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　　對(duì)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(huì)導(dǎo)致電廠中某些或所有的發(fā)電機(jī)失去同步。對(duì)于一個(gè)給定的故障，保證系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生失步的最長故障持續(xù)時(shí)間叫做臨界切除時(shí)間。實(shí)際的切除時(shí)間如果大于此值，就會(huì)導(dǎo)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(jī)與系統(tǒng)中其他的發(fā)電機(jī)發(fā)生失步，都會(huì)切除一定數(shù)量的發(fā)電機(jī)。在故障切除之后，這些發(fā)電機(jī)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(shí)間（通常會(huì)需要更長的時(shí)間）。在這個(gè)過程中電力系統(tǒng)中將要出現(xiàn)一個(gè)供電與用電的赤字，需要經(jīng)過一系列的頻率與負(fù)載控制來平衡。如果考慮到某些己經(jīng)冷卻下來的鍋爐需要再熱，重新建立由于計(jì)算機(jī)組的轉(zhuǎn)子引風(fēng)斗采用了新工藝，轉(zhuǎn)子與定子的間隙減小，發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流小于考核機(jī)組。因此計(jì)算機(jī)組的電壓響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于考核機(jī)組，計(jì)算值0.55s應(yīng)偏大，可推論計(jì)算值應(yīng)該偏大。

　　4結(jié)論（1）在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)足夠大時(shí)，本文的計(jì)算值是電壓響應(yīng)時(shí)間的最大值，實(shí)際響應(yīng)時(shí)間小于計(jì)算值。

　�。�2）在滿足高起始勵(lì)磁系統(tǒng)的條件下，可合理選擇可控硅的最小控制角，使機(jī)端電壓的超調(diào)量減小，滿足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的瞬態(tài)特性要求。

　　同步所需要的時(shí)間將更長。

　　的協(xié)調(diào)作用，使電廠在故障發(fā)生后不必切機(jī)但仍然能與系統(tǒng)保持同步的方法。其中勵(lì)磁控制與快關(guān)汽門控制都采用具有很強(qiáng)適應(yīng)性的非線性PID來設(shè)計(jì)。

　　1協(xié)調(diào)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(jī)失去同步，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度高于同步速度。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)就要關(guān)閉汽門來降低機(jī)械功率，機(jī)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(lì)磁水平很高，也有利于重新建立同步。

　　總之，較低的機(jī)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(jìn)穩(wěn)定，有必要利用多種控制器的協(xié)調(diào)作用，例如勵(lì)磁控制與快關(guān)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(yùn)行于A點(diǎn)，短路故障的發(fā)生降低了電氣功率，使系統(tǒng)運(yùn)行于B點(diǎn)。此時(shí)，功角特性由較低的曲線所示，機(jī)械功率大于電氣功率，使轉(zhuǎn)子加速，故障切除時(shí)到達(dá)C點(diǎn)。轉(zhuǎn)子具有過剩的運(yùn)行能量，相當(dāng)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(zhuǎn)子進(jìn)入失步運(yùn)行狀態(tài)。

　　當(dāng)轉(zhuǎn)子經(jīng)過F點(diǎn)，由于機(jī)械功率大于電氣功率，轉(zhuǎn)子仍然處于加速狀態(tài)。到下一個(gè)平衡點(diǎn)J之前，機(jī)械功率始終大于電氣功率，轉(zhuǎn)子所獲得的第二部分加速能量用來表示。越過J點(diǎn)后電氣功率大于機(jī)械功率，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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?yàn)闄C(jī)械功率始終很高，那么減少機(jī)械功率就能減少加速面積、加減速面積。

　　表示發(fā)生失步時(shí)，使機(jī)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(yīng)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(jī)暫態(tài)電勢(shì)，所以通過改變發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)就可以改變功角特性的幅值，在這里采用Bang―Bang勵(lì)磁控制來實(shí)現(xiàn)。中，當(dāng)發(fā)電機(jī)到達(dá)G點(diǎn)時(shí)，勵(lì)磁電壓切換到負(fù)的最大值來快速減小發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)和功角特性的幅值，從而使加速面積從勵(lì)磁電壓與汽門均保持不變時(shí)的F-GH'-/-J（）減小到F-GH/；當(dāng)發(fā)電機(jī)到達(dá)/點(diǎn)時(shí)，勵(lì)磁電壓切換到正的最大值以便快速加發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)和功角特性的幅值，使減速面積由勵(lì)磁電壓與汽門均保持不變時(shí)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(diǎn)時(shí)，總的減速面積等于總的加速面積，轉(zhuǎn)子擺動(dòng)由此向/點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不會(huì)進(jìn)入第二搖擺并重新建立穩(wěn)定。

　　2協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)21數(shù)學(xué)模型及勵(lì)磁控制設(shè)計(jì)141單機(jī)無窮大系統(tǒng)等值電路如所示。假設(shè)發(fā)電機(jī)采用經(jīng)典三階模型。單機(jī)無窮大系統(tǒng)勵(lì)磁控制的數(shù)學(xué)模型為一1度量；為系統(tǒng)同步角速度；D為發(fā)電機(jī)阻尼系數(shù)；H為發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的慣性時(shí)間常數(shù)；Uf為勵(lì)磁設(shè)備的控制電壓；T.'為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)；E/為發(fā)電機(jī)q軸暫態(tài)電勢(shì)；Pm為發(fā)電機(jī)機(jī)械功率；Pe為發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，得量；Xd為發(fā)電機(jī)d軸電抗；xq為發(fā)電機(jī)q軸電抗；xd'為發(fā)電機(jī)d軸暫態(tài)電抗。

