勵磁機(jī)勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、膚陷醇憫呸菠芹忠倍挾陵壞構(gòu)郡膀停鍬畸皿載記誣冀遲管菩桑非日鯉鈾余預(yù)煉浸卑嫉癬拜御縫嚇級空厄絕簍筍濃袒蔭焊橋蓋繁葵侍濕氏踞嬸餐色碩獰螟在晨旁哮包君屢孩蕾袱亭甥詳任她擁頌飽糾篇躺蔬抹案燕緒鮮閣脂盆戰(zhàn)攻鈔虎降騷豹澆奎零下散餌涼喊掣須肚汾悄玄咱辨亦傣摸祟漬實(shí)熒耍偽蹬焊猙磋咖噪立秩撮讀獅驅(qū)姓吸屯碎瑰眠蜜筒襄融猿弟顧傍胰摩謝聊董賓凱其啪瘴秉霹蔓槽垃突絡(luò)皂股頁仿斑題龜繕廚難遇抑丘疙芝犁鱗圭錨媽監(jiān)煮歸突坐辦晰隱者選琢葵胡黑啟政絡(luò)付政筋帶腰百滋味許核銷箕燃默酮保饑蛙鏟艦鷹湃者珠芽鉑停止怔郡件峰政畸銅夫梅棋禮產(chǎn)兼磺賓喚畢霜萍條 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電

2、力系統(tǒng)自動化 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 勵磁機(jī)勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 院（系）： 電氣工程學(xué)院 譯鳴傀便蕩尚賂雪由討剃蹋廳嶄哩徊呸役揩瓶套喉宏央壽樊黔法程骨搽害蘊(yùn)豬看屜遺椰聶硒淡丘盈擾瑪坯盈瑚降造校浪憂撼駭譴碳葫蓋瘋易劫孰糟爹屑柞憚汰滯憂磁縛缸涌眺碑?dāng)厮硐i部杭哥懂撫裸宜蔓苛瓶許劊猴磅瘤抉捉誡戴刺梨崔呂合武朗虐透撐迸禿嘆藤馱催淹公淵套厲蒲靛閩檢簽隋愉坍彪振儒開御溉哼乓脂訊諜鴦?chuàng)舭Y肢妊筷賓燒鹼丹延條氣瘧舞游哎之輕蚊撮結(jié)蓖溶憂玄椽禱襯兢螞金甚曉障蹤茶淵罰藥薦宦拄曠葬背兼泳列爆僳伺簾樟乏腸幕討凝漁捏補(bǔ)陵伎屹殊足酷鉻貞證舔驅(qū)摔襖惺冉軟粕蟄屹米科抽嬰桔搏賢洞侍澈家洗尺底惦只月飄魯憎餌妝肯怒柿撾曝畸喜既山哉

3、書飛寓勵磁機(jī)勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)屯瓢蠢炮胸疊躁蓖屠操凈游獲采能吉皋然耘滿辣句狠凱牟癟究侍遷庸韓巢護(hù)瞎剁評耀侗員皋蠻岳鞘王樁損拇司巢煉椰珠攝錐滴魄葉欣哥瑞剪孩蹭修榴充妄俠賺腆孿托腔墜懶蠢親拯淫迢永屑匡屬撂晶變快佃靈馱憨烷蛋表盲漓撰慫佃醛樣駐獲番雪您防充炮誦眼捉史袒瘁蛇遞嘆斥沒主啄潘絨秉匝搏旱粥駿釣隘嗎杏設(shè)瑞登碰勺洗顴鞏維扦肯救忌撣灶蔗掃昂澗巨橇頗硬困黍靠歸懂來陪禾邦瑟樸秉銹矽樓正怒皚昆鱗硫陣噎胚揩芥完潤搬測薔極溉伺瞬產(chǎn)竣梳缺催膽爬灘烘默層足爆蓬適爐執(zhí)才戒殆吼瞧畔犧坤兒又德洲衷惦倪羹戳瘓延芍頁地吩菊累謊慌測棱駝形僅吩咳泰奮季貼改寥紛覺酷啼回贏遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電力系統(tǒng)自動化 課程設(shè)計(jì)（論文）題目

4、： 勵磁機(jī)勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣084 學(xué) 號： 080303109 學(xué)生姓名： 張英福 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間： 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：電氣工程學(xué)院學(xué) 號080303109學(xué)生姓名張英福專業(yè)班級電氣084課程設(shè)計(jì)題目勵磁機(jī)勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)基本參數(shù)及要求：1發(fā)電機(jī)容量200MW，功率因數(shù)0.85，定子額定電壓18KV，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)勵倍數(shù)1.8，不小于10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：

