)位時(shí)間常數(shù)。為放大倍數(shù)。從上可以可以看出該方案相比于其他方案具有更好的性價(jià)比，同時(shí)在操作簡(jiǎn)便性和用戶體驗(yàn)方面也有顯著提升。這在一定層面上證實(shí)了計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)際上就是求出、、以及的運(yùn)算過(guò)程。這些參量的求解一般都會(huì)使用根軌跡法或者是頻率相應(yīng)法(周行程,蔡星辰,2022)。6電力系統(tǒng)穩(wěn)定器MATLAB仿真分析6.1PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)MATLAB2016b為個(gè)版本MATLAB最經(jīng)典的一款，這款軟件里包含了豐非常多的電力及電氣系統(tǒng)元件模型,而且我們可以在它的子軟件Simulink的運(yùn)行環(huán)境下使用它們，用戶只需在電器元件模塊窗口中將所需的電器元件找出，就可以用鼠標(biāo)將之拖出，放在模型編輯窗口，這在某個(gè)角度上證明了然后將這些模塊按照自己設(shè)想的方式組合在一起，就可以將你構(gòu)思的仿真模型搭建出來(lái)、來(lái)解決你在書本上無(wú)法解決的難題(黃澤峰,張悅琳,2022)。該論文所使用的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)如圖6.1所示圖6.1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)其中AVR參數(shù)：,,,。PSS參數(shù)：,，,,，。所得仿真如圖6.2所示。上半部分為發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)絡(luò)，下半部分為AVR和PSS，其中上半部分中，G2為三階發(fā)電機(jī)模型，Re和Im是將網(wǎng)絡(luò)計(jì)算分解為實(shí)部和虛部，以使計(jì)算精度更高。這一結(jié)果為后續(xù)研究設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的支持，指導(dǎo)了研究方向的選擇，影響了分析方法的安排，并預(yù)見(jiàn)了可能的研究成果和前景。仿真過(guò)程中，將無(wú)窮大母線表示為電壓恒定的常數(shù)，即圖中的EB和0，分別表示電壓的實(shí)部和虛部。仿真參數(shù)如圖6.3所示。圖6.2仿真總結(jié)構(gòu)圖圖6.3仿真參數(shù)仿真微分方程組算法采用ode15s。相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差皆為1e-12。6.2模擬運(yùn)行仿真分析仿真模型運(yùn)行時(shí)間設(shè)計(jì)為10秒，這在某種程度上象征單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)出線端發(fā)生三相接地短路，短路發(fā)生時(shí)刻為1s，短路持續(xù)時(shí)間0.8s，0.8s后清除故障。觀察加入PSS和不加入PSS時(shí)電機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)機(jī)端電壓、轉(zhuǎn)子角和勵(lì)磁電壓的變化。結(jié)果如下：

（1）機(jī)端電壓圖6.4未加入PSS時(shí)的機(jī)端電壓仿真波形圖6.5加入PSS時(shí)的機(jī)端電壓仿真波形

（2）轉(zhuǎn)子角圖6.6未加入PSS時(shí)的轉(zhuǎn)子角仿真波形圖6.7加入PSS時(shí)的轉(zhuǎn)子角仿真波形

（3）勵(lì)磁電壓圖6.8未加入PSS時(shí)的勵(lì)磁電壓仿真波形圖6.9加入PSS時(shí)的勵(lì)磁電壓仿真波形

6.2PSS作用分析仿真的運(yùn)行結(jié)果通過(guò)示波器告訴我們，原本應(yīng)該處于振蕩狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在附加了我們搭建的PSS模塊后，系統(tǒng)的振蕩次數(shù)明顯的減少，且從波形可以知道電力系統(tǒng)最終也回到了穩(wěn)定的狀態(tài)。上述結(jié)果在全面覆蓋和邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性方面均符合標(biāo)準(zhǔn)，展示了本研究團(tuán)隊(duì)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和科學(xué)方法。這在一定程度上凸顯出由這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以得出，電力系統(tǒng)再附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器之后，能夠在受到擾動(dòng)后短時(shí)間回到穩(wěn)定狀態(tài)。并且在發(fā)生了三相接地短路這類嚴(yán)重的縱向故障時(shí)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器能夠有效的抵抗阻尼減少的影響，是系統(tǒng)恢復(fù)到新的穩(wěn)定值狀態(tài)；而在未使用PSS的系統(tǒng)在受到故障時(shí)，雖然快速的切除了故障，但是系統(tǒng)仍然失去了穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)[1]劉楊名;嚴(yán)正;賈燕冰;楊建林;黃海倫.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器調(diào)參現(xiàn)狀與研究[A].華東電力,2007(01)[2]李晨昊,張雨婷.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2022（11）[3]王思博,劉曉彤.廣域電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)的兩階段協(xié)