【正文】 是一種控制系統(tǒng)，它控制同步發(fā)電機發(fā)出的電勢，所以它不僅控制發(fā)電機的端電壓，而且還有控制發(fā)電機的功率因數(shù)和電流等參數(shù)。由于大型機組的這些參數(shù)直接影響系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在某種程度上也可以說，勵磁控制也控制著系統(tǒng)的運行狀態(tài)，特別是系統(tǒng)的穩(wěn)定和勵磁控制密切相關(guān)。勵磁控制的作用可歸納如下：（1）在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，要保持發(fā)電機在運行中的電壓恒定。在并列運行時，可以調(diào)節(jié)無功功率的分配?？梢蕴岣哽o穩(wěn)定極限，同時，可以抑制自勵磁，增加充電線路允許長度。（2）在暫態(tài)過程中（即在大干擾時） ，抑制切斷負(fù)荷時電壓的升高，提高暫態(tài)穩(wěn)定性。勵磁控制系統(tǒng)的工作原理也可以歸納如下：（1）當(dāng)發(fā)電機正常運行時，其勵磁系統(tǒng)供給發(fā)電機額定勵磁電壓/電流。（2）當(dāng)發(fā)電機由于某種原因?qū)е缕錂C端電壓發(fā)生變化時，通過電壓檢測單元測量到的信號與給定的參考電壓相比較，得出的電壓偏差信號也發(fā)生相應(yīng)的變化，再經(jīng)過綜合放大單元的放大作用，形成控制信號，作用于勵磁功率單元，以改變其輸出電壓/電流，實現(xiàn)對勵磁電壓/電流的自動調(diào)節(jié)，達(dá)到自動調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓的目的。 對勵磁及其控制的要求對勵磁及其控制的要求主要有兩方面，即高度可靠性和快速響應(yīng)。具體地說，就是要實現(xiàn)下列要求：（1）同步發(fā)電機的勵磁及其控制應(yīng)能保證在各種運行狀態(tài)下的可靠性，其中包括：起勵狀態(tài)、空載狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)、強勵狀態(tài)、滅磁狀態(tài)等。（2）在正常工作狀態(tài)時，電壓控制和無功功率控制應(yīng)能得到很好的響應(yīng)，并有足夠的調(diào)節(jié)范圍。例如，當(dāng)負(fù)荷從零值變到額定值時，端電壓應(yīng)得到穩(wěn)定調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度應(yīng)保證在 以內(nèi)。%177。（3）勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)能快速動作，在故障狀態(tài)時應(yīng)能迅速強勵，將勵磁電壓迅速上升至頂值電壓，即應(yīng)有大的強勵倍數(shù)和電壓上升速度。強勵倍數(shù)是指強勵時勵磁機最大穩(wěn)定電壓對發(fā)電機額定轉(zhuǎn)子電壓之比。（4）在電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)過程中應(yīng)有足夠的阻尼，以保證有良好的穩(wěn)定性能。（5）故障消除后，電壓應(yīng)能得到很好的恢復(fù)。在各種運行狀態(tài)下，上述各項要求的側(cè)重點是不相同的。如：在負(fù)荷波動時，要求調(diào)解性能好；在出現(xiàn)小振蕩時，要求穩(wěn)定性能好；在嚴(yán)重故障時，要求迅速消除故障，維持暫態(tài)穩(wěn)定。 勵磁控制系統(tǒng)的發(fā)展隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，大型同步發(fā)電機的勵磁及其控制系統(tǒng)也發(fā)生了很大的變化，主要表現(xiàn)在：（1）半導(dǎo)體勵磁代替了直流勵磁機。過去同步發(fā)電機都是用與它同軸的直流發(fā)電機提供直流勵磁電流，隨著單機容量的增大，所需的勵磁容量也隨著增大。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以及經(jīng)濟運行的需求，就促進(jìn)了半導(dǎo)體勵磁代替了直流勵磁機。（2）勵磁調(diào)節(jié)器逐步演變?yōu)槎喙δ?、多變量的控制器。隨著電力系統(tǒng)的擴大以及快速半導(dǎo)體勵磁的應(yīng)用，在系統(tǒng)中出現(xiàn)了很多新問題。例如：系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線上出現(xiàn)了持久的低頻振蕩：由于線路串聯(lián)電容引起的次同步振蕩、機組軸上的扭動振蕩；應(yīng)用快速勵磁后產(chǎn)生負(fù)阻尼等等。應(yīng)用單輸入、單變量的勵磁調(diào)節(jié)器已很難解決上述問題。為了阻尼振蕩、擴大穩(wěn)定范圍，就必須應(yīng)用控制理論和計算機技術(shù)將單純的勵磁調(diào)節(jié)器演變?yōu)槎喙δ?、多變量的控制器。?）勵磁控制理論的發(fā)展。從上世紀(jì) 50 年代以來，廣大科技工作者就一直致力于同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究，并取得了豐碩的成果。單就勵磁控制理論而言，已從最初的基于經(jīng)典控制理論的單參量偏差勵磁調(diào)節(jié)發(fā)展為多參量偏差、微分、積分綜合勵磁調(diào)節(jié)和基于現(xiàn)代控制理論的線性多變量最優(yōu)勵磁控制、非線性最優(yōu)勵磁控制以及自適應(yīng)最優(yōu)勵磁控制等等。 同步發(fā)電機模型同步電機作為電力系統(tǒng)的主要元件，電磁暫態(tài)和機電互動現(xiàn)象十分豐富，模型的建立和求解往往決定著仿真的精度和能夠反映實際系統(tǒng)動態(tài)過程的程度，因此，很多專家在同步發(fā)電機建模方面展開研究并取得多項成果。同步電機是勵磁控制系統(tǒng)的控制對象，又和勵磁控制系統(tǒng)密切相關(guān)系。研究勵磁系統(tǒng)的動態(tài)特性，離不開對同步電機動態(tài)特性的分析。同步電機的過渡過程比較復(fù)雜，通過以 坐標(biāo)系統(tǒng)推導(dǎo)出來的派克(Park)方程作為同步電機的基本方程，求出完整的,dq動態(tài)模型；在某些特定的條件下，可由完整的動態(tài)模型得到簡化模型。