【正文】 可分為兩大 類 .一類是數(shù)值計算型軟件 ,如 MATLAB、 Xmath、 Gauss 等 ,這類軟件長于數(shù)值計算 ,對處 理大批數(shù)據(jù)效率高 。以及大量的 實用模塊 ,在 Simulink 環(huán)境下 ,不僅可以進行電力系統(tǒng)的仿真計算 ,還可以實現(xiàn)復(fù)雜的 控制方法仿真 ,使得我們更加深入地研究電力系統(tǒng)的行為特性。 另一類是用硅整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)。為保證同步電機的正常運行 ,勵磁系統(tǒng)應(yīng)能夠穩(wěn)定地提供同步電機 從空載到滿載以及過載時所需的勵磁電流 。 excitation control system。 建模 。 文 章介紹了 MATLAB/Simulink 的主要特點、基本模塊和功能 ,分析了同步發(fā)電機勵 磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及其各個部分原理 ,建立了基于 MATLAB 的同步發(fā)電機及其勵磁調(diào)節(jié) 系統(tǒng)仿真模型 ,最后建立了以 PID和 PSS為勵磁控制方式的同步發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué) 模型 ,在 Simulink 環(huán)境下進行了仿真 ,收到了很好的效果。基于 matlab 的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)仿真分析與調(diào)試畢業(yè)設(shè)計 基于 MATLAB 的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)仿真分析與調(diào)試 摘要 同步發(fā)電機為電力系統(tǒng)提供能量 ,其控制性能的好壞將直接決定電力系統(tǒng)的安全與 穩(wěn)定運行狀況。 關(guān)鍵詞 :MATLAB。 仿真 。modeling。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障而使電網(wǎng)電壓下降時 , 勵磁系統(tǒng)應(yīng)能快速強行勵磁 ,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。無論采取哪種方 式 ,同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)都是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁繞組兩端的勵磁電壓 ,從而影響發(fā)電 機的電動勢 ,達到穩(wěn)定端電壓的目的。 MATLAB 軟件介紹 MATLAB 是矩陣實驗室 (Matrix Laboratory)的簡稱 ,是美國 MathWorks 公司出品 的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件 ,用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算 語言和交互式環(huán)境 ,主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩 大部分。另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件 ,如Mathematica、 Maple 等 ,這類軟件以符號 計算見長 ,能給出解析解和任意精度解 ,其缺點是處理大量數(shù)據(jù)時效率較低 .Math Works 公 司順應(yīng)多功能需求之潮流 ,在其卓越 數(shù)值計算和圖示能力的基礎(chǔ)上 ,又率先在專業(yè)水平上 開拓了其符號計算 ,文字處理 ,可視化建模和實時控制能力 ,開發(fā)了適合多學(xué)科 ,多部門要 求的新一代科技應(yīng)用軟件 ,MATLAB 已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟 件市場的主導(dǎo)地位 . 時至今日 ,經(jīng)過 Math Works 公司的不斷完善 ,MATLAB 已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科 ,多種 工作平臺的功能強勁的大型軟件 .在國外 ,MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗 .在歐美等高 校 ,MATLAB 已經(jīng)成為線性代數(shù) ,自動控制理論 ,數(shù)理統(tǒng)計 ,數(shù)字信號處理 ,時間序列分析 ,動 態(tài)系 統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具 。 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缶幊痰奶匦浴? ⑦ MATLAB 的缺點是 ,它和其他高級程序相比 ,程序的執(zhí)行速度較慢 .由于MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理 ,也不生成可執(zhí)行文件 ,程序為解釋執(zhí)行 ,所以速度較慢。 Simulink 介紹 Simulink 簡介 Simunlink 是 MATLAB 最重要的組件之一 ,它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和 綜合分析的集成環(huán)境。 Simulink 功能介紹 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具 ,是一種基于 MATLAB 的框圖 設(shè)計環(huán)境 ,是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包 ,被廣泛應(yīng)用于線性 系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。reg。 Simulink 與 MATLABamp。 ②交互式的圖形編輯器來組合和 管理直觀的模塊圖。 ⑥使用 Embedded MATLAB 模塊在 Simulink 和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用 MATLAB 算法。 ⑩模型分析和診斷工具來保證模型的一致性 ,確定模型中的錯誤。由于同步發(fā)電機一般采用直流勵 磁 ,當(dāng)其單機獨立運行時 ,通過調(diào)節(jié)勵磁電流 ,能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓。 載流導(dǎo)體 :三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組 ,成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流 的載體。 感應(yīng)電勢頻率 :感應(yīng)電勢的頻率決定于同步電機的轉(zhuǎn)速 n 和極對數(shù) p。 