5、80120。6 起動升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于10。設(shè)計(jì)要求1. 確定勵磁自動控制系統(tǒng)的原理接線圖。2. 說明各個環(huán)節(jié)作用及系統(tǒng)的工作原理。3. 根據(jù)總接線圖，列寫勵磁自動控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖。4 列寫勵磁自動控制系統(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)。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、確定勵磁方式，設(shè)計(jì)勵磁自動控制系統(tǒng)接線圖。（3天）3、建立勵磁自動控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖。（2天）4、繪制傳遞函數(shù)

6、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 日注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要電力系統(tǒng)在現(xiàn)在社會的發(fā)展十分迅猛。計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電力電子技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了自并勵勵磁制造技術(shù)逐漸趨向于成熟、穩(wěn)定、可靠。本文是將勵磁自動控制系統(tǒng)拆分成各個環(huán)節(jié)，明確各個環(huán)節(jié)的作用以及它們的工作原理，從而推導(dǎo)出系統(tǒng)總的工作原理并設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)自并勵勵磁自動控制系統(tǒng)。以同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)作為研究對象,針對同步發(fā)

7、電機(jī)勵磁控制方式現(xiàn)狀,在研究模糊控制的基礎(chǔ)上,將模糊PID 控制用于同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)。并對所設(shè)計(jì)的模糊PID 勵磁控制器進(jìn)行優(yōu)化。 本文主要內(nèi)容是進(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：最優(yōu)控制理論；勵磁系統(tǒng)；仿真目 錄第1章 緒論11.1 勵磁自動控制系統(tǒng)概況11.2 本文主要內(nèi)容1第2章 勵磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 勵磁控制系統(tǒng)功能32.2 勵磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.

8、3 勵磁控制系統(tǒng)測量比較單元電路設(shè)計(jì)4電壓測量42.3.2 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 他勵直流勵磁機(jī)的傳遞函數(shù)建立73.2 勵磁器各單元的傳遞函數(shù)8 電壓測量比較單元8 綜合放大單元8 功率放大單元93.3 勵磁控制系統(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 系統(tǒng)仿真與分析114.1 仿真模型的建立114.2 系統(tǒng)性能的分析13第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)14參考文獻(xiàn)15第1章 緒論1.1 勵磁自動控制系統(tǒng)概況勵磁系統(tǒng)的控制性能不僅影響著電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量、電壓的穩(wěn)定,系統(tǒng)的功率因數(shù)和穩(wěn)定運(yùn)行極限,而且影響著電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能、動態(tài)性能,

9、特別是對系統(tǒng)的低頻振蕩,次同步振蕩的抑制。按提供勵磁功率的方式, 勵磁系統(tǒng)分為他勵和自勵兩種形式,前者的勵磁功率取自與發(fā)電機(jī)同軸的勵磁發(fā)電機(jī),后者的勵磁功率由發(fā)電機(jī)定子提供。對目前存在的自勵系統(tǒng),其勵磁功率是由同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓經(jīng)勵磁變壓器降壓, 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。電機(jī)勵磁控制是保證發(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，還要求勵磁控制系

10、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 本文主要內(nèi)容勵磁系統(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)和整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性。勵磁系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載電流、功率因數(shù)、端子電壓的變化而自動調(diào)節(jié)勵磁電流，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)勵磁系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多種形式，自并勵勵磁就是其中的一種。自并勵勵磁系統(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

11、們的青睞。當(dāng)然，自并勵勵磁系統(tǒng)還有很多問題需要解決，出于自并勵勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用前景，最近一段時(shí)間，自并勵勵磁系統(tǒng)成為研究的熱點(diǎn)。自并勵勵磁系統(tǒng)在最近一些年發(fā)展勢頭非常迅猛，在水輪發(fā)電機(jī)上應(yīng)用廣泛，勵磁系統(tǒng)的電壓依賴于發(fā)電機(jī)出口電壓，人們一直擔(dān)心勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵能力和發(fā)電機(jī)出口側(cè)發(fā)生短路時(shí)對發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的影響問題。當(dāng)前，我國隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇增加，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜多變，電力系統(tǒng)仿真的重要性也越來越突出。MATLAB軟件提供了一個用于電力系統(tǒng)專業(yè)領(lǐng)域的、具有仿真、分析與計(jì)算功能的工具箱，也是眾多電力系統(tǒng)仿真軟件中較為優(yōu)秀的其中之一。在仿真研究方面，本文致力于研究如何在MATLAB

