【正文】 參量偏差勵(lì)磁調(diào)節(jié)發(fā)展為多參量偏差、微分、積分綜合勵(lì)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(lì)磁控制、非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制以及自適應(yīng)最優(yōu)勵(lì)磁控制等等。同步電機(jī)的過(guò)渡過(guò)程比較復(fù)雜，通過(guò)以 坐標(biāo)系統(tǒng)推導(dǎo)出來(lái)的派克(Park)方程作為同步電機(jī)的基本方程，求出完整的,dq動(dòng)態(tài)模型；在某些特定的條件下，可由完整的動(dòng)態(tài)模型得到簡(jiǎn)化模型。同步電機(jī)具有三個(gè)定子繞組、一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組、兩個(gè)阻尼繞組。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(lì)磁電流； 為機(jī)端電壓 軸分量； 為機(jī)端電壓 軸分量；qfidUqU為勵(lì)磁繞組電壓； 為勵(lì)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(lì)磁繞組磁鏈； 為直軸dYqYfYdY阻尼繞組磁鏈； 為交軸阻尼繞組磁鏈。第二章 MATLAB仿真工具 MATLAB 仿真工具簡(jiǎn)介本文的研究是通過(guò)MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)的，因此有必要對(duì)其發(fā)展及其特點(diǎn)進(jìn)行扼要表述。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(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便，這是其它高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的。 MATLAB仿真工具特點(diǎn)MATLAB用符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和 FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼，并且提供給用戶最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。可以說(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專家的肩膀上；(2)運(yùn)算符豐富。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； (8)功能強(qiáng)大的工具箱是MATLAB的另一特色。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。其中輸電線路為110kV 線路，其實(shí)名制下的參數(shù)為 、。PID控制是過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。DTPID調(diào)節(jié)器各參數(shù)對(duì)控制性能的影響如下：=.eP廠用電負(fù)荷 === 無(wú)窮大系統(tǒng)（1）比例調(diào)節(jié)系數(shù) 對(duì)系統(tǒng)性能的影響。當(dāng) 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不P穩(wěn)定。但若 太大，積分作用太弱，將不能減小IT穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制的作用跟偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)DT有關(guān)，通過(guò)微分控制能夠預(yù)測(cè)偏差，產(chǎn)生超前的校正作用，可以較好的改善動(dòng)態(tài)特性。只有 取得合適，才能得到比較滿意的效果。本文在對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)所用的PID如圖33所示，其系統(tǒng)由以下功能模塊構(gòu)成：（1）Transfer F模塊；（2） Gain模塊。 PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(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)定的要求是不兼容的。這種方法可以達(dá)到既保持電壓調(diào)節(jié)精度，又可減少電壓調(diào)壓通道的負(fù)阻尼作用的兩個(gè)目的。這種控制信號(hào)不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機(jī)端電壓水平的能力，不改變其主要控制的地位。在本仿真中的子系統(tǒng)中，引入的是電機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁功率，它由Gain模塊。引入兩個(gè)Gain 模塊，將其屬性參數(shù)分別設(shè)置為 1和5。該環(huán)節(jié)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不參與自動(dòng)勵(lì)磁控制，而當(dāng)發(fā)生非正常運(yùn)行工況時(shí)，限幅環(huán)節(jié)將起到相應(yīng)的作用。現(xiàn)將其創(chuàng)建方法和分析步驟簡(jiǎn)述如下：首先，引入Gain 模塊，并將其設(shè)置為 4。引入Transfer f模塊，將其命名為frequency deviation，將它的Numerator欄設(shè)置為[0,1]，將它的Denominator 欄設(shè)置為[，1]。引入第一個(gè)指數(shù)函數(shù)模塊，需要在Math operation模塊庫(kù)中調(diào)用Math Function功能模塊，雙擊該模塊，在彈出的屬性對(duì)話框中點(diǎn)擊它的Function下拉滾動(dòng)條，選擇Squar（平方）函數(shù)，即求取Sum模塊輸出信號(hào)的平方值。全部選中圖35中的所示的功能模塊，用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊所選中的功能模塊中的任意一個(gè)功能模塊，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊Creat Subsystem（創(chuàng)建子系統(tǒng)），點(diǎn)擊該子系統(tǒng)模塊的名稱Subsystem ，將它重新命名為限幅環(huán)節(jié)。模型中 Pm 和Vf 分別表示有功功率和勵(lì)磁電壓的輸入，A、B、C 是三相電輸出端口，m_pu 是對(duì)電機(jī)輸出參量的測(cè)量端口。圖38 3phase Source模塊屬性參數(shù)在SimPowerSystems模塊庫(kù)中打開(kāi)Element模塊庫(kù)，選中3phase parallel RLC load功能模塊，并將其命名為L(zhǎng)oad 500MW，其屬性參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖39所示，它為電阻性負(fù)載。