500MW汽輪機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 500MW汽輪機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)汽輪機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間：2013.12.16 12.31 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動化本科生課程設(shè)計(jì)（論文）注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)班級

2、 課程設(shè)計(jì)題目500MW汽輪機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)要求1.確定勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)的原理接線圖。2.說明各個(gè)環(huán)節(jié)作用及系統(tǒng)的工作原理。3.根據(jù)總接線圖，列寫勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖。4列寫勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，繪制傳遞函數(shù)框圖，并在空載點(diǎn)對傳遞函數(shù)進(jìn)行線性化，采用 PID 控制，確定 PID 控制參數(shù)。5根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)性能。6對結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)?；緟?shù)及要求：1 發(fā)電機(jī)容量 500MW，功率因數(shù) 0.8，定子額定電壓 20KV，空載額定轉(zhuǎn)子電壓220V。2 要求電壓調(diào)差系數(shù)在15%范圍內(nèi)可調(diào)。3 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) 2，不小于

3、12 秒4 調(diào)壓精度，機(jī)端電壓靜差率小于 1.0。5 自動電壓調(diào)節(jié)范圍：90110。6 起動升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于 10。 進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。 （1 天）2、確定勵(lì)磁方式，設(shè)計(jì)勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)接線圖。 （3 天）3、建立勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖。 （2 天）4、繪制傳遞函數(shù)框圖，對傳遞函數(shù)進(jìn)行線性化，確定 PID 控制參數(shù)。 （1 天）5、對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)性能。 （2 天）6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘 要在電力系統(tǒng)運(yùn)

4、行中，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)對于維持發(fā)電機(jī)端電壓、分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無功分配、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面起著重要的作用。并且，勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要組成部分，在保證電能質(zhì)量、無功功率合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面起著十分重要作用。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器是同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，本文采用了 PID 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 500MW 汽輪機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)，PID 控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。本設(shè)計(jì) 進(jìn)行了模糊自調(diào)整 PID 控制設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng) PID 控制非線性差、對模型要求高的缺點(diǎn),并深入

5、進(jìn)行了基于免疫算法的模糊 PID 控制設(shè)計(jì),把生物學(xué)中的細(xì)胞免疫原理用于模糊 PID 控制器中，加強(qiáng)了控制器的自我校正能力，自適應(yīng)能力，提高了控制精度和速度。關(guān)鍵詞：勵(lì)磁；Matlab 仿真；PID 控制本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I目 錄第 1 章 緒論.11.1 勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)概況 .11.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 .1第 2 章 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì).32.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)功能 .32.2 勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 .32.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)測量比較單元電路設(shè)計(jì) .42.3.1 電壓的測量.52.3.2 比較整定 .52.3.3 比較整定電路的整定 .6第 3 章 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立.73.1 他勵(lì)直流

6、勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)建立 .73.2 勵(lì)磁器各單元的傳遞函數(shù) .83.2.1 電壓測量比較單元.83.2.2 綜合放大單元.83.2.3 功率放大單元.93.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) .93.4 同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù) .10第 4 章 PID 控制與系統(tǒng)的仿真分析.114.1 系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計(jì) .114.2 系統(tǒng)性能的分析 .12第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).13參考文獻(xiàn).14本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論1.1 勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)概況同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵(lì)磁電流；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則

7、控制勵(lì)磁功率單元的輸出。整個(gè)勵(lì)磁自動控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個(gè)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)主要作用是為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供直流電流，并且勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通過控制勵(lì)磁電壓及勵(lì)磁電流，擔(dān)負(fù)著對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制和保護(hù)功能。按提供勵(lì)磁功率的方式, 勵(lì)磁系統(tǒng)分為他勵(lì)和自勵(lì)兩種形式，前者的勵(lì)磁功率取自與發(fā)電機(jī)同軸的勵(lì)磁發(fā)電機(jī),后者的勵(lì)磁功率由發(fā)電機(jī)定子提供。對目前存在的自勵(lì)系統(tǒng),其勵(lì)磁功率是由同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓, 再由可控硅相控整流器整流后向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電壓, 在線檢測機(jī)端電壓和負(fù)載電流,按照一定的規(guī)律來調(diào)節(jié)相控整流器的控制角,以滿足系統(tǒng)的增、減磁的需要。電

8、機(jī)勵(lì)磁控制是保證發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和改善電力系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的一項(xiàng)基本措施。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁提出了更高的要求。除了維持發(fā)電機(jī)電壓水平，合理分配并聯(lián)機(jī)組的無功功率外，還要求勵(lì)磁控制系統(tǒng)能對電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定及暫態(tài)穩(wěn)定起作用。國內(nèi)外的研究和實(shí)踐證明，勵(lì)磁控制系統(tǒng)不僅能提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行極限，而且通過附加控制，能抑制低頻振蕩和次同步振蕩，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有顯著效果。1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理設(shè)計(jì)了500MW汽輪機(jī)組勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)已經(jīng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響發(fā)電機(jī)和整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性。勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載電流、功率因數(shù)

