【正文】 可分為兩大 類(lèi) .一類(lèi)是數(shù)值計(jì)算型軟件 ,如 MATLAB、 Xmath、 Gauss 等 ,這類(lèi)軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算 ,對(duì)處 理大批數(shù)據(jù)效率高 。以及大量的 實(shí)用模塊 ,在 Simulink 環(huán)境下 ,不僅可以進(jìn)行電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算 ,還可以實(shí)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(lèi)是用硅整流裝置將交流變成直流后供給勵(lì)磁的半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)。為保證同步電機(jī)的正常運(yùn)行 ,勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能夠穩(wěn)定地提供同步電機(jī) 從空載到滿(mǎn)載以及過(guò)載時(shí)所需的勵(lì)磁電流 。 excitation control system。 建模 。 文 章介紹了 MATLAB/Simulink 的主要特點(diǎn)、基本模塊和功能 ,分析了同步發(fā)電機(jī)勵(lì) 磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及其各個(gè)部分原理 ,建立了基于 MATLAB 的同步發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁調(diào)節(jié) 系統(tǒng)仿真模型 ,最后建立了以 PID和 PSS為勵(lì)磁控制方式的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué) 模型 ,在 Simulink 環(huán)境下進(jìn)行了仿真 ,收到了很好的效果?；?matlab 的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)仿真分析與調(diào)試畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 MATLAB 的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)仿真分析與調(diào)試 摘要 同步發(fā)電機(jī)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(yùn)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(shí) , 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁 ,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。無(wú)論采取哪種方 式 ,同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組兩端的勵(lì)磁電壓 ,從而影響發(fā)電 機(jī)的電動(dòng)勢(shì) ,達(dá)到穩(wěn)定端電壓的目的。 MATLAB 軟件介紹 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室 (Matrix Laboratory)的簡(jiǎn)稱(chēng) ,是美國(guó) MathWorks 公司出品 的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件 ,用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算 語(yǔ)言和交互式環(huán)境 ,主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩 大部分。另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件 ,如Mathematica、 Maple 等 ,這類(lèi)軟件以符號(hào) 計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng) ,能給出解析解和任意精度解 ,其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)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(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上 ,又率先在專(zhuān)業(yè)水平上 開(kāi)拓了其符號(hào)計(jì)算 ,文字處理 ,可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力 ,開(kāi)發(fā)了適合多學(xué)科 ,多部門(mén)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(chǎng)的主導(dǎo)地位 . 時(shí)至今日 ,經(jīng)過(guò) 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(tái)的功能強(qiáng)勁的大型軟件 .在國(guó)外 ,MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn) .在歐美等高 校 ,MATLAB 已經(jīng)成為線(xiàn)性代數(shù) ,自動(dòng)控制理論 ,數(shù)理統(tǒng)計(jì) ,數(shù)字信號(hào)處理 ,時(shí)間序列分析 ,動(dòng) 態(tài)系 統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具 。 ③ MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句如 for 循環(huán) ,while 循環(huán) ,break 語(yǔ)句和 if 語(yǔ)句 ,又有 面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴? ⑦ MATLAB 的缺點(diǎn)是 ,它和其他高級(jí)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?yàn)榻忉寛?zhí)行 ,所以速度較慢。 Simulink 介紹 Simulink 簡(jiǎn)介 Simunlink 是 MATLAB 最重要的組件之一 ,它提供一個(gè)動(dòng)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(jì)環(huán)境 ,是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包 ,被廣泛應(yīng)用于線(xiàn)性 系統(tǒng)、非線(xiàn)性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。reg。 Simulink 與 MATLABamp。 ②交互式的圖形編輯器來(lái)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(lái)保證模型的一致性 ,確定模型中的錯(cuò)誤。由于同步發(fā)電機(jī)一般采用直流勵(lì) 磁 ,當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí) ,通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 ,能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。 載流導(dǎo)體 :三相對(duì)稱(chēng)的電樞繞組充當(dāng)功率繞組 ,成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流 的載體。 感應(yīng)電勢(shì)頻率 :感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 和極對(duì)數(shù) p。 勵(lì)磁系統(tǒng)概述 在我國(guó)乃至全世界 ,發(fā)電設(shè)備絕大部分都是同步發(fā)電機(jī) ,其發(fā)電量占總發(fā)電量的 90%以上 ,而同步發(fā)電機(jī)的重要組成部 分勵(lì)磁調(diào)節(jié)器又稱(chēng)為勵(lì)磁控制器 ,是電力系統(tǒng)最 主要的自動(dòng)控制裝置之一 ,它的特性好壞直接影響到同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定 性。 一般稱(chēng)為勵(lì)磁控制部分或控制單元或勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。 