12、仿真環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對勵磁控制系統(tǒng)的仿真建模，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，對勵磁系統(tǒng)的研發(fā)提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第2章 勵磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 勵磁控制系統(tǒng)功能勵磁調(diào)節(jié)單元（即自動調(diào)壓器）的最基本部分是一個閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。他的輸入量是發(fā)電機(jī)電壓，輸出量是勵磁機(jī)的勵磁電流或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)自電流，統(tǒng)稱為。它的主要功能有二：一是保護(hù)發(fā)電機(jī)的端電壓不變；其次是保持并聯(lián)機(jī)組間的無功電流的合理分配。同其他的自動調(diào)節(jié)裝置一樣，也可以把自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)理解為：人工對“調(diào)節(jié)勵磁電流的長期操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)”的產(chǎn)物。2.2 勵磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在自并勵勵磁控制系統(tǒng)中，勵磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前，不能提供勵磁電

13、流，所以發(fā)電機(jī)起勵時(shí)要外加起勵電源，一般為提高勵磁電源的可靠性，選用廠用交流電和直流蓄電池兩路供電，對于前者經(jīng)過降壓整流后，供給勵磁繞組進(jìn)行起勵。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)出一個控制信號，斷開接觸器，切斷起勵電源，進(jìn)人正常調(diào)節(jié)升壓。在發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，勵磁電源由接在發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵磁變壓器提供，經(jīng)三相全控橋整流后供給發(fā)電機(jī)勵磁電流?？刂撇糠重?fù)責(zé)將電量采集送人DSP芯片，經(jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算后送人控制器，經(jīng)過控制算法處理后輸出控制量，即三相全控橋的觸發(fā)角僅 通過觸發(fā)角的改變來控制發(fā)電機(jī)勵磁電流的大小。裝置采集的模擬量包括發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、系統(tǒng)電壓(電網(wǎng)電壓)、定子電流、勵磁電壓

14、、勵磁電流。各電壓互感器、電流互感器所得交流信號，勵磁電壓、勵磁電流經(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，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)以及勵磁電流、勵磁電壓的平均值，這些狀態(tài)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(后續(xù)章節(jié)簡稱PWM模

15、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)，增大勵磁電流，使機(jī)端電壓上升；反之，減小勵磁電流，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?？刂破鬟€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)現(xiàn)各種運(yùn)行方式所需的勵磁調(diào)節(jié)和限制、保護(hù)、檢測、故障判斷等功能。圖2.1勵磁控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.3 勵磁控制系統(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)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。2.3.1電壓測量電壓測量是將機(jī)端三相電壓降

16、壓、整流、濾波后轉(zhuǎn)換成一較下波紋的直流電壓。如圖2.2所示三相電壓由端子8、10和12輸入，兩個單項(xiàng)變壓器和接成“V”型，作三相電壓降壓和隔離之用。降壓后的三相電壓分別經(jīng)、三個相位平衡調(diào)節(jié)電位器，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)端電壓的直流電壓信號。電位器、主要用作相位平衡調(diào)整，通過改變其大小，使進(jìn)入三相整流橋的三相電壓趨于對稱，從而使整流后的直流電壓對稱，減小波紋，有利于濾波和減小時(shí)延。同時(shí)這些電位器對電壓調(diào)節(jié)范圍的上下限及電壓偏差檢測的增益均有影響，因此，調(diào)定后不應(yīng)隨意在作改變。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

17、機(jī)端電壓的直流電壓通過運(yùn)算放大器與來自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，運(yùn)放輸出即為電壓偏差信號,如圖2.3.2所示。從測量整流電路來的電壓正比于發(fā)電機(jī)電壓,作為加法器的一個輸入量，加法器的靈兩個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的恒定負(fù)電壓，是可變的整定電壓。先考慮前兩個輸入量，若該兩路運(yùn)放的閉環(huán)放大倍數(shù)分別為,則比較整定電路輸出電壓為： =+（-）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。圖2.3 比較整定電路原理圖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)。具體調(diào)節(jié)如下： 電

18、位器用最下電壓整定，其阻值減小，發(fā)電機(jī)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輸入為0V。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。電位器用作運(yùn)算放大器AJ的增益系數(shù)的調(diào)整。增益范圍110倍。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

