对于某些稳定裕度较小的电厂来说，任何发生的故障都可能会导致电厂中某些或所有的发电机失去同步。对于一个给定的故障，保证系统不会发生失步的最长故障持续时间叫做临界切除时间。实际的切除时间如果大于此值，就会导致系统失去同步。在电厂中，故障后为了防止某些发电机与系统中其他的发电机发生失步，都会切除一定数量的发电机。在故障切除之后，这些发电机将试图重新与系统建立同步，这一过程至少需要几分钟的时间（通常会需要更长的时间）。在这个过程中电力系统中将要出现一个供电与用电的赤字，需要经过一系列的频率与负载控制来平衡。如果考虑到某些己经冷却下来的锅炉需要再热，重新建立由于计算机组的转子引风斗采用了新工艺，转子与定子的间隙减小，发电机额定励磁电流小于考核机组。因此计算机组的电压响应时间应小于考核机组，计算值0.55s应偏大，可推论计算值应该偏大。

　　4结论（1）在励磁调节器的放大系数足够大时，本文的计算值是电压响应时间的最大值，实际响应时间小于计算值。

　　（2）在满足高起始励磁系统的条件下，可合理选择可控硅的最小控制角，使机端电压的超调量减小，满足电网对机组的瞬态特性要求。

　　同步所需要的时间将更长。

　　的协调作用，使电厂在故障发生后不必切机但仍然能与系统保持同步的方法。其中励磁控制与快关汽门控制都采用具有很强适应性的非线性PID来设计。

　　1协调控制的原理如果电力系统中发生了故障，电厂中的某些发电机失去同步，发电机的转子速度高于同步速度。汽轮机控制系统就要关闭汽门来降低机械功率，机械功率的降低将有利于重新建立同步。此外如果同步功率很大，也就是说励磁水平很高，也有利于重新建立同步。

　　总之，较低的机械功率与较大的同步功率都有利于重新建立稳定|3.为了更快和更有效地促进稳定，有必要利用多种控制器的协调作用，例如励磁控制与快关汽门控制。

　　是系统失去同步的示意图。正常情况下系统运行于A点，短路故障的发生降低了电气功率，使系统运行于B点。此时，功角特性由较低的曲线所示，机械功率大于电气功率，使转子加速，故障切除时到达C点。转子具有过剩的运行能量，相当于图中A-BOD所围成的面积，即加速面积。加速面积大于最大的减速面积（图中D-EF所围成的面积）从而转子进入失步运行状态。

　　当转子经过F点，由于机械功率大于电气功率，转子仍然处于加速状态。到下一个平衡点J之前，机械功率始终大于电气功率，转子所获得的第二部分加速能量用来表示。越过J点后电气功率大于机械功率，转子开始减速。减速面积的总和（即DEF与J-K'-L之和）小于加速面积的总和（即A-BC-D与之和）意味着转子将无法返回同步状态。

　　表明加速面积之所以超过减速面积是因为机械功率始终很高，那么减少机械功率就能减少加速面积、加减速面积。

　　表示发生失步时，使机械功率快速减小到零，从而减小加速面积，但是总的加速面积仍然超过总的稳定。应该通过改变功角特性的幅值来加减速面积，以便平衡加速面积。

　　功角特性的幅值取决于系统的等效电抗和发电机暂态电势，所以通过改变发电机暂态电势就可以改变功角特性的幅值，在这里采用Bang―Bang励磁控制来实现。中，当发电机到达G点时，励磁电压切换到负的最大值来快速减小发电机暂态电势和功角特性的幅值，从而使加速面积从励磁电压与汽门均保持不变时的F-GH'-/-J（）减小到F-GH/；当发电机到达/点时，励磁电压切换到正的最大值以便快速加发电机暂态电势和功角特性的幅值，使减速面积由励磁电压与汽门均保持不变时的JK'-L（）加到/K-M这样，总的减速面积为DEF加上/K-M总的加速面积为A-B-CD加上FGH-/，总的减速面积超过了总的加速面积，到N点时，总的减速面积等于总的加速面积，转子摆动由此向/点运动，发电机转子不会进入第二摇摆并重新建立稳定。

　　2协调控制器的设计21数学模型及励磁控制设计141单机无穷大系统等值电路如所示。假设发电机采用经典三阶模型。单机无穷大系统励磁控制的数学模型为一1度量；为系统同步角速度；D为发电机阻尼系数；H为发电机组转子的惯性时间常数；Uf为励磁设备的控制电压；T.'为发电机励磁绕组时间常数；E/为发电机q轴暂态电势；Pm为发电机机械功率；Pe为发电机输出的电磁功率，得量；Xd为发电机d轴电抗；xq为发电机q轴电抗；xd'为发电机d轴暂态电抗。