首先，在SimPowerSystems模塊庫(kù)的Elements 中，選 3Phase Series RLC Branch功能模塊，其Resistance（電阻）欄設(shè)為 1 ，Inductance（電感）欄設(shè)為1e2（），WCapacitance(電容)欄設(shè)為inf，該模塊與接變壓器的輸出端相接。由于該功能模塊在勵(lì)磁控制系統(tǒng)的仿真中相當(dāng)重要，因此本節(jié)將詳細(xì)介紹它的使用方法和參數(shù)設(shè)置。圖311 Powergui屬性參數(shù)對(duì)話框圖312 Powergui 模塊的穩(wěn)態(tài)電壓——電流窗口點(diǎn)擊Initial States Setting選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中選中Set all states to steady state選項(xiàng)，將Set selected state欄置為 。將Terminal voltage Uab欄置24000。Powergui模塊的其他屬性參數(shù)不作改動(dòng)，就利用它的默認(rèn)設(shè)置參數(shù)。圖314 三相變壓器的參數(shù)設(shè)置窗口通過(guò)以上各模塊的設(shè)置，就可以建立完整的勵(lì)磁控制系統(tǒng)了，如圖315就是本文在MATLAB中建立的完整的PID+PSS勵(lì)磁控制系統(tǒng)。表31 各種solver算法指令的特點(diǎn)解算指令 解題指令 特點(diǎn) 適應(yīng)場(chǎng)合ode45 非剛性 一步法：采用5階RungeKutta方程；累計(jì)截?cái)嗾`差達(dá) 5()xD大多數(shù)場(chǎng)合的首選算法ode23 非剛性 一步法：采用2,3階RungeKutta方程；累計(jì)截?cái)嗾`差達(dá) 5較低精度( )場(chǎng)合310ode113 非剛性 多步法：采用Adams算法：高低精度均可（ ）3610~ode45計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，取代ode45ode23t 適度剛性 采用梯形法則算法 適度剛性ode15s 剛性 多步法；采用Gear’S反向數(shù)值微分；精度中等當(dāng) ode45失敗時(shí)使用；或存在質(zhì)量矩陣時(shí)ode23s 剛性 一步法；采用2階Rosenbrock算式；低精度低精度時(shí)，比odel5s有效；或存在定常質(zhì)量矩陣時(shí)ode23tb 剛性 采用梯形法則一反向數(shù)值微分兩階 低精度時(shí)，比odel5s有效；或存在段算法；低精度 定常質(zhì)量矩陣時(shí)MATLAB針對(duì)不同的系統(tǒng)提供了兩大仿真算法：定步長(zhǎng)和變步長(zhǎng)仿真算法。仿真算法的選擇很重要，算法的合理與否將影響到仿真結(jié)果和仿真速度。此外，當(dāng)在某些情況(如突減負(fù)載)下用ode23tb仿真出現(xiàn)異常情況時(shí)。如果沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)初始值設(shè)置或者設(shè)置不合理，將使系統(tǒng)長(zhǎng)期處于振蕩或者不穩(wěn)定狀態(tài)，仿真結(jié)果失真，則仿真失去意義。將穩(wěn)態(tài)時(shí)的機(jī)械功率、勵(lì)磁電壓、機(jī)端電壓及定子電流作為系統(tǒng)的初始值添入發(fā)電機(jī)模型參數(shù)輸入界面相應(yīng)的選框中，即完成穩(wěn)態(tài)初始值設(shè)置。 動(dòng)態(tài)特性仿真 三相短路故障如圖315連接線路。而同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓卻由于發(fā)生三相接地短路，使得電壓瞬間降低至0附近。在故障消除后，隨著電壓值得逐步恢復(fù)，電壓偏差值的減小，相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)數(shù)值也都得到了恢復(fù)。IfddPe圖319 機(jī)端電壓參考值階躍時(shí)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的仿真波形如圖319所示為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速W在遭遇機(jī)端電壓參考值階躍時(shí)，出現(xiàn)很輕微的振蕩，但振蕩的幅值隨著勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)逐漸降低，并且趨于穩(wěn)定。由于本文大于勵(lì)d磁圖321 機(jī)端電壓參考值階躍時(shí)：Ifd, 和Pe仿真波形d控制系統(tǒng)的仿真時(shí)基于電壓的，所以，阻尼繞組電流在電壓參考值階躍時(shí)不會(huì)有太大變化。IfddPe圖322 斷線（跳閘）故障時(shí)：機(jī)端電壓仿真波形圖323 斷線（跳閘）故障時(shí)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的仿真波形通過(guò)以上參數(shù)設(shè)置，得到以下仿真波形：通過(guò)仿真波形可以看出，勵(lì)磁控制系統(tǒng)在發(fā)生斷線（跳閘）故障時(shí)的幾個(gè)重要參數(shù)的動(dòng)態(tài)狀況，根據(jù)設(shè)置以及波形可以看出，故障發(fā)生時(shí)間是從15s到25處。但變化的幅度都不是特別大，勵(lì)磁控制系統(tǒng)在負(fù)荷變化時(shí)，迅速調(diào)節(jié)，直至電壓平穩(wěn)。在此基礎(chǔ)上針對(duì)同步發(fā)電機(jī)在打擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性情況進(jìn)行了仿真研究，如：機(jī)端電壓三相短路、電壓參考值階躍和斷路（跳閘），通過(guò)對(duì)以上三種擾動(dòng)情況的仿真，我們可以得到如下幾個(gè)結(jié)論：，如：機(jī)端電壓三相短路、電壓參考值階躍和斷路（跳閘）時(shí)，勵(lì)磁控制系統(tǒng)可以對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)。，通過(guò)在MALTAB/SIMULINK下對(duì)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，可以很簡(jiǎn)潔的將復(fù)雜的系統(tǒng)表達(dá)出來(lái)，并可以很好的將勵(lì)磁控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況表現(xiàn)出來(lái)。一念至此，竟有些恍惚，所謂白駒過(guò)隙、百代過(guò)客云云，想起來(lái)便是這般惆悵了。這篇畢業(yè)論文也稱不上什么精彩的臺(tái)詞，只不過(guò)是一種循環(huán)演出即將告一段落的謝幕詞。感謝和我共度四年美好大學(xué)生活的2022級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化5班的全體同學(xué)。 Measurement, Feb. 2022,54(1):284~288.[7] [M].北京：水利電力出版社，1988.[8] 史志平， 的勵(lì)磁控制系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)[J] 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