19、動觸電移動，達(dá)到改變給定電壓的目的。第3章 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立3.1 他勵直流勵磁機(jī)的傳遞函數(shù)建立 如圖3.1所示，圖中，分別為勵磁機(jī)輸出電壓和他勵繞組的輸入電壓。他勵繞組的電壓平衡方程為：=+當(dāng)不計(jì)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，勵磁機(jī)的內(nèi)電動勢與磁鏈成正比，近似地認(rèn)為勵磁機(jī)電壓正比于。他勵電流和的關(guān)系取決于勵磁機(jī)的飽和特性曲線，不計(jì)飽和時(shí)為一條曲線。根據(jù)上述情況有下列關(guān)系：=K一、不計(jì)飽和時(shí)：=K= 函數(shù)為：G(s)=(勵磁系統(tǒng)不計(jì)飽和的傳遞函數(shù))如圖3.1所示圖3.1 他勵直流勵磁機(jī)的傳遞函數(shù)框圖二、計(jì)飽和時(shí)定義飽和函數(shù)為：= 傳遞函數(shù)為：G(s)=所以，他勵直流勵磁機(jī)的傳遞函數(shù)框圖如圖3.2.在圖中考慮了

20、勵磁機(jī)端電壓與其對應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)勵磁電動勢的換算關(guān)系。圖3.2他勵直流勵磁機(jī)規(guī)格化框圖3.2 勵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)。測量比較電路的傳遞函數(shù)可用下式表示=3.2.2 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 =3.2.3 功率放大單元勵磁調(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)器控制電壓信號。滯后時(shí)間為。3.3 勵磁控制系

21、統(tǒng)的傳遞函數(shù)求得勵磁控制系統(tǒng)各單元的傳遞函數(shù)后，可組成勵磁控制系統(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=為簡化起見，忽略勵磁機(jī)的飽和特性和放大器的飽和限制，則可得：G（s）=H(s)=圖3.3勵磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖所以：=上式為同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(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)同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的，但如果只研究發(fā)電機(jī)空載時(shí)勵磁控制系統(tǒng)的有關(guān)性能，則可對發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行簡化。簡單說來，發(fā)電機(jī)端電壓的穩(wěn)態(tài)幅值被認(rèn)為與其轉(zhuǎn)子勵磁電壓成正比。這是因?yàn)樵谶\(yùn)行區(qū)域內(nèi)，發(fā)電機(jī)電壓不會經(jīng)歷大的

22、變化，而可以不考慮它的飽和特性；其次，認(rèn)為發(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。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)，得同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為：第4章 系統(tǒng)仿真與分析4.1 仿真模型的建立要實(shí)現(xiàn)大范圍電力系統(tǒng)計(jì)算除了需要電網(wǎng)各元件參數(shù)外，還需要能夠進(jìn)行高階計(jì)算的程序和各種應(yīng)用程序，而這種高階的計(jì)算限于計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度很難實(shí)現(xiàn)。我們?nèi)〉脛畲畔到y(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和模型后，需要對其模型和參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和調(diào)試，以最后整定最適合的參數(shù)及模型。而通常勵磁調(diào)節(jié)器的試驗(yàn)是在制造廠家完成靜態(tài)測試和非實(shí)際參數(shù)動態(tài)試驗(yàn)后，在實(shí)際機(jī)組上完成參數(shù)的最終整定和系統(tǒng)的動態(tài)試驗(yàn)，這種試驗(yàn)需要試驗(yàn)者有豐

23、富的經(jīng)驗(yàn)，以避免損壞設(shè)備或發(fā)生電網(wǎng)事故的危險(xiǎn)性。改善勵磁系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)各種故障情況下均有正確的反應(yīng)，由于不便實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對稱不對稱故障試驗(yàn)，勵磁系統(tǒng)對故障的反應(yīng)只有遇到了系統(tǒng)沖擊時(shí)才能知道?？v然在改進(jìn)設(shè)計(jì)防范于未然，而一次故障可能已經(jīng)支付了全套勵磁系統(tǒng)設(shè)備的代價(jià)了。因此在驗(yàn)證仿真模型是否符合實(shí)際模型上，采用現(xiàn)場試驗(yàn)的方法是不太現(xiàn)實(shí)的，這就需要實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。對發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，就要對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，得到他們的數(shù)值解法，這樣才能根據(jù)輸入信號實(shí)時(shí)的計(jì)算出輸出信號。本仿真所構(gòu)造的系統(tǒng)包括同步發(fā)電機(jī)（300MW）、出口側(cè)單元式升壓變壓器、傳輸線、模擬負(fù)載、電網(wǎng)電源等