勵(lì)磁系統(tǒng)只是發(fā)電機(jī)組的組成部件 ,而發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)的重要組成元件 ,電力 系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)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(diǎn)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(dòng) ,電力系 統(tǒng)因而不能向負(fù)荷正常供電 ,處理不當(dāng)會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)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(shí) ,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(wèn)題。其中直流發(fā)電機(jī)稱(chēng)為直流勵(lì)磁機(jī)。 圖 22 自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線(xiàn)圖 上圖中 LH??電流互感器 。 L??直流勵(lì)磁機(jī) 。長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明 ,這種勵(lì)磁系 統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 :具有獨(dú)立的不受外系統(tǒng)干擾的勵(lì)磁電源 ,調(diào)節(jié)方 便 ,設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用 也比較少。目前 ,在 100MW 及以上發(fā)電機(jī)上很少采用。 1)自勵(lì)式半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng) 自勵(lì)式半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源直接由發(fā)電機(jī)端電壓獲得 ,經(jīng)過(guò)控制 整流后 ,送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路 ,作為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流 ,以維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定的勵(lì) 磁系統(tǒng) ,是無(wú)勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)自勵(lì)系統(tǒng)。系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)需要另加一個(gè)起勵(lì)電源。由發(fā)電機(jī)機(jī)端獲取勵(lì)磁能量 ,與同 軸勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比 ,發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷時(shí) ,機(jī)組的過(guò)電壓也低一些。 兩臺(tái)交流勵(lì)磁機(jī)都和同步發(fā)電機(jī)同軸 ,主勵(lì)磁機(jī)為 100HZ 中頻三相交流發(fā)電機(jī) , 它的輸出電壓經(jīng)過(guò)硅整流裝置向同步發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁電流。缺點(diǎn)是 :接線(xiàn)復(fù)雜 ,有旋轉(zhuǎn)的主勵(lì)磁機(jī)和副 勵(lì)磁機(jī) ,啟動(dòng)時(shí)還需要另外的直流電源向副勵(lì)磁機(jī)供給勵(lì)磁電流。 (1)復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)又稱(chēng)為自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)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(guó)產(chǎn)水輪發(fā)電機(jī)上曾采用過(guò)整流器交流側(cè)兩個(gè)電源串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) ,進(jìn)口水輪發(fā)電機(jī)上曾采用過(guò)整流器直流側(cè)兩個(gè)電源串聯(lián)、電壓相加的 復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。它主要由 勵(lì)磁變壓器、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、可控整流裝置和起勵(lì)裝置組成。起勵(lì)裝置給同步電機(jī)一定數(shù)量 (通常為同步電機(jī)空載額定勵(lì)磁電流的 10~30%)的 初始勵(lì)磁 ,以建立整個(gè)系統(tǒng)正常工作所需的最低機(jī)端電壓 ,初始勵(lì) 磁一旦建立起來(lái) ,起 勵(lì)裝置就將自動(dòng)退出工作。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)為靜態(tài)勵(lì)磁 ,與勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)相比 ,由于沒(méi)有 旋轉(zhuǎn)部件 ,運(yùn)行可靠性高。 2)能改善發(fā)電機(jī)機(jī)組的軸系穩(wěn)定性。在小干擾方面 ,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)配置 PSS 后 ,小干擾穩(wěn)定水平較勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系 統(tǒng)有明顯提高 。②部件緊湊 ,減少?gòu)S 房及基礎(chǔ)造價(jià) 。這就要求調(diào)節(jié)器反應(yīng)靈敏、沒(méi)有死 區(qū)、響應(yīng)速度快、時(shí)滯盡可能小 ,并滿(mǎn)足正常和事故情況下的要求。 勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的作用 無(wú)論在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行或事故運(yùn)行中 ,同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)都起著重 要的作用。同樣 ,當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用 ,能限制機(jī)端電壓 , 使之不致過(guò)高。②當(dāng)系統(tǒng)電壓變化時(shí) ,每臺(tái)發(fā)電機(jī) 輸出的無(wú)功功率要隨之自動(dòng)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(wèn)題之一是同步發(fā)電機(jī)只具有較小的靜態(tài)穩(wěn)定 性。提高勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的要 求 ,與提高調(diào)壓精度并沒(méi)有矛盾。 3)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的利用程度 充分利用勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) ,也是發(fā)揮勵(lì)磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定作用的一個(gè)重要因 素。由此可見(jiàn) ,提高勵(lì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題 ,可以理解為電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩的阻尼問(wèn)題。因此提高電壓調(diào)節(jié)精 度的要求和提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求是不相容的。 (6)提高繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性 當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí) ,發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不大。 3 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) MATLAB 的建模 勵(lì)磁控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 [3] 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如下圖 31 所示 ,其由勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)、電壓測(cè)量比較單 元、綜合放大單元、