【導(dǎo)讀】QF-6-2發(fā)電機(jī)為主，對(duì)其勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析。計(jì)和選擇，同時(shí)，適當(dāng)選擇過(guò)電壓和過(guò)電流的保護(hù)方式。的穩(wěn)定性和對(duì)系統(tǒng)的影響作一淺析。

　　

【正文】 點(diǎn)電位為正的整個(gè)區(qū)間， C2 一直充電，故鋸齒波的區(qū)間大于 180176。，移相范圍寬。實(shí)際上，在 C2充電過(guò)程中，B 點(diǎn)電位由原值向零值電位逐漸靠近一些，使 C 點(diǎn)電位向零向負(fù)值線(xiàn)性上升。 由于 T2管的放大倍數(shù)高， C 點(diǎn)位雖 上升， B 點(diǎn)電位可以認(rèn)為基本恒定，這就是恒流充電鋸齒波發(fā)生電路的基本工作原理。 鋸齒波移相觸發(fā)電路，根據(jù)控制電壓與鋸齒波斯灣電壓進(jìn)行比較的方式不同，有并聯(lián)和串聯(lián)兩種控制方式，簡(jiǎn)單的串聯(lián)控制方式鋸齒波移相觸發(fā)電路，如圖 312（ a）所示，來(lái)自綜合放大單元的直接控制電壓 VK 與鋸齒波電壓 Ve 反極性串聯(lián)后加在三級(jí)管 T 的基極和發(fā)射極之間，三極管的輸入信號(hào)為 Vba=VXVk，當(dāng) VK 一定，同步電壓由零向正半周變化，電容 C 開(kāi)始充電時(shí)，因基極為負(fù)電位， T 導(dǎo)通。當(dāng) VC=VK 時(shí)的瞬間，基極電位高于發(fā)射極電位， T 截止，這時(shí)在脈沖變 壓器 MB 副方感應(yīng)一個(gè)負(fù)脈沖，但由于 D D5 的作用，不會(huì)輸出，當(dāng)電容放電到 VC=VK 的時(shí)刻之后，基極電位低于發(fā)射摳電位，三極管 T 又由截止變?yōu)閷?dǎo)通，集電極電流 IC 突然增大，這個(gè)電流通過(guò)脈沖變壓器原方（ MB），其副方將感應(yīng)正脈沖電壓輸出。列下周期又重復(fù)上述過(guò)程。三極管 T 工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在每一周期內(nèi)， T 由導(dǎo)通截止。產(chǎn)生負(fù)脈沖； T 由截止變導(dǎo)通時(shí)，發(fā)現(xiàn)正在脈沖。改變控制 38 電壓 Vk 的大小，即改變 Vk 與鋸齒波放電段的交點(diǎn)。這就可以控制T 由截止變導(dǎo)通的時(shí)刻，從而使觸發(fā)脈沖移相。 這種觸發(fā)電路的鋸齒波工作段為負(fù)斜面，控制舊壓 VK 增大時(shí)，脈沖前稱(chēng)， VK 減小時(shí)，脈沖后移，另有一種觸發(fā)電路，基鋸齒波工作段為正斜率， VK 增大，脈沖后移； VK 減少，脈沖前移。 簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)接線(xiàn)控制方式據(jù)齒波移相觸發(fā)電路如圖 3=12（ b） ,鋸齒波電壓與控制電壓分別通過(guò)電阻 R2和 R3反極性并聯(lián)接入三級(jí)管T 的基一射極，工作原理與上述串聯(lián)控制方式相似。 39 40 第二部分 勵(lì)磁系統(tǒng)的性能分析 由第一部分的基本設(shè)計(jì)，一個(gè)完整的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)已經(jīng)建立起來(lái)，占其它控制系統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)如果也是由控制對(duì)象和控制器以及執(zhí)行 環(huán)節(jié)組成。其中同步發(fā)電機(jī)是控制對(duì)象，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是控制器，而勵(lì)磁機(jī)則是執(zhí)行環(huán)節(jié)。下面我就在建立由文字模型基礎(chǔ)上，分析已設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有關(guān)性能。 第一章 數(shù)學(xué)模型的建立 上面已設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)框圖如下所示： 由綜合放大單元，功率放大單元，發(fā)電機(jī)以及測(cè)量比較單元構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，下面先建立各部分對(duì)應(yīng)地傳遞函數(shù)，再分析整個(gè)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 11 測(cè)量比較單元 測(cè)量比較單元由測(cè)量變壓器，調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，整流濾波電路及測(cè)量比較電路組成，其中整流濾波電路具有延時(shí)，可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似描述 . 