【正文】 ode4 、odeode2和odel；變步長求解器則能夠根據(jù)用戶指定的積分誤差自動調(diào)整仿真步長，有Discrete、ode4de2odelodel5s、ode23s、ode23t、ode23tb。將Bus type欄設(shè)置為Pamp。它的典型參數(shù)值如它的電壓值、頻率值、機組功率值、同步電機的 d 軸電抗值、暫態(tài)電抗值、次暫態(tài)電抗值、q 軸暫態(tài)電抗值、次暫態(tài)電抗值、d 軸暫態(tài)電抗和次暫態(tài)電抗的時間常數(shù)值、q 軸次暫態(tài)電抗的時間常數(shù)值、同步電機的極對數(shù)值、摩擦系數(shù)和慣性系數(shù)值，如圖 37 所示。引入第一個Sum 模塊，在它的List of signs欄中輸入++。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器即PSS 是使用最廣、最簡單而有效的附加勵磁控制。按照圖33中所示仿真模型的參數(shù)，將第一個Transfer F模塊命名為PID，設(shè)置Transfer F模塊，在它的Numerato欄中輸入 [， 1]，在它的Denominator欄中輸入[，0]；將第二個Transfer F模塊命名為PID1,將該Transfer F模塊的Numerato欄設(shè)置為[，1]，Denominator欄中輸入[ ，1]。（2）積分時間常數(shù) 對控制性能的影響。本文對圖31所示的系統(tǒng)進行了建模與仿真研究。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。要正確反映上述情況就需要七個非線性微分方程。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。（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)，達到自動調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓的目的。其中按功率整流器是靜止還是選裝的又可以分為交流勵磁機靜止整流器勵磁方式（有刷）和交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流器勵磁方式（有刷）兩種。本文主要針對的是同步發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)的動態(tài)特性的研究，通過建立完整勵磁控制系統(tǒng)的仿真模型研究分析勵磁控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)正常運行和故障運行時的動態(tài)特性。它的作用是根據(jù)發(fā)電機電壓及運行工況的變化，自動地調(diào)節(jié)勵磁功率單元輸出的勵磁電流的大小，以滿足系統(tǒng)運行的要求。 勵磁控制的主要作用任務(wù)及工作原理勵磁控制是一種控制系統(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)。（5）故障消除后，電壓應(yīng)能得到很好的恢復(fù)。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。MATLAB進行數(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)課程的標準工具。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。14）或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式 （2()1)PDIUsGTsE=+15）式中： 為比例增益, 與比例帶 成倒數(shù)關(guān)系，即： ； 為積分時PKPKd1/PKd=IT間常數(shù)； 為微分時間常數(shù)；u(t)為控制量；e(t)為偏差。當(dāng) 偏小時，同樣超調(diào)量和調(diào)節(jié)時DT DT間也都較大。(2) 電壓調(diào)節(jié)通道中，增加一個動態(tài)增益衰減環(huán)節(jié)。圖34 PSS子系統(tǒng) 限幅環(huán)節(jié)子系統(tǒng)為了能夠確定限幅次數(shù)和每次限幅的幅值以及延時環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，在仿真模型中需要加入限幅環(huán)節(jié)子系統(tǒng)。圖35 限幅環(huán)節(jié)子系統(tǒng)引入第一個Product模塊，在它的Number of Input欄中輸入2。 POWERGUIPOWERGUI模塊（Power graphical user interface，電力圖形讀者界面），是一種用于電路和系統(tǒng)分析的圖形讀者界面。（3）在Simulink 的SimPowerSystems模塊庫中，打開Elements模塊庫，選中3phase Transformer功能模塊，并命名為 Threephase Transformer 1200MVA 24kV/110kV，分別設(shè)定它的容量，頻率，一次繞組和副方繞組電壓、電阻和電感參數(shù)、變壓器的磁化電阻和磁化升壓電抗參數(shù)，如圖314所示，其原方電壓為24kV，副方電壓為110kV，因為它為三相升壓變壓器。 MATLAB/SIMULINK仿真初值設(shè)置利用MATLAB進行勵磁系統(tǒng)動態(tài)仿真時，為了保證仿真從穩(wěn)定狀態(tài)下開始運行，必須正確設(shè)定系統(tǒng)的初始參數(shù)。圖317 三相短路故障時：同步發(fā)電機機端電壓仿真波形阻尼繞組電流Ifd、功率角 和功率Pe，同樣，在第15s處系統(tǒng)發(fā)生升壓變壓器出線d端三相短路時產(chǎn)生了劇烈的變化。如圖322所示為機端電壓的仿真波形，在15s斷路器斷開時，由于負荷突然減少，電壓參考值會突然上升，25s處斷路器合閘，也就是在增加負荷時，電壓參考值會因為負荷的增加而減小。如果把這種單調(diào)的生活看作一場場循環(huán)的演出，那么我只是一個安靜的演員。但是無論多么蹩腳的演員，無論臺下有多少觀眾，即使只說給自己聽，在他謝幕時也總要感激一些人，是這些人幫助他走上舞臺，成功或者不那么成功的“演出”。