在小干擾情況下，可以將非線性的完整模型在工作點附近線性化，得出線性化模型：同樣，在某些特定的條件下，還可以求得簡化的線性模型。同步電機 坐標(biāo)下的暫態(tài)方程稱為派克方程，它是一組非線性的微分方程組。0dq由于 三軸之間的解耦以及 坐標(biāo)下的電感參數(shù)是常數(shù)，因此派克變換及同步電機0aq的派克方程在實用分析中得到廣泛的應(yīng)用。同步電機具有三個定子繞組、一個轉(zhuǎn)子繞組、兩個阻尼繞組。六個繞組間都有磁的耦合，加上轉(zhuǎn)子位置不斷變化，繞組間的耦合又必然是轉(zhuǎn)子的位置函數(shù)。要正確反映上述情況就需要七個非線性微分方程。由同步電機在 軸的Park微分方程組出發(fā)，電壓和磁鏈方程(以標(biāo)幺值形式)如下,dq所示：電壓方程： 定子繞組： （1dqdUpriw=Y1） （1qdqi+2）勵磁繞組： （1fffirp=3）阻尼繞組： （1110ddi+Y4） （111qqrip=5）磁鏈方程： 定子繞組： （11ddafdXiii+6） （11qqaqiY=7） 勵磁繞組： （11fadfadXii+8） 阻尼繞組： （111dadfdiii=9） （111qaqXiY+10）其中， 。式中各物理量的定義為： 為負(fù)載電流 軸分量； 為負(fù)/pdtw=didqi載電流 軸分量； 為勵磁電流； 為機端電壓 軸分量； 為機端電壓 軸分量；qfidUqU為勵磁繞組電壓； 為勵磁繞組電阻； 為直軸阻尼繞組電流； 為交軸阻尼繞組fUr1di 1qi電流； 為直軸電抗； 為直軸反應(yīng)電抗； 為交軸電抗： 為交軸反應(yīng)電抗；dXadXqXaX為直軸阻尼繞組電抗； 為直軸阻尼繞組電阻； 為交軸阻尼繞組電抗； —1 1 1q 1qX交軸阻尼繞組電阻： 為直軸磁鏈； 為交軸磁鏈； 為勵磁繞組磁鏈； 為直軸dYqYfYdY阻尼繞組磁鏈； 為交軸阻尼繞組磁鏈。1q若采用功率不變的坐標(biāo)變換，并取定子額定相電壓有效值和額定電流有效值作為定子電壓和電流的基值，它等于以單相額定功率為基準(zhǔn)的電磁轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值的l／3，則以三相額定功率為基準(zhǔn)的電磁轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值方程為： （1edqTiy=11）轉(zhuǎn)子運動方程是同步發(fā)電機的又一個基本方程，它是按牛頓運動定律對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動態(tài)描述。全部用標(biāo)么值表示的轉(zhuǎn)子運動方程為： （1jmeddTTtw=12）式中 為機械轉(zhuǎn)矩， 為阻尼轉(zhuǎn)矩， 為阻尼系數(shù)， 為同步電機轉(zhuǎn)子慣性時mTdTD=j間常數(shù)。此外，還有一個運動方程是功角 和轉(zhuǎn)子電角速度 之間的關(guān)系應(yīng)滿足下式：dw （11t=13）式（）~（）就組成了同步電機的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型。第二章 MATLAB仿真工具 MATLAB 仿真工具簡介本文的研究是通過MATLAB仿真實現(xiàn)的，因此有必要對其發(fā)展及其特點進(jìn)行扼要表述。MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory )之意，現(xiàn)已成為當(dāng)今國際上科學(xué)界(尤其是自動控制領(lǐng)域)最具影響力，也是最有活力的軟件。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理、可視化建模仿真和實時控制、靈活的程序設(shè)計流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計、便捷的與其他程序和語言接口的功能等功能。MATLAB進(jìn)行數(shù)值計算的基本單位是復(fù)數(shù)數(shù)組(或稱陣列)，這使得MATLAB 高度“向量化”．經(jīng)過十幾年的完善和擴充，現(xiàn)已發(fā)展成為線性代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。由于它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。MATLAB 語言由美國The Math Works開發(fā)，2022年推出了其全新的MATLAB 。目前最新版本 Release 14(MATLAB 7．O) 的 Service Pack l，2022年9月正式推出。本文的研究是基于 基礎(chǔ)上的。 MATLAB仿真工具特點MATLAB用符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和 FORTRAN語言的冗長代碼，并且提供給用戶最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。MATLAB 的主要特點如下：(1)語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB 程序書寫形式自由，利用其豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f，用MATLAB進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上；(2)運算符豐富。由于MATLAB是用C語言編寫的， MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短；(3)MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句(如for循環(huán)， while循環(huán)，break語句和if語句)，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。并且程序限制不?yán)格，程序設(shè)計自由度大；(4)程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運