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　　對于某些穩定裕度較小的電廠來說，任何發生的故障都可能會導致電廠中某些或所有的發電機失去同步。對于一個給定的故障，保證系統不會發生失步的最長故障持續時間叫做臨界切除時間。實際的切除時間如果大于此值，就會導致系統失去同步。在電廠中，故障后為了防止某些發電機與系統中其他的發電機發生失步，都會切除一定數量的發電機。在故障切除之后，這些發電機將試圖重新與系統建立同步，這一過程至少需要幾分鐘的時間（通常會需要更長的時間）。在這個過程中電力系統中將要出現一個供電與用電的赤字，需要經過一系列的頻率與負載控制來平衡。如果考慮到某些己經冷卻下來的鍋爐需要再熱，重新建立由于計算機組的轉子引風斗采用了新工藝，轉子與定子的間隙減小，發電機額定勵磁電流小于考核機組。因此計算機組的電壓響應時間應小于考核機組，計算值0.55s應偏大，可推論計算值應該偏大。

　　4結論（1）在勵磁調節器的放大系數足夠大時，本文的計算值是電壓響應時間的最大值，實際響應時間小于計算值。

　　（2）在滿足高起始勵磁系統的條件下，可合理選擇可控硅的最小控制角，使機端電壓的超調量減小，滿足電網對機組的瞬態特性要求。

　　同步所需要的時間將更長。

　　的協調作用，使電廠在故障發生后不必切機但仍然能與系統保持同步的方法。其中勵磁控制與快關汽門控制都采用具有很強適應性的非線性PID來設計。

　　1協調控制的原理如果電力系統中發生了故障，電廠中的某些發電機失去同步，發電機的轉子速度高于同步速度。汽輪機控制系統就要關閉汽門來降低機械功率，機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，也就是說勵磁水平很高，也有利于重新建立同步。

　　總之，較低的機械功率與較大的同步功率都有利于重新建立穩定|3.為了更快和更有效地促進穩定，有必要利用多種控制器的協調作用，例如勵磁控制與快關汽門控制。

　　是系統失去同步的示意圖。正常情況下系統運行于A點，短路故障的發生降低了電氣功率，使系統運行于B點。此時，功角特性由較低的曲線所示，機械功率大于電氣功率，使轉子加速，故障切除時到達C點。轉子具有過剩的運行能量，相當于圖中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）從而轉子進入失步運行狀態。

　　當轉子經過F點，由于機械功率大于電氣功率，轉子仍然處于加速狀態。到下一個平衡點J之前，機械功率始終大于電氣功率，轉子所獲得的第二部分加速能量用來表示。越過J點后電氣功率大于機械功率，轉子開始減速。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）意味著轉子將無法返回同步狀態。

　　表明加速面積之所以超過減速面積是因為機械功率始終很高，那么減少機械功率就能減少加速面積、加減速面積。

　　表示發生失步時，使機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定。應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的等效電抗和發電機暫態電勢，所以通過改變發電機暫態電勢就可以改變功角特性的幅值，在這里采用Bang―Bang勵磁控制來實現。中，當發電機到達G點時，勵磁電壓切換到負的最大值來快速減小發電機暫態電勢和功角特性的幅值，從而使加速面積從勵磁電壓與汽門均保持不變時的F-GH'-/-J（）減小到F-GH/；當發電機到達/點時，勵磁電壓切換到正的最大值以便快速加發電機暫態電勢和功角特性的幅值，使減速面積由勵磁電壓與汽門均保持不變時的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點時，總的減速面積等于總的加速面積，轉子擺動由此向/點運動，發電機轉子不會進入第二搖擺并重新建立穩定。

　　2協調控制器的設計21數學模型及勵磁控制設計141單機無窮大系統等值電路如所示。假設發電機采用經典三階模型。單機無窮大系統勵磁控制的數學模型為一1度量；為系統同步角速度；D為發電機阻尼系數；H為發電機組轉子的慣性時間常數；Uf為勵磁設備的控制電壓；T.'為發電機勵磁繞組時間常數；E/為發電機q軸暫態電勢；Pm為發電機機械功率；Pe為發電機輸出的電磁功率，得量；Xd為發電機d軸電抗；xq為發電機q軸電抗；xd'為發電機d軸暫態電抗。