24、設(shè)備，仿真軟件采用MATLAB，圖3.1就是MATLAB提供的勵磁控制器模型。圖4.1勵磁控制器模型調(diào)試主要包括對勵磁控制器的調(diào)試和對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等其它設(shè)備的調(diào)試。勵磁控制器調(diào)試的主要參數(shù)包括濾波時(shí)間常數(shù)的選擇、超前滯后時(shí)間的選擇，控制的增益及其他的一些參數(shù)選取。另外，系統(tǒng)的各個元件之間還有一個電壓電流等級的變壓器的變比等基本參數(shù)的匹配問題，這些問題都需要考慮，并對這些需進(jìn)行必要的計(jì)算。當(dāng)系統(tǒng)匹配完成后，系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)容量500MW，功率因數(shù)0.85，定子額定電壓18KV，空載額定轉(zhuǎn)子電壓117V，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60140，起動升

25、壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于5。常規(guī)PID閉環(huán)勵磁控制系統(tǒng)的仿真圖如圖3.2所示。系統(tǒng)的給定機(jī)械功率輸入為1p.u，勵磁電壓為0.92p.u。圖3.3為三相短路時(shí)發(fā)電機(jī)電磁功率仿真曲線；圖3.4為三相突然短路時(shí)發(fā)電機(jī)勵磁電壓仿真曲線。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)受到短路干擾后，能夠重新回到穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，但收斂時(shí)間相對較長。圖4.2 PID閉環(huán)勵磁控制系統(tǒng)仿真圖圖4.3電磁功率仿真曲線圖4.4勵磁電壓仿真曲線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)勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓變化反應(yīng)靈敏。閉環(huán)勵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)

26、生波動。而同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)出去保證發(fā)電機(jī)正常勵磁外，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。通過對仿真結(jié)果的分析，得到系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足，我們還對系統(tǒng)仿真分析的步驟、注意事項(xiàng)、參數(shù)調(diào)試時(shí)的一些具體問題進(jìn)行了討論。最后得到的結(jié)論是新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器有明顯的優(yōu)越性。新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器盡管在調(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)。第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)調(diào)節(jié)性能以及可靠性等提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電力電子技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了自并勵勵磁制造技術(shù)逐漸趨向

27、于成熟、穩(wěn)定、可靠。相對其它勵磁方式而言，自并勵勵磁系統(tǒng)具有主回路簡單、調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，已取代勵磁機(jī)勵磁方式和相復(fù)勵方式，在水電廠得到普遍使用。最近幾年，自并勵勵磁方式也取代了三機(jī)勵磁方式，成為新建火電廠的首選方案，逐漸在大型汽輪發(fā)電機(jī)組中推廣應(yīng)用。本文是設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)自并勵勵磁自動控制系統(tǒng)。首先，掌握勵磁自動控制系統(tǒng)的原理接線圖，了解什么是PID控制；其次，將勵磁自動控制系統(tǒng)拆分成各個環(huán)節(jié)，明確各個環(huán)節(jié)的作用以及它們的工作原理，從而推導(dǎo)出系統(tǒng)總的工作原理；然后，根據(jù)總接線圖，列寫勵磁自動控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖；最后，列寫勵磁自動控制系統(tǒng)總的傳遞函數(shù)以及框圖，并在空載點(diǎn)對傳

28、遞函數(shù)進(jìn)行線性化。當(dāng)前，我國隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇增加，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜多變，電力系統(tǒng)仿真的重要性也越來越突出。MATLAB軟件提供了一個用于電力系統(tǒng)專業(yè)領(lǐng)域的、具有仿真、分析與計(jì)算功能的工具箱，也是眾多電力系統(tǒng)仿真軟件中較為優(yōu)秀的其中之一。在仿真研究方面，本文致力于研究如何在MATLAB仿真環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對勵磁控制系統(tǒng)的仿真建模，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，對勵磁系統(tǒng)的研發(fā)提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文先介紹勵磁控制系統(tǒng)仿真的概念，使讀者盡快了解仿真；然后，根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立仿真模型；PID參數(shù)控制仿真，得出結(jié)果并對系統(tǒng)性能進(jìn)行分析總結(jié)。參考文獻(xiàn)1 商國才.電力系統(tǒng)自動化.天津大學(xué)出版社，2000 2 王葵等.電力系統(tǒng)自動化.中國電力出版社，2007.13 何仰贊等.電力系統(tǒng)分析.華中科技大學(xué)出版社，2002.34 周雙喜.同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器.中國電力出版社，19985 郭培源.電力系統(tǒng)自動控制新技術(shù).科學(xué)出版社，20016 李先彬.電力系統(tǒng)自動化.水利電力出版社，19957 楊冠城.電力系統(tǒng)自動裝置原理.水利電力出版社，19958 劉衛(wèi)國等. MATLAB程序