【文章內(nèi)容簡介】 行；(5)MATLAB GUI，這可讓使用者也可以像VB、VC、DELPHI等程序那樣進(jìn)行一般的可視化的程序界面編輯：(6)MATLAB的圖形功能十分強(qiáng)大。在FORTRAN和C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單；(7)MATLAB的缺點(diǎn)是：它和其他高級(jí)語言相比，程序的執(zhí)行速度比較慢。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； (8)功能強(qiáng)大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴(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。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究；(9)源程序的開放性。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點(diǎn)。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(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。第三章 勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 勵(lì)磁系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)在研究勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型時(shí)，通常采用單機(jī)無窮大系統(tǒng)來進(jìn)行。本文對(duì)圖31所示的系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真研究。該仿真系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、雙回輸電線路、廠用電負(fù)荷和無窮大系統(tǒng)組成。其中輸電線路為110kV 線路，其實(shí)名制下的參數(shù)為 、。無窮大系統(tǒng)由12022MVA系統(tǒng)電源和一個(gè)500MVA 的系統(tǒng)復(fù)合而成。圖31 單機(jī)—無窮大系統(tǒng)圖（標(biāo)幺制） PID控制器PID控制理論是勵(lì)磁控制系統(tǒng)中一種很重要的控制理論。這種理論是按偏差的比例、積分、微分控制簡稱PID控制。PID控制是過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。圖32 模擬PID控制系統(tǒng)原理圖如圖32，PID控制器是一種線性控制器，它通過給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t) 的偏差e(t) 的比例（P ）、積分（I）和微分（D）的線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為 （20()1()[()()]tDPITdetutKet=+242。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(shí)PKPKd1/PKd=IT間常數(shù)； 為微分時(shí)間常數(shù)；u(t)為控制量；e(t)為偏差。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。對(duì)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。對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：比例控制 加大，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏、PK響應(yīng)速度快。 偏大，振蕩次數(shù)變多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。當(dāng) 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不P穩(wěn)定。若 太小，會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)緩慢。（2）積分時(shí)間常數(shù) 對(duì)控制性能的影響。對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：積分控制能消除系IT統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但若 太大，積分作用太弱，將不能減小IT穩(wěn)態(tài)誤差。對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：積分時(shí)間常數(shù) 偏小，積分作用強(qiáng)，振蕩次數(shù)較多，太大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)時(shí)間常數(shù) 合適時(shí)，過渡性能比較理想。IT I（3）微分時(shí)間常數(shù) 對(duì)控制性能的影響。微分控制的作用跟偏差信號(hào)的變化趨勢DT有關(guān)，通過微分控制能夠預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前的校正作用，可以較好的改善動(dòng)態(tài)特性。如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度等。但當(dāng) 偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長。當(dāng) 偏小時(shí)，同樣超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)DT DT間也都較大。只有 取得合適，才能得到比較滿意的效果。通過調(diào)節(jié)PID的各參數(shù)，勵(lì)磁控制系統(tǒng)應(yīng)能達(dá)到如下控制：（1）穩(wěn)態(tài)時(shí)有較大的放大倍數(shù)，使發(fā)電機(jī)端電壓接近恒定，保證發(fā)電機(jī)端電壓靜差率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，使系統(tǒng)有較大的靜態(tài)穩(wěn)定極限。（2）暫態(tài)時(shí)有較小的放大倍數(shù)，以避免超頻和振蕩。保證發(fā)電機(jī)間無功分配的穩(wěn)定性。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。圖33 PID控制器子系統(tǒng)Gain模塊為該控制器的比例環(huán)節(jié)，將它的參數(shù)設(shè)置為40。按照圖33中所示仿真模型的參數(shù)，將第一個(gè)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(gè)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]。選中圖33中的功能模塊，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)擊該系統(tǒng)模塊的名稱Subsystem，將它重新命名為PID環(huán)節(jié)。 PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題，可以理解為電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩的阻尼問題。分析證明，勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)作用，是造成電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩阻尼變?nèi)酰ㄉ踔磷冐?fù)）的最重要的原因之一。在一定的運(yùn)行方式及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)下，電壓調(diào)節(jié)作用，在維持發(fā)電機(jī)電壓恒定的同時(shí)，將產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。許多研究表明，在正常實(shí)用的范圍內(nèi)，勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用會(huì)隨著開環(huán)增益的增大而加強(qiáng)。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。解決這個(gè)不兼容性的辦法有：(1) 放棄調(diào)壓精度要求，減少勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益。這對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性均有不利的影響，是不可取的。(2) 電壓調(diào)節(jié)通道中，增加一個(gè)動(dòng)態(tài)增益衰減環(huán)節(jié)。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。但是，這個(gè)環(huán)節(jié)使勵(lì)磁電壓響應(yīng)比減少，不利于暫態(tài)穩(wěn)定，也是不可取的。(3) 在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，增加附加勵(lì)磁控制通道解決電壓調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定之間矛盾的有效措施，是在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，增加其他控制信號(hào)。這種控制信號(hào)可以提供正的阻尼作用，使整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限的水平達(dá)到和超過咱態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的水平。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。因此，又稱為附加勵(lì)磁控制。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(lì)磁控制。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號(hào)可以取同步電機(jī)的電功率、電機(jī)的功角、軸速度或它們的組合。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。Saturation模塊、 Transfer F模塊和Sum模塊構(gòu)成?，F(xiàn)將其創(chuàng)建方法和分析步驟簡述如下。引入一個(gè)Saturation 模塊，將其Upper limit欄設(shè)置為 0，將其Low limit欄設(shè)置為0，由于在本仿真中Synchronous Machine功能模塊的屬性參數(shù)沒有選擇 “Simulation saturation”選項(xiàng)的緣故。引入兩個(gè)Gain 模塊，將其屬性參數(shù)分別設(shè)置為 1和5。引入兩個(gè)Transfer F模塊，將第一個(gè) Transfer F模塊的 Numerator欄設(shè)置為[2,0]，將它的Denominator欄設(shè)置為 [2,1]；將第二個(gè)Transfer F模塊的Numerator欄設(shè)置為[,0]，將它的Denominator 欄設(shè)置為[,1]。引入一個(gè)Sum 模塊，在它的List of signs欄中輸入++；全部選中圖34中所示的功能模塊，用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊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)擊選擇Creat Subsystem（創(chuàng)建子系統(tǒng)），點(diǎn)擊該子系統(tǒng)的名稱Subsystem ，將它重新命名為PSS 。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(shí)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)。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。在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中引入限幅環(huán)節(jié)對(duì)提高勵(lì)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(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器、勵(lì)磁機(jī)等設(shè)備的安全運(yùn)行有重要作用。本文也封裝了一個(gè)專用的限幅環(huán)節(jié)子系統(tǒng)。它主要包括以下幾個(gè)功能模塊：Gain模塊、Saturation （飽和）模塊和Transfer f模塊?，F(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。接著在Discontinuities模塊庫中選擇Saturation 模塊，且命名為V_Rmax ，并將其Upper limit欄（上限值）設(shè)置為10，將其Low limit欄（下限值）設(shè)置為9。引入第一個(gè)Sum 模塊，在它的List of signs欄中輸入++。引入第二個(gè)Saturation 模塊，并將其Upper limit欄設(shè)置為 10，將其Low limit欄設(shè)置為9。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]。引入第三個(gè)Saturation 模塊，設(shè)置模塊名為V_ceiling，并將其Upper limit欄設(shè)置為5，將其Low limit欄設(shè)置為0。引入第二個(gè)Sum 模塊，在它的List of signs欄中輸入+。引入第一個(gè)Constant模塊，將它模塊名改為SE，在它的Consrant value欄中輸入，因?yàn)橐獮镾um 。引入第一個(gè)指數(shù)函數(shù)模塊，需要在Math operation模塊庫中調(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