　　按照非線性PID控制，勵磁控制電壓的非線性反饋補償規律Uf可表示為按照構成Bang-Bang控制的要求，最終的控制器為2.2快關汽門控制器的設計141假設汽輪發電機組蒸汽調節系統具有中間再熱器，正常工作情況下，繼電器常開接點r斷開，中壓調節汽門快關控制器由于輸出信號被切斷，不起任何作用；在電力系統發生故障后，反映故障的繼電器被啟動，常開接點r閉合，中壓調節汽門受控于中壓缸快關控制器，產生通常所說的“快關控制”作用。

　　為簡化問題的分析，將中、低壓缸系統等效為一個慣性環節，并以Tml、CPml分別表示其等效時間常數、等效功率分配系數和等效輸出機械功率。Cml=Cm-Cl其中Cm、Cl分別為中、低壓缸所對應的功率=Pm+Pl，其中Pm、Pl分別表示中、低壓缸輸出的機械功率。同時，不計汽門調節系統中的限幅環節，并且由于電力系統機電暫態過程所經歷的時間一般遠小于中間再熱器的時間常數，不考慮再熱器壓力變化對中、低壓缸輸出功率的影響，即認為再熱器輸出為恒定，原動機總的輸出功率Pm為高壓缸輸出功率PH與中、低壓缸輸出的機械功率PmL之和，即Pm=Ph+Pm：。

　　由于高壓缸和中低壓缸油動機時間常數T%、TMg與蒸汽容積時間常數Th、Tml的數值均較小，約為0. 4s左右，可進一步將汽門調節系統的數學模型簡化，分別用一個慣性環節去近似高壓主汽門調節系統和中低壓快關汽門控制系統，其慣性時間常數分別為The=在研究快關汽門控制問題中，假定在勵磁控制器的作用下，發電機在整個動態過程中保持q軸暫態電勢Eq'恒定，單機無窮大系統汽輪發電機組汽門控制系統的數學模型為節中、低壓缸時，C=Cml）；T*等效時間常數（只調節高壓缸時，T=ThE；只調節中、低壓缸時，T=Tm2）；Pmx*調節系統對應的機械功率（只調節高壓缸；只調節中、低壓缸時，Pmx=PML）。

　　同樣按照非線性PID控制，快關汽門的非線性反饋控制規律Um可表示為2.3協調控制邏輯的設計采用非線性PID設計快關汽門和勵磁控制器之后，按照上面所述的原理進行協調控制，調整非線性PID勵磁控制器的參數使之類似Bang-Bang控制。

　　協調控制邏輯的設計原則為：當快關汽門動作完勵磁電壓的符號取決于轉子搖擺的方向以及發電機是趨向于同步還是趨向于失步。

　　當轉子向前搖擺、發電機趨向于失步時，勵磁控制為取負的最大值；在發電機趨向于同步時，勵磁電壓切換至正的最大值。

　　當角速度偏差改變符號（<3），并且發電機開始進入同步狀態，Bag―Bag勵磁控制終止，勵磁電壓改由常規的AVR+PSS進行控制。同時在發電機趨向同步狀態過程中，協調控制邏輯給出信號，在關閉了大約Is左右之后，打開汽門恢復到正常運行狀態。

　　3數值仿真分析在F點發生三相短路故障，t=0.15s故障消除。仿真結果如所示。

　　從中可以看出，在快關汽門以及勵磁控制器協調控制的作用下，在故障后轉子搖擺很快消失，發電機重新恢復同步運行狀態，體現了優越的控制品質和性能。同時可以看出汽門的打開恢復過程很緩慢，但在電液調節器的作用下可以很可靠地實現快關，并且在協調控制的過程中起到了主要作用。勵磁電壓采用了近似Bang穩定。

　　通過勵磁控制與快關汽門控制的協調作用，使電廠在故障發生后不必切機但仍然能與系統保持同步，簡單且易于實現。當某個電廠遇到將要失去穩定的危險時刻，這種協調型控制器能夠代替事故后切機的做法。仿真分析表明了其有效性，在一個或至多兩個非同步周期后，就能使發電機重新回到同步運行狀態。

　　朱發國。非線性PID及其在發電機組控制中應用的研究。哈爾濱工業大學博士論文。1999：邱宇（1969-），工程師，博士研宄生；主要研宄方向為電力系統暫態穩定分析與控制。