其它一般可以忽略它 們的延時(shí) 41 因此測(cè)量批發(fā)電路的傳遞函數(shù)可用下式表示 GR（ S） = STRKR1? 式中 KR 電壓比例系數(shù) TR：電壓測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)，它用濾波電路引起通常在 ～ 之間。 12 綜合放大單元的傳遞函數(shù) 綜合放大單元在半導(dǎo)體型調(diào)節(jié)器中是由運(yùn)算放大器組成，傳遞函數(shù)通?？梢暈榉糯笙禂?shù)為 K 的一階慣性環(huán)節(jié)，可表示為： GA（ S） = STAKA??1 KA：電壓放大系數(shù) TA：放大器時(shí)間常數(shù)采和運(yùn)算放大系數(shù)為 K 的放大器響應(yīng)快可近似認(rèn)為 TA=0 13 功率主大單元的傳遞函數(shù) 本設(shè)計(jì)中半導(dǎo)本勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率放大單元是三柯全控橋式整流由于晶閘管整流元件工作是斷續(xù)的，可控硅整流器輸出平均電壓，滯后觸發(fā)器控制電壓的時(shí)間與整流電器有關(guān)，其最大可滯后時(shí)間 TZ+mf1= 5061? =3001 M 為整流控制相數(shù) F 為電源頻率 由以上發(fā)析得：整流電路輸出電壓方程： 42 Ud= 式中 Kz:ud 和 uk 之間的放大倍數(shù) 上式經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)為： G（ S） =)( )(SUkSUd=KZ178。 經(jīng)泰勒級(jí)數(shù)展工： G（ S） =)( )(SUkSUd=KZ[TzSTZ 2111???] 略去高級(jí)項(xiàng)得到簡(jiǎn)化后的傳遞函數(shù)為 G（ S） = STZKZ??1 式中 TZ=3001 14 同步發(fā)電機(jī)傳遞函數(shù) 研究發(fā)電機(jī)空載時(shí)勵(lì)強(qiáng)控制系統(tǒng)的有關(guān)性能對(duì)發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)地間化傳遞函數(shù)可用一階滯后環(huán)節(jié)表示。 G STdoKGSG ???? 1)( 式中 KG：發(fā)電機(jī)放大系數(shù) TD：表示時(shí)間常數(shù)，忽略飽和現(xiàn)象查得 TD。 = 綜上所述，本勵(lì)磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖如下： 43 由上圖可得前向傳遞函數(shù) GB（ S） =ST d oSTZT A S KGKZKA ?????? ?? 1))1()1( 反饋傳遞函數(shù)： H（ S） = STRKR??1 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)： Gocs)=GB178。 cs）178。 Hcs） =STRsT d oSTZAT A S KRKGKZKA ?????? ??? 1))39。1))1)1( 代入數(shù)據(jù)： TA=OS Tz=3001 S T’do=6178。 365’s TR= 則 Gocs=))( ??? S） S （（KZ =))(1 5 )(3 0 0( ??? ASS KZ 其中 KZ1=KZ179。 則開(kāi)環(huán)極點(diǎn)為： S1=300， S2=,S3= 開(kāi)環(huán)零噗卻在無(wú)窮遠(yuǎn)處： 閉環(huán)傳遞函數(shù)： Gcs=KZSSSSKZ?????))()(30011()( = 2 8 1 2 )( 223 ???? ? KZSS SKZ 代入數(shù)據(jù)，并設(shè) KR=1 則 所以閉環(huán)傳遞的函數(shù)的特征議程為： 0143 02 23 ??????? KZSSS 44 故本方案建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型為三階模型 第二章 動(dòng)態(tài)性以分析 在上述已建立的傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上，我們運(yùn)和自動(dòng)控制理論加有關(guān)方法及計(jì)算機(jī)輔助分析來(lái)分析已設(shè)計(jì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能包括暫態(tài)性能穩(wěn)定性以及穩(wěn)態(tài)性能。 21 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 所以穩(wěn)定性是指一個(gè)上于靜止或穩(wěn)定工作狀態(tài)的系統(tǒng)，當(dāng)受到任何輸入的激勵(lì)，經(jīng)過(guò)一般暫態(tài)過(guò)程中，系統(tǒng)中的狀態(tài)度輸出都能恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)或達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)的穩(wěn)定的充分必要條件是系統(tǒng)全部特處根的實(shí)部為負(fù)，下面討論呆證系統(tǒng)穩(wěn)定對(duì)放大倍數(shù)的要求：采用根軌法進(jìn)行分析，并以 BODE 圖分析 且穩(wěn)定性能和說(shuō)明。 （一）田建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的傳遞函數(shù)如： 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： Gocs=))(1 5 )(3 0 0( ??? SSS KZ KZ= 則分母階段 n3 分子階段 m=0 三個(gè)極點(diǎn)分別為 300 零點(diǎn)為 0 nm=3 故應(yīng)有三條漸近線(xiàn) 1）漸近線(xiàn)傾角 45 ,2,1,0)/()12( ???? kmnk ?? ? 1=3? ， ? 2=? ? 3=35 ? 2）漸近線(xiàn)形心： S=（ S1+S2+S3） /3= 3）根軌跡實(shí)軸分離點(diǎn)計(jì)算確是： 財(cái)閉環(huán)特征方程得 =（ S3++） =0 解方程求根得： S1= S2=（舍） 代入（ 1）方程 K 得 KZ1= 所以 KZ1=KZ1/= 此即為實(shí)軸上分離點(diǎn)處的所對(duì)應(yīng)的KZ 值由自控理論知即為系統(tǒng)臨界阻尼處，在 0Kz 段為過(guò)阻尼在 KzKmax 為欠阻尼，其中 Kmax 為虛軸交點(diǎn)處的 KZ 值也即為臨界穩(wěn)定的 Kz 值，礦據(jù)見(jiàn)下計(jì)算（ 4） 4）蘿斯判據(jù) S3++++KZ1=0 S3 1 0 S2 +KZ1 0 S1 b1 S0 +KZ1 Br=a1 1 +KZ1 46 = (+? ) 如果系統(tǒng)穩(wěn)定則有 ? 0 +KZ10 ∴ 0KZ1 則 0KZ1 ∴ 0KZ1 綜合分離點(diǎn) KZ1的值，則 KZ1 在此范圍內(nèi)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài) 根據(jù)軌跡如下圖： 由圖可知：當(dāng) 0K 時(shí)，根軌跡在左半軸平面此時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定 K= 時(shí)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定當(dāng) K 時(shí)根軌跡進(jìn)行右半平面，此時(shí)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 47 在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)當(dāng) 0K 時(shí)根軌跡與實(shí)軸重合此時(shí)系統(tǒng)處于過(guò)陽(yáng)尼響應(yīng)時(shí)域響應(yīng)無(wú)超調(diào)量，當(dāng) 2529K 時(shí)根軌跡進(jìn) 入復(fù)平面系統(tǒng)處于欠阻尼響應(yīng)對(duì)應(yīng)的時(shí)域響應(yīng)有超調(diào)量， K= 時(shí)，為實(shí)軸分離點(diǎn)，對(duì)應(yīng)時(shí)域響應(yīng)為臨界阻尼狀態(tài)。 22 利用時(shí)域仿真 校驗(yàn)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo) 該方法是利用計(jì)算機(jī)時(shí)域仿真程序?qū)σ阎南到y(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真從其輸出的結(jié)果中分析放大倍數(shù) K 的最佳取值。 （一）程序使用說(shuō)明： 閉環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式； G（ S） = AnSnASnA BmgmBSmB ?????? ??????? 11 11 ≥ m 輸入格式； 在 simu,dat 中 h,hp,tr,tw,n,m,t can+11 d+11 Ind,cdn E(n) 文 件中各符號(hào)代表意思分別為： H：計(jì)算步長(zhǎng) Hp：打印步長(zhǎng) Tr：仿真初始時(shí)間 tn：仿真終止時(shí)間 48 n：分母階數(shù) m：分子階數(shù) t：純滯后時(shí)間 e(N)：初始狀態(tài) a(N+1)分母多項(xiàng)式系數(shù) b(N+1)分子多項(xiàng)式系數(shù) IND：干擾類(lèi)型 CPN：干擾量 說(shuō)明：每行各數(shù)據(jù)間以逗號(hào)或空格分格以下均同 3 輸出格式 輸出數(shù)據(jù)文件 out dat 其格式為： Itae Iat Itsc Isc Ts Tr Tp Mp Dr Ye 各符號(hào)代表意思分別為： 49 Itae：誤差絕對(duì)值錄時(shí)間積分性能指標(biāo) Iat：誤差絕對(duì)值積分性能指 標(biāo) Itsc：誤差平方來(lái)時(shí)間積分性能指標(biāo) Isc：誤差平方積分性能指標(biāo) Ts：過(guò)濾時(shí)間 