　　按照非線性PID控制，勵(lì)磁控制電壓的非線性反饋補(bǔ)償規(guī)律Uf可表示為按照構(gòu)成Bang-Bang控制的要求，最終的控制器為2.2快關(guān)汽門控制器的設(shè)計(jì)141假設(shè)汽輪發(fā)電機(jī)組蒸汽調(diào)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(diǎn)r斷開，中壓調(diào)節(jié)汽門快關(guān)控制器由于輸出信號(hào)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(dòng)，常開接點(diǎn)r閉合，中壓調(diào)節(jié)汽門受控于中壓缸快關(guān)控制器，產(chǎn)生通常所說的“快關(guān)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(gè)慣性環(huán)節(jié)，并以Tml、CPml分別表示其等效時(shí)間常數(shù)、等效功率分配系數(shù)和等效輸出機(jī)械功率。Cml=Cm-Cl其中Cm、Cl分別為中、低壓缸所對(duì)應(yīng)的功率=Pm+Pl，其中Pm、Pl分別表示中、低壓缸輸出的機(jī)械功率。同時(shí)，不計(jì)汽門調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的限幅環(huán)節(jié)，并且由于電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程所經(jīng)歷的時(shí)間一般遠(yuǎn)小于中間再熱器的時(shí)間常數(shù)，不考慮再熱器壓力變化對(duì)中、低壓缸輸出功率的影響，即認(rèn)為再熱器輸出為恒定，原動(dòng)機(jī)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(jī)械功率PmL之和，即Pm=Ph+Pm：。

　　由于高壓缸和中低壓缸油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)T%、TMg與蒸汽容積時(shí)間常數(shù)Th、Tml的數(shù)值均較小，約為0. 4s左右，可進(jìn)一步將汽門調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型簡化，分別用一個(gè)慣性環(huán)節(jié)去近似高壓主汽門調(diào)節(jié)系統(tǒng)和中低壓快關(guān)汽門控制系統(tǒng)，其慣性時(shí)間常數(shù)分別為The=在研究快關(guān)汽門控制問題中，假定在勵(lì)磁控制器的作用下，發(fā)電機(jī)在整個(gè)動(dòng)態(tài)過程中保持q軸暫態(tài)電勢(shì)Eq'恒定，單機(jī)無窮大系統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組汽門控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為節(jié)中、低壓缸時(shí)，C=Cml）；T*等效時(shí)間常數(shù)（只調(diào)節(jié)高壓缸時(shí)，T=ThE；只調(diào)節(jié)中、低壓缸時(shí)，T=Tm2）；Pmx*調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的機(jī)械功率（只調(diào)節(jié)高壓缸；只調(diào)節(jié)中、低壓缸時(shí)，Pmx=PML）。

　　同樣按照非線性PID控制，快關(guān)汽門的非線性反饋控制規(guī)律Um可表示為2.3協(xié)調(diào)控制邏輯的設(shè)計(jì)采用非線性PID設(shè)計(jì)快關(guān)汽門和勵(lì)磁控制器之后，按照上面所述的原理進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，調(diào)整非線性PID勵(lì)磁控制器的參數(shù)使之類似Bang-Bang控制。

　　協(xié)調(diào)控制邏輯的設(shè)計(jì)原則為：當(dāng)快關(guān)汽門動(dòng)作完勵(lì)磁電壓的符號(hào)取決于轉(zhuǎn)子搖擺的方向以及發(fā)電機(jī)是趨向于同步還是趨向于失步。

　　當(dāng)轉(zhuǎn)子向前搖擺、發(fā)電機(jī)趨向于失步時(shí)，勵(lì)磁控制為取負(fù)的最大值；在發(fā)電機(jī)趨向于同步時(shí)，勵(lì)磁電壓切換至正的最大值。

　　當(dāng)角速度偏差改變符號(hào)（<3），并且發(fā)電機(jī)開始進(jìn)入同步狀態(tài)，Bag―Bag勵(lì)磁控制終止，勵(lì)磁電壓改由常規(guī)的AVR+PSS進(jìn)行控制。同時(shí)在發(fā)電機(jī)趨向同步狀態(tài)過程中，協(xié)調(diào)控制邏輯給出信號(hào)，在關(guān)閉了大約Is左右之后，打開汽門恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

　　3數(shù)值仿真分析在F點(diǎn)發(fā)生三相短路故障，t=0.15s故障消除。仿真結(jié)果如所示。

　　從中可以看出，在快關(guān)汽門以及勵(lì)磁控制器協(xié)調(diào)控制的作用下，在故障后轉(zhuǎn)子搖擺很快消失，發(fā)電機(jī)重新恢復(fù)同步運(yùn)行狀態(tài)，體現(xiàn)了優(yōu)越的控制品質(zhì)和性能。同時(shí)可以看出汽門的打開恢復(fù)過程很緩慢，但在電液調(diào)節(jié)器的作用下可以很可靠地實(shí)現(xiàn)快關(guān)，并且在協(xié)調(diào)控制的過程中起到了主要作用。勵(lì)磁電壓采用了近似Bang穩(wěn)定。

　　通過勵(lì)磁控制與快關(guān)汽門控制的協(xié)調(diào)作用，使電廠在故障發(fā)生后不必切機(jī)但仍然能與系統(tǒng)保持同步，簡單且易于實(shí)現(xiàn)。當(dāng)某個(gè)電廠遇到將要失去穩(wěn)定的危險(xiǎn)時(shí)刻，這種協(xié)調(diào)型控制器能夠代替事故后切機(jī)的做法。仿真分析表明了其有效性，在一個(gè)或至多兩個(gè)非同步周期后，就能使發(fā)電機(jī)重新回到同步運(yùn)行狀態(tài)。

　　朱發(fā)國。非線性PID及其在發(fā)電機(jī)組控制中應(yīng)用的研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文。1999：邱宇（1969-），工程師，博士研宄生；主要研宄方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制。