勵磁系統(tǒng)概述 在我國乃至全世界 ,發(fā)電設(shè)備絕大部分都是同步發(fā)電機 ,其發(fā)電量占總發(fā)電量的 90%以上 ,而同步發(fā)電機的重要組成部 分勵磁調(diào)節(jié)器又稱為勵磁控制器 ,是電力系統(tǒng)最 主要的自動控制裝置之一 ,它的特性好壞直接影響到同步發(fā)電機運行的可靠性與穩(wěn)定 性。 一般稱為勵磁控制部分或控制單元或勵磁調(diào)節(jié)器。 勵磁系統(tǒng)只是發(fā)電機組的組成部件 ,而發(fā)電機組是電力系統(tǒng)的重要組成元件 ,電力 系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng) ,其穩(wěn)定性分析是 十分復(fù)雜的。失去功角穩(wěn)定 ,電力系統(tǒng)將發(fā)生振蕩 , 引起系統(tǒng)中樞紐點電壓、輸電設(shè)備中的電壓電流 ,以及輸送功率的大幅度波動 ,電力系 統(tǒng)因而不能向負荷正常供電 ,處理不當(dāng)會引起長時間大面積停電 :失去電壓穩(wěn)定的 后果 是電壓崩潰 ,導(dǎo)致大面積停電 。與此同時 ,由于它們的存在 ,電力系統(tǒng)出現(xiàn)了低頻 振蕩、次同步振蕩、軸系扭振等問題。其中直流發(fā)電機稱為直流勵磁機。 圖 22 自勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)原理接線圖 上圖中 LH??電流互感器 。 L??直流勵磁機 。長期的運行經(jīng)驗證明 ,這種勵磁系 統(tǒng)的優(yōu)點是 :具有獨立的不受外系統(tǒng)干擾的勵磁電源 ,調(diào)節(jié)方 便 ,設(shè)備投資及運行費用 也比較少。目前 ,在 100MW 及以上發(fā)電機上很少采用。 1)自勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) 自勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中發(fā)電機的勵磁電源直接由發(fā)電機端電壓獲得 ,經(jīng)過控制 整流后 ,送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路 ,作為發(fā)電機的勵磁電流 ,以維持發(fā)電機端電壓恒定的勵 磁系統(tǒng) ,是無勵磁機的發(fā)電機自勵系統(tǒng)。系統(tǒng)起勵時需要另加一個起勵電源。由發(fā)電機機端獲取勵磁能量 ,與同 軸勵磁機勵磁系統(tǒng)相比 ,發(fā)電機組甩負荷時 ,機組的過電壓也低一些。 兩臺交流勵磁機都和同步發(fā)電機同軸 ,主勵磁機為 100HZ 中頻三相交流發(fā)電機 , 它的輸出電壓經(jīng)過硅整流裝置向同步發(fā)電機供給勵磁電流。缺點是 :接線復(fù)雜 ,有旋轉(zhuǎn)的主勵磁機和副 勵磁機 ,啟動時還需要另外的直流電源向副勵磁機供給勵磁電流。 (1)復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)又稱為自復(fù)勵靜止勵磁系統(tǒng) ,它采用電壓源整流 變壓器和電流源整流變壓器兩種 整流變壓器。 國產(chǎn)水輪發(fā)電機上曾采用過整流器交流側(cè)兩個電源串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止 勵磁機勵磁系統(tǒng) ,進口水輪發(fā)電機上曾采用過整流器直流側(cè)兩個電源串聯(lián)、電壓相加的 復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)。它主要由 勵磁變壓器、自動勵磁調(diào)節(jié)器、可控整流裝置和起勵裝置組成。起勵裝置給同步電機一定數(shù)量 (通常為同步電機空載額定勵磁電流的 10~30%)的 初始勵磁 ,以建立整個系統(tǒng)正常工作所需的最低機端電壓 ,初始勵 磁一旦建立起來 ,起 勵裝置就將自動退出工作。自并勵勵磁系統(tǒng)為靜態(tài)勵磁 ,與勵磁機系統(tǒng)相比 ,由于沒有 旋轉(zhuǎn)部件 ,運行可靠性高。 2)能改善發(fā)電機機組的軸系穩(wěn)定性。在小干擾方面 ,自并勵勵磁系統(tǒng)配置 PSS 后 ,小干擾穩(wěn)定水平較勵磁機勵磁系 統(tǒng)有明顯提高 。②部件緊湊 ,減少廠 房及基礎(chǔ)造價 。這就要求調(diào)節(jié)器反應(yīng)靈敏、沒有死 區(qū)、響應(yīng)速度快、時滯盡可能小 ,并滿足正常和事故情況下的要求。 勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的作用 無論在電力系統(tǒng)正常運行或事故運行中 ,同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)都起著重 要的作用。同樣 ,當(dāng)機組甩負荷時通過勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用 ,能限制機端電壓 , 使之不致過高。②當(dāng)系統(tǒng)電壓變化時 ,每臺發(fā)電機 輸出的無功功率要隨之自動調(diào)節(jié) ,而且調(diào)節(jié)量要合理。而其中最重要的和最基本的問題之一是同步發(fā)電機只具有較小的靜態(tài)穩(wěn)定 性。提高勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的要 求 ,與提高調(diào)壓精度并沒有矛盾。 3)勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的利用程度 充分利用勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù) ,也是發(fā)揮勵磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定作用的一個重要因 素。由此可見 ,提高勵磁控制系統(tǒng) 保持端電壓水平的能力 ,與提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是一致的。 電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性問題 ,可以理解為電力系統(tǒng)機電振蕩的阻尼問題。因此提高電壓調(diào)節(jié)精 度的要求和提高動態(tài)穩(wěn)定性的要求是不相容的。 (6)提高繼電保護裝置動作的準(zhǔn)確性 當(dāng)系統(tǒng)處于低負荷運行狀態(tài)時 ,發(fā)電機的勵磁電流不大。 3 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng) MATLAB 的建模 勵磁控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 [3] 勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如下圖 31 所示 ,其由勵磁機、發(fā)電機、電壓測量比較單 元、綜合放大單元、