9、、端子電壓的變化而自動調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，達(dá)到保持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓穩(wěn)定的目的。勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性對電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。隨著發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)技術(shù)的逐漸完善，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多種形式，自并勵(lì)勵(lì)磁就是其中的一種。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)成本低、故障率低、維護(hù)方便等很多優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞。當(dāng)然，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)還有很多問題需要解決，出于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用前景，最近一段時(shí)間，本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)成為研究的熱點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)基本參數(shù)達(dá)到如下要求：1、水輪發(fā)電機(jī)容量 500MW，功率因數(shù) 0.8，定子額定電壓 20KV，空載額定轉(zhuǎn)電壓 220V。2 、要求電壓調(diào)差系數(shù)在15%范圍內(nèi)可調(diào)。

10、3 、強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) 2，不小于 12 秒。4 、調(diào)壓精度，機(jī)端電壓靜差率小于 1。5 、自動電壓調(diào)節(jié)范圍：90110。6 、起動升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于 10。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3第 2 章 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)功能勵(lì)磁控制器、勵(lì)磁功率單元和同步發(fā)電機(jī)共同組成的反饋系統(tǒng)即是勵(lì)磁控制系統(tǒng)。勵(lì)磁功率單元負(fù)責(zé)向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁或交流勵(lì)磁電流；勵(lì)磁控制器負(fù)責(zé)根據(jù)檢測到的發(fā)電機(jī)的電壓、電流或其他狀態(tài)量的輸入信號，按照給定的勵(lì)磁控制準(zhǔn)側(cè)自動調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元的輸出。根據(jù)運(yùn)行方面的要求，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)任務(wù)：1.電壓調(diào)節(jié)：在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，同步發(fā)電機(jī)電壓會隨負(fù)荷波動而

11、變化，這就要求發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平。2.控制無功功率分配：在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，大多數(shù)發(fā)電機(jī)呈并列運(yùn)行，為保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和無功的合理分布，需要對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)控，以保證并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無功功率的合理分配。3.提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性：在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，由于各種因素，電網(wǎng)可能遭受干擾，在擾動后，發(fā)電機(jī)組需要恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)或過渡到一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)，這需要對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)，以期盡快恢復(fù)。2.2 勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案發(fā)電機(jī)處于正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)電壓；發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前無法提供勵(lì)磁電流，所以發(fā)電機(jī)起勵(lì)時(shí)要外加起勵(lì)電源。為了

12、提高起勵(lì)電源的可靠性，一般選用廠用交流電和直流蓄電池兩種方式共同供電，其中，廠用交流電需經(jīng)過降壓整流后，供給勵(lì)磁繞組進(jìn)行起勵(lì)。當(dāng)程序判斷出機(jī)端電壓達(dá)到額定電壓時(shí)此值可在線修改，自動發(fā)出一個(gè)控制信號，斷開接觸器，切斷起勵(lì)電源，進(jìn)入正常調(diào)節(jié)升壓。采集系統(tǒng)采集的模擬量應(yīng)包括發(fā)電機(jī)端電壓、電網(wǎng)瞬時(shí)電壓、定子電流、勵(lì)磁電壓以及勵(lì)磁電流。各電壓互感器、電流互感器所得交流信號，勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流經(jīng)隔離后，進(jìn)入模擬量輸人通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由主控系統(tǒng)濾波處理后，本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4經(jīng)過均方根算法，計(jì)算出機(jī)端電壓、系統(tǒng)電壓、定子電流的有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)以及勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓的平均值，這些狀態(tài)

13、反饋信號數(shù)據(jù)供控制器進(jìn)行計(jì)算和分析使用，同時(shí)將 A 相電壓經(jīng)同步方波變換電路得到同步信號，供頻率檢測和同步脈沖觸發(fā)使用。為了保證控制調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性，程序在計(jì)算模塊中首先對采集到的最新模擬量進(jìn)行計(jì)算，按照控制算法推算出三相全控橋的移相觸發(fā)角，然后將此觸發(fā)角換算為定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，到達(dá)定時(shí)值時(shí)利用 DSP 芯片上的電機(jī)控制 PWM 模塊產(chǎn)生控制脈沖，此脈沖經(jīng)隔離和功率放大后去觸發(fā)三相全控橋，來控制勵(lì)磁電流的大小。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的測量值低于給定值時(shí)，增大勵(lì)磁電流，使機(jī)端電壓上升；反之，減小勵(lì)磁電流，從而達(dá)到控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和無功功率的目的。控制器還將根據(jù)現(xiàn)場輸人的操作和狀態(tài)信號進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)