Tr：上升時(shí)間 Tp：峰值時(shí)間 Mp：超調(diào)量（ %） Dr：衰減比 Ye：穩(wěn)態(tài)值 運(yùn)行 siml exe 程序，干擾類(lèi)型選單位階躍即 IND=1 CON=1 運(yùn)行后于各時(shí)間相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)存在于 abc,dat 文件中，用 GRAPH 軟件時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)文件 畫(huà)圖 過(guò)阻尼狀態(tài)： 23 移態(tài)誤差的計(jì)算 E（ oo） = Ki?11 =%2% 符合要求 ∴不用如反饋環(huán)節(jié) 第三章 勵(lì)磁系統(tǒng)控制對(duì)電力系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定影響及改善的分析 早期研究認(rèn)為，失靈區(qū)不存在的調(diào)節(jié)器可以提高電力系統(tǒng)的靜穩(wěn) 50 定的功率極限同時(shí)在空載和負(fù)載兩種情況下，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大系數(shù)的要求是不一樣的，為了更好地互聯(lián)并列運(yùn)行及改造穩(wěn)定性能，一般采用提高穩(wěn)定的反饋校正電路。研究表明，互聯(lián)系統(tǒng)本身因有的自然一尼微弱性是發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因，而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)又使系統(tǒng)產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)產(chǎn)生低，頻振蕩，但是當(dāng)系統(tǒng)引入適當(dāng)?shù)男盘?hào)，可以增加系統(tǒng)的阻尼，對(duì)克服增長(zhǎng)性的振蕩是一種有效的措施。 31 同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)療程線(xiàn)性化條件 本方案以一臺(tái)同步發(fā)電機(jī) 經(jīng)外摘阻抗接于大限大母線(xiàn)為典型例子。例如系統(tǒng)處于小擾動(dòng)情況下，同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)做如下假設(shè)： 忽略阻尼效應(yīng)。 忽略定子繞阻電阻。 選定初始點(diǎn)后，飽和效應(yīng)可以忽略。 在定子的負(fù)荷電壓過(guò)程中， dq 軸感應(yīng)電勢(shì)中的 did/dt 和 diq/at項(xiàng)與轉(zhuǎn)速電動(dòng)勢(shì) w69twsd 項(xiàng)與轉(zhuǎn)速電動(dòng)勢(shì) w69 和 wsd 相比可以忽略： 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的 ws 項(xiàng)近似等于 wewo 是同步角速度。 32 同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)方程及穩(wěn)定數(shù)據(jù) 根據(jù)對(duì)暫態(tài)電勢(shì) E9 的方程式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)療程。發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程及發(fā)電機(jī)端電壓方程的分析導(dǎo)出同步發(fā)電機(jī)的動(dòng) 態(tài)方程組為： △ E’q =K3178。△ Ede/c1+K3Tdo’sK3K4△ S/c1+k3Tdo’s 51 △ M178。 e=K1178。△ S+K2△ Eq’ △ Ug=K1178。△ 8=K6△ Eq’ △ W=（△ Mm△ Me） /TS △ S=W178。△ w/s 其中： K1=（ XqXd’） (X’d=Xe)+U， ./(Xe+Xq) 表示在恒定的轉(zhuǎn)子 d 軸磁鏈下，當(dāng)轉(zhuǎn)子相位角有小變化時(shí)，所引起的電磁轉(zhuǎn)矩變化的系數(shù)。 K2=（ Xq+Xe） Iq0/(Xd’+Xe) 表示在恒定的轉(zhuǎn)子相位角下，相應(yīng)于小 d 軸磁鏈變化引起的電磁轉(zhuǎn)矩變化系數(shù) K3=（ Xd’+Xe） /(Xd+Xe) 表示與阻抗有關(guān)，而與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)的阻抗系郵。 K4=（ XdXd’） U178。 sinso/(xdxe) 表示與轉(zhuǎn)子相位角 S 有關(guān)的系郵 K5=UxduqGo178。 sinSo/U6178。 cxd’+xd+xd178。 u,udG178。 COSSO/UG178。 (X9+Xe) 表示示恒 d 軸磁鏈下，轉(zhuǎn)子相位角小