IfddPe圖324 斷線（跳閘）故障時：Ifd, 和Pe仿真波形d如圖323所示為發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化波形，在14s時由于斷路器斷開負荷減少，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會稍微提高，但當(dāng)斷路器合閘負荷增加時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會相應(yīng)減慢，而隨著勵磁控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，機端電壓偏差值得減小，同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也會相應(yīng)的變化，以適應(yīng)當(dāng)前的負荷。圖318 三相短路故障時：Ifd, 和Pe仿真波形d 機端電壓參考值階躍將3Phase Fault元件移出仿真電路，雙擊Step元件，對該元件參數(shù)進行設(shè)置。MATLAB針對上述問題提供了有效的解決方法。圖315 勵磁系統(tǒng)Simulink仿真模型在這個仿真系統(tǒng)中，重點模擬了同步發(fā)電機在大擾動下的暫態(tài)過程的運行特性：（1）在15s處，升壓變壓器出線端短路，；（2）在14s處，發(fā)電機機端電壓參考值階躍5%；（3）在15s處，交流雙回線的其中一條發(fā)生斷線（跳閘）故障。首先，點擊SimPowerSystems菜單欄，便可以看到Powergui模塊，鼠標右鍵點擊該模塊，選擇將該模塊添加進項目。 同步發(fā)電機的模型在 MATALB／SIMULINK 庫里打開 SimPowerSystems／Machines ，即可選擇需要的同步電機模型，一般有 PU units 和 SI units 兩種。在勵磁控制系統(tǒng)中引入限幅環(huán)節(jié)對提高勵磁控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定及保護發(fā)電機、變壓器、勵磁機等設(shè)備的安全運行有重要作用。但是，這個環(huán)節(jié)使勵磁電壓響應(yīng)比減少，不利于暫態(tài)穩(wěn)定，也是不可取的。通過調(diào)節(jié)PID的各參數(shù)，勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)能達到如下控制：（1）穩(wěn)態(tài)時有較大的放大倍數(shù)，使發(fā)電機端電壓接近恒定，保證發(fā)電機端電壓靜差率滿足國家標準要求，使系統(tǒng)有較大的靜態(tài)穩(wěn)定極限。對穩(wěn)態(tài)特性的影響：加大比例控制 ，PK PK在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)定誤差，提高控制精度，但加大 只減小誤差，卻P不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。功能性工具箱用于多種學(xué)科。MATLAB 語言由美國The Math Works開發(fā)，2022年推出了其全新的MATLAB 。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。如：在負荷波動時，要求調(diào)解性能好；在出現(xiàn)小振蕩時，要求穩(wěn)定性能好；在嚴重故障時，要求迅速消除故障，維持暫態(tài)穩(wěn)定。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。勵磁方式根據(jù)勵磁電源的不同可以分為三類：一類是直流勵磁機勵磁。本文利用MATLAB 在 SIMULINK 下對完整勵磁系統(tǒng)進行仿真的方式對勵磁控制系統(tǒng)進行了研究并通過分析勵磁控制系統(tǒng)的動態(tài)特性得出了相關(guān)結(jié)論，同時，通過故障實驗對勵磁控制系統(tǒng)的運行狀況有了進一步的研究。它的優(yōu)點是比較簡單，不易受系統(tǒng)影響，調(diào)節(jié)比較穩(wěn)定，但是碳刷、整流子維護麻煩，尤其是冒火問題很難解決。（2）在暫態(tài)過程中（即在大干擾時） ，抑制切斷負荷時電壓的升高，提高暫態(tài)穩(wěn)定性。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以及經(jīng)濟運行的需求，就促進了半導(dǎo)體勵磁代替了直流勵磁機。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。 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。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，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。當(dāng) 太大時，系統(tǒng)會趨于不P穩(wěn)定。本文在對同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)進行仿真時所用的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。這種控制信號不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機端電壓水平的能力，不改變其主要控制的地位。現(xiàn)將其創(chuàng)建方法和分析步驟簡述如下：首先，引入Gain 模塊，并將其設(shè)置為 4。模型中 Pm 和Vf 分別表示有功功率和勵磁電壓的輸入，A、B、C 是三相電輸出端口，m_pu 是對電機輸出參量的測量端口。圖311 Powergui屬性參數(shù)對話框圖312 Powergui 模塊的穩(wěn)態(tài)電壓——電流窗口點擊Initial States Setting選項，在彈出的對話框中選中Set all states to steady state選項，將Set selected state欄置為 。表31 各種solver算法指令的特點解算指令 解題指令 特點 適應(yīng)場合ode45 非剛性 一步法：采用5階RungeKutta方程；累計截斷誤差達 5()xD大多數(shù)場合的首選算法ode23 非剛性 一步法：采用2,3階RungeKutta方程；累計截斷誤差達 5較低精度( )場合310ode113 非剛性 多步法：采用Adams算法：高低精度均可（ ）3610~ode45計算時間太長時，取代ode45ode23t 適度剛性