14、現(xiàn)各種運(yùn)行方式所需的勵(lì)磁調(diào)節(jié)和限制、保護(hù)、檢測、故障判斷等功能。PT2PT1傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳CT1傳傳傳傳ADC傳傳ADC傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳PWM傳傳傳傳 I/O傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳圖 2.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)測量比較單元電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的測量比較單元的作用是測量發(fā)電機(jī)端電壓并變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓的偏差信號。測量比較單元由電壓測量、比較整定環(huán)節(jié)組成。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）52.3.1 電壓的測量電壓測量的是將機(jī)端三相電壓經(jīng)過變壓器降壓、橋式整流整流、濾波后轉(zhuǎn)換成的

15、直流電壓。如圖2.2所示，三相電壓由變壓器左端輸入，經(jīng)過兩個(gè)變壓器變壓之后，降壓后的三相電壓分別送至三相橋式整流器整流成直流電壓，再經(jīng)RC濾波器濾波后，得到正比于機(jī)端電壓的直流電壓。116A215B314CA0A1A2A0A1A2A0A1A2圖 2.2 電壓測量環(huán)節(jié)原理圖2.3.2 比較整定經(jīng)電壓測量環(huán)節(jié)輸出的正比于機(jī)端電壓的直流電壓通過運(yùn)算放大器與來自Use電壓整定器的給定電壓進(jìn)行比較，取得偏差信號，送綜合放大單元。在這里，RP運(yùn)放輸出即為電壓偏差信號,如圖2.3所示。Ude-15VUseUde圖 2.3 比較整定電路原理圖從測量整流電路來的電壓正比于發(fā)電機(jī)電壓,作為加法器的一個(gè)輸入量，Us

16、eUG本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6加法器的靈兩個(gè)輸入量是比較整定電路的整定電壓，其中是取自穩(wěn)壓管VZ的UVZ1恒定負(fù)電壓，是可變的整定電壓。先考慮前兩個(gè)輸入量，若該兩路運(yùn)放的閉UVZ2環(huán)放大倍數(shù)分別為,則比較整定電路輸出電壓為：Kc1KC2=（-）UdeKc1UseKC2UVZ1上式中第一項(xiàng)為隨機(jī)發(fā)電機(jī)端電壓而變化的量，第二項(xiàng)是一恒定量。2.3.3 比較整定電路的整定當(dāng)整定電壓隨變化時(shí)，而固定電壓與調(diào)壓器最小整定電壓值有關(guān)。UVZ2UVZ1具體調(diào)節(jié)如下： 電位器用作電壓調(diào)節(jié)范圍整定，其阻值減小，電壓調(diào)節(jié)范圍增加；其阻值R8增加，電壓調(diào)節(jié)范圍減小。當(dāng)最小電壓整定后，調(diào)節(jié)范圍的大小決定了發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓

17、的上限。整定時(shí)，置給定電壓為最大值，模擬輸入機(jī)端電壓為預(yù)定上限電壓，調(diào)節(jié)，AJ的輸出為0V。電位器用最下電壓整定，其阻值減小，發(fā)電機(jī)R8R5運(yùn)行電壓下限降低；阻值增加，運(yùn)行電壓下限升高。整定時(shí)只有固定部分經(jīng)輸R9入運(yùn)放，變動部分五輸入，模擬輸入機(jī)端電壓為預(yù)定下限電壓，調(diào)節(jié)使AJ輸入R5為0V。電位器用作運(yùn)算放大器AJ的增益系數(shù)的調(diào)整。增益范圍110倍。R14電壓整定器主要用作電壓水平的給定和調(diào)整，由微型控制電機(jī)和可調(diào)電位器構(gòu)成。電位器與控制電機(jī)同軸，電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)便帶動電位器的滑動觸電移動，達(dá)到改變給定電壓的目的。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7第 3 章 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立3.1 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳

18、遞函數(shù)建立 圖 3.1 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)框圖如圖3.1所示，圖中，分別為勵(lì)磁機(jī)輸出電壓和他勵(lì)繞組的輸入電壓。uEuEE他勵(lì)繞組的電壓平衡方程為：=+uEEiREEEdLdEEtE當(dāng)不計(jì)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的內(nèi)電動勢與磁鏈成正比，近似地認(rèn)為勵(lì)磁機(jī)e電壓正比于。他勵(lì)電流和的關(guān)系取決于勵(lì)磁機(jī)的飽和特性曲線，不uEEiEEuE計(jì)飽和時(shí)為一條曲線。根據(jù)上述情況有下列關(guān)系：=KuEE一、不計(jì)飽和時(shí)：=K=uEiEELEEG1iEE 函數(shù)為：G(s)=(勵(lì)磁系統(tǒng)不計(jì)飽和的傳遞函數(shù))()(ssuuEEEsTE11二、計(jì)飽和時(shí)定義飽和函數(shù)為：=SEIIIBBA本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8 傳遞函數(shù)為 ：G(s

