華電電力系統(tǒng)自動化第8講-勵磁動態(tài)6課件

第八講勵磁系統(tǒng)的動態(tài)特性（2）肖仕武Office:J5B309Tel:80794899NorthChinaElectricPowerUniversity2/292023/3/10主要內(nèi)容1、自動控制理論的根軌跡法2、根軌跡的繪制方法3、應(yīng)用根軌跡法分析勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性4、分析改善勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定的方法5、勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用6、采用“勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器”前后的性能比較NorthChinaElectricPowerUniversity3/292023/3/10第三節(jié)勵磁自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性NorthChinaElectricPowerUniversity5/292023/3/10一自動控制理論之根軌跡法

根軌跡是當開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)（如根軌跡增益）從零變化至無窮大時，閉環(huán)特性方程的根在s平面上移動的軌跡。系統(tǒng)的閉環(huán)特性方程為幅值條件相角條件NorthChinaElectricPowerUniversity6/292023/3/10繪制根軌跡之法則（1）法則一：根軌跡的起點和終點：根軌跡起始于開環(huán)極點，終止于開環(huán)零點。如果開環(huán)零點個數(shù)m少于開環(huán)極點個數(shù)n，則有（n-m）條根軌跡終止于無窮遠處法則二：根軌跡的分支數(shù)、連續(xù)性和對稱性：根軌跡的分支數(shù)與開環(huán)零點m、開環(huán)極點n中大者相等，根軌跡連續(xù)并對稱于實軸。法則三：實軸上的根軌跡：實軸上的某一區(qū)域，若其右邊開環(huán)實數(shù)極、零點個數(shù)之和為奇數(shù)，則該區(qū)域為根軌跡。法則四：根軌跡的漸近線：當系統(tǒng)開環(huán)極點個數(shù)n大于開環(huán)零點個數(shù)m時，有n-m條根軌跡分支沿著與實軸夾角為、交點為的一組漸近線趨向于無窮遠處NorthChinaElectricPowerUniversity7/292023/3/10繪制根軌跡之法則（2）法則五：根軌跡的分離點：兩條或兩條以上的根軌跡分支在s平面上相遇又分離的點，成為根軌跡分離點。分離點的坐標d是以下方程的解。法則六：根軌跡與虛軸的交點：若根軌跡與虛軸相交，出現(xiàn)純虛根，令s=jw，實部與虛部=0，求解k值。交點相應(yīng)k值為臨界穩(wěn)定狀狀態(tài)?？捎肦outh判據(jù)求出交點的坐標值及其相應(yīng)的k值，此時k值為臨界根軌跡增益。NorthChinaElectricPowerUniversity9/292023/3/10二典型勵磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定計算系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)該勵磁控制系統(tǒng)的參數(shù)某勵磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)要求應(yīng)用自動控制理論的根軌跡法分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性NorthChinaElectricPowerUniversity10/292023/3/10根軌跡繪制（1）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)極點為：-0.12，-1.45，-25；他們是根軌跡的起始點。系統(tǒng)有三條根軌跡的分支趨于無窮遠處。繪制步驟如下：（1）實軸上的根軌跡：（2）漸近線：NorthChinaElectricPowerUniversity11/292023/3/10根軌跡繪制（2）（3）分離點：顯然，分離點應(yīng)該位于實軸上，之間，?。?）與虛軸的交點：系統(tǒng)閉環(huán)特征方程令帶入上式，并令實部和虛部分別為零解得即根軌跡與虛軸的交點為和NorthChinaElectricPowerUniversity13/292023/3/10三勵磁控制系統(tǒng)空載穩(wěn)定性的改善

從自動控制理論可知，要想改善勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須改變發(fā)電機極點與勵磁機極點之間的出射角，也就是改變根軌跡的漸近線，使之只處于虛軸的左半平面，為此需要增加開環(huán)傳遞函數(shù)的零點。

在實際處理上，可以在發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓處增加一條電壓速率負反饋回路。NorthChinaElectricPowerUniversity14/292023/3/10增加環(huán)節(jié)（1）簡化NorthChinaElectricPowerUniversity15/292023/3/10增加環(huán)節(jié)（2）合并NorthChinaElectricPowerUniversity17/292023/3/10根軌跡計算（2）勵磁控制系統(tǒng)的參數(shù)數(shù)據(jù)如下：由此得到的系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：增加了反饋環(huán)節(jié)后系統(tǒng)具有了四個極點和三個零點。NorthChinaElectricPowerUniversity18/292023/3/10根軌跡計算（3）從自動控制理論可知，增加開環(huán)零點，可以使系統(tǒng)的根軌跡向左偏移，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。NorthChinaElectricPowerUniversity19/292023/3/10根軌跡計算（Tf=5）NorthChinaElectricPowerUniversity21/292023/3/10根軌跡計算（Tf=0.05&Kf=1）NorthChinaElectricPowerUniversity22/292023/3/10根軌跡計算（Tf=0.05&Kf=10,1000）NorthChinaElectricPowerUniversity23/292023/3/10根軌跡計算（Tf=0.1&Kf=1,10,100,500）NorthChinaElectricPowerUniversity25/292023/3/10根軌跡計算（Tf=1&Kf=50,200,500）NorthChinaElectricPowerUniversity26/292023/3/10根軌跡計算（Tf=10&Kf=1,2.10,50,200）NorthChinaElectric