　　按照非线性PID控制，励磁控制电压的非线性反馈补偿规律Uf可表示为按照构成Bang-Bang控制的要求，最终的控制器为2.2快关汽门控制器的设计141假设汽轮发电机组蒸汽调节系统具有中间再热器，正常工作情况下，继电器常开接点r断开，中压调节汽门快关控制器由于输出信号被切断，不起任何作用；在电力系统发生故障后，反映故障的继电器被启动，常开接点r闭合，中压调节汽门受控于中压缸快关控制器，产生通常所说的“快关控制”作用。

　　为简化问题的分析，将中、低压缸系统等效为一个惯性环节，并以Tml、CPml分别表示其等效时间常数、等效功率分配系数和等效输出机械功率。Cml=Cm-Cl其中Cm、Cl分别为中、低压缸所对应的功率=Pm+Pl，其中Pm、Pl分别表示中、低压缸输出的机械功率。同时，不计汽门调节系统中的限幅环节，并且由于电力系统机电暂态过程所经历的时间一般远小于中间再热器的时间常数，不考虑再热器压力变化对中、低压缸输出功率的影响，即认为再热器输出为恒定，原动机总的输出功率Pm为高压缸输出功率PH与中、低压缸输出的机械功率PmL之和，即Pm=Ph+Pm：。

　　由于高压缸和中低压缸油动机时间常数T%、TMg与蒸汽容积时间常数Th、Tml的数值均较小，约为0. 4s左右，可进一步将汽门调节系统的数学模型简化，分别用一个惯性环节去近似高压主汽门调节系统和中低压快关汽门控制系统，其惯性时间常数分别为The=在研究快关汽门控制问题中，假定在励磁控制器的作用下，发电机在整个动态过程中保持q轴暂态电势Eq'恒定，单机无穷大系统汽轮发电机组汽门控制系统的数学模型为节中、低压缸时，C=Cml）；T*等效时间常数（只调节高压缸时，T=ThE；只调节中、低压缸时，T=Tm2）；Pmx*调节系统对应的机械功率（只调节高压缸；只调节中、低压缸时，Pmx=PML）。

　　同样按照非线性PID控制，快关汽门的非线性反馈控制规律Um可表示为2.3协调控制逻辑的设计采用非线性PID设计快关汽门和励磁控制器之后，按照上面所述的原理进行协调控制，调整非线性PID励磁控制器的参数使之类似Bang-Bang控制。

　　协调控制逻辑的设计原则为：当快关汽门动作完励磁电压的符号取决于转子摇摆的方向以及发电机是趋向于同步还是趋向于失步。

　　当转子向前摇摆、发电机趋向于失步时，励磁控制为取负的最大值；在发电机趋向于同步时，励磁电压切换至正的最大值。

　　当角速度偏差改变符号（<3），并且发电机开始进入同步状态，Bag―Bag励磁控制终止，励磁电压改由常规的AVR+PSS进行控制。同时在发电机趋向同步状态过程中，协调控制逻辑给出信号，在关闭了大约Is左右之后，打开汽门恢复到正常运行状态。

　　3数值仿真分析在F点发生三相短路故障，t=0.15s故障消除。仿真结果如所示。

　　从中可以看出，在快关汽门以及励磁控制器协调控制的作用下，在故障后转子摇摆很快消失，发电机重新恢复同步运行状态，体现了优越的控制品质和性能。同时可以看出汽门的打开恢复过程很缓慢，但在电液调节器的作用下可以很可靠地实现快关，并且在协调控制的过程中起到了主要作用。励磁电压采用了近似Bang稳定。

　　通过励磁控制与快关汽门控制的协调作用，使电厂在故障发生后不必切机但仍然能与系统保持同步，简单且易于实现。当某个电厂遇到将要失去稳定的危险时刻，这种协调型控制器能够代替事故后切机的做法。仿真分析表明了其有效性，在一个或至多两个非同步周期后，就能使发电机重新回到同步运行状态。

　　朱发国。非线性PID及其在发电机组控制中应用的研究。哈尔滨工业大学博士论文。1999：邱宇（1969-），工程师，博士研宄生；主要研宄方向为电力系统暂态稳定分析与控制。