19、)=)()(ssuuEEESKTEEEs,1所以，他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)框圖如圖3.2.在圖中考慮了勵(lì)磁機(jī)端電壓與其對應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電動勢的換算關(guān)系。uEEde圖 3.2 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)規(guī)格化框圖3.2 勵(lì)磁器各單元的傳遞函數(shù)3.2.1 電壓測量比較單元電壓測量比較單元由測量變壓器、整流濾波電路及測量比較電路組成。其時(shí)間常數(shù)主要取決濾波的參數(shù)。TR測量比較電路的傳遞函數(shù)可用下式表示=)(sGR)()(ssUUGdesTKRR13.2.2 綜合放大單元綜合放大單元、移相觸發(fā)單元可以合并且近似地當(dāng)作一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。放大倍數(shù)為,時(shí)間常數(shù)為。他們的合成函數(shù)是:KATA =)(sGAsTKAA1本科

20、生課程設(shè)計(jì)（論文）93.2.3 功率放大單元勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的功率放大單元是晶閘管整流器。晶閘管整流元件工作是斷續(xù)的，而晶閘管的這一斷續(xù)控制現(xiàn)象就有可能造成輸出平均電壓滯后于觸發(fā)器控ud制電壓信號。滯后時(shí)間為。TZ3.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)求得勵(lì)磁控制系統(tǒng)各單元的傳遞函數(shù)后，可組成勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，如圖3.3所示，在圖中，如果采用G(s)表示前向傳遞函數(shù)，H（s）表示反饋傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為=)()(ssUUREFG)()(1)(sHsGsG為簡化起見，忽略勵(lì)磁機(jī)的飽和特性和放大器的飽和限制，則可得：G（s）=ssSTTKTKKdEEAGA,01 )(1 (H(s)=STK

21、RR1圖 3.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖所以：=)()(ssUUREFGKKKTTTKTTKKRGARdEEARGAsss)1)(1)()(1 ()1 (,0本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10上式為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。3.4 同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)由于同步發(fā)電機(jī)傳遞函數(shù)的復(fù)雜，并且只研究發(fā)電機(jī)空載時(shí)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，則可對發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行簡化。由于在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，發(fā)電機(jī)電壓不會經(jīng)歷大的變化，而可以不考慮它的飽和特性，并且發(fā)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)可以簡化為用一階慣性元件的特性來表示。因此，發(fā)電機(jī)端電壓的穩(wěn)態(tài)幅值被認(rèn)為與其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓成正比。其空載時(shí)的時(shí)間常數(shù)為，用表示發(fā)電機(jī)的放大系數(shù)，得同

22、0dTGK步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為： 01GGdKGsT s本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11第 4 章 PID 控制與系統(tǒng)的仿真分析4.1 系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計(jì)PID 閉環(huán)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的仿真圖如圖 4.1 所示,發(fā)電機(jī)容量 500MW，功率因數(shù) 0.8，定子額定電壓 20KV，空載額定轉(zhuǎn)子電壓 220V，要求電壓調(diào)差系數(shù)在15%范圍內(nèi)可調(diào)，自動電壓調(diào)節(jié)范圍在 90110，起動升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于 10。6Out65Out54Out43Out32Out21Out1v+-ABCABCABCABCabcABCABCVf_mABCPmStepScope5Scope4Scope3Scope2Scope1S

23、copeQIDVendorMajorSubLimit1Gaini+-i+-i+-1Constant11Constant圖 4.1 PID 閉環(huán)勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真圖02468101214161800.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (sec)Amplitude圖 4.2 PID 控制階躍輸入響應(yīng)曲線本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12-80-60-40-2002040Magnitude (dB)10-310-210-1100101102-180-135-90-450Phase (deg)Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 52.3 deg (at 1.7 rad/sec)Frequency (rad/sec)圖 4.3 控制系統(tǒng)伯德圖4.2 系統(tǒng)性能的分析從以上仿真結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓變化反應(yīng)靈敏。閉環(huán)勵(lì)磁控制能很好的保持發(fā)電機(jī)輸出側(cè)電壓的恒穩(wěn)運(yùn)行。隨著電網(wǎng)無功功率需求的變化，必然導(dǎo)致電網(wǎng)電壓發(fā)生波動。而同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)除了保證發(fā)電機(jī)正常勵(lì)磁外，對穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、保持電網(wǎng)無功功率的平衡有很好的調(diào)節(jié)作用。該系統(tǒng)盡管在調(diào)試時(shí)會遇到麻煩，增加了系統(tǒng)的調(diào)試難度，但同時(shí)大大縮短了系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量，即提高了系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)。本