【正文】 ； (5) 運(yùn)用Matlab/Simulink形成仿真模型。本文主要內(nèi)容 本課題研究交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行控制的動(dòng)態(tài)行為，主要工作有下列幾方面: (1) 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特性。哈爾濱大電機(jī)研究所與浙江大學(xué)、清華大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)等單位合作共同承擔(dān)了“380KW交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)”的機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)目，對水輪發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁變速運(yùn)行進(jìn)行研究，對交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)運(yùn)行方式及波形、交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性及穩(wěn)定性問題、仿真程序等方面進(jìn)行了研究。重慶大學(xué)電氣工程系長期開展d、q軸勵(lì)磁異步化同步發(fā)電機(jī)的理論分析、電磁設(shè)計(jì)等方面的研究工作。由于國內(nèi)外對我們實(shí)行關(guān)鍵技術(shù)保密，使我們在交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電技術(shù)研究過程中遇到很多困難，致使我們的研究發(fā)展進(jìn)程比較緩慢。歐洲、美洲一些國家也就交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作，發(fā)表了大量的文章，包括交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行的基本原理、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)分析、瞬間分析以及各種實(shí)現(xiàn)其有功、無功獨(dú)立調(diào)節(jié)的勵(lì)磁控制模型，同時(shí)，對其在風(fēng)力發(fā)電、船用發(fā)電、水電站變水頭發(fā)電等方面的應(yīng)用也作了大量的理論分析。日本關(guān)西電力公司于1987年投運(yùn)了世界上第一臺(tái)22MW的變速發(fā)電電動(dòng)機(jī)，并在1993年投運(yùn)了400MW的可變速抽水蓄能電站；東芝東京電力公司于1990年運(yùn)行了80MW的變速發(fā)電機(jī)組，并研制成功了300MW的變速交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組；高見電站、沖繩發(fā)電機(jī)等也相繼采用了可調(diào)速交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)技術(shù)。前蘇聯(lián)已有兩臺(tái)50MW異步化水輪發(fā)電機(jī)在依奧夫斯克水電站投入正式運(yùn)行，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了同頻異步并列運(yùn)行，且成功地實(shí)現(xiàn)了在輸出無功和大量吸收無功兩種工況下運(yùn)行。近些年來，許多國家如前蘇聯(lián)、日本和美國等都對交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)進(jìn)行了廣闊的研究，并逐步在工業(yè)領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。在可調(diào)速發(fā)電和解決電力系統(tǒng)現(xiàn)存問題等多種場合有著廣闊的市場和發(fā)展前景。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中一般也采用變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，利用交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組，通過控制勵(lì)磁頻率實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提高風(fēng)力機(jī)的效率，充分利用風(fēng)能。但傳統(tǒng)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)組是直流勵(lì)磁的同步電機(jī)，調(diào)速比較困難，且特性差，此外該機(jī)組需電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)比較困難，為解決蓄能機(jī)組的調(diào)速、啟動(dòng)，日本已研究并投入運(yùn)行了交流勵(lì)磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)，并取得了良好的效益。為適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷曲線變化，較好的解決辦法是在電力系統(tǒng)中建立一定容量的抽水蓄能電站，這種電站能承擔(dān)尖峰負(fù)荷和填平負(fù)荷低谷，目前已被全世界公認(rèn)為是最有效的手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，提出了一些新方法來解決電站和線路的持續(xù)工頻過電壓、穩(wěn)定性問題，如緊湊型線路、直流輸電技術(shù)、FACTS技術(shù)等。長線的出現(xiàn)使發(fā)動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)的穩(wěn)定問題更為突出。現(xiàn)代電力工業(yè)的這些趨勢，使得現(xiàn)在以傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)，暴露出越來越多的技術(shù)問題急待加以解決[1]。 Inverter 。 關(guān)鍵詞：交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)；矢量控制；變頻器；matlab/simulink 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制與仿真【Abstract】The basic structure of AC excited generator winding asynchronous motor with the same power, the stator side the rotor excitation winding, the threephase symmetrical distribution, symmetrical alternating current excitation provided by the inverter, and the excitation voltage amplitude, frequency, phase, phase sequence can be controlled according to the requirements, which can control the generator excitation magnetic field, with respect to the rotor position and speed of the motor, the AC excited generator has the stability and speed of good adaptability, independent of the active and inactive regulation ability and strong capability of running in phase, especially suitable for application in need of hydroelectric generating set, variable speed operation of pumped storage units and wind turbines, performance beyond the traditional synchronous generator and induction generator, so it has broad application prospects.Excitation control system plays a key role in the main contents and results are as follows in the excellent characteristics of formation of AC excited generator:Study of AC excited generator abc coordinate mathematical model, the dq0 coordinate mathematical model. The basic equations of AC excited generator in synchronous rotating coordinates is given, and the stator active power, reactive power expression without. Research on the static stability of AC excited generator research and transient stability. By using the method of stator flux oriented vector control of AC excited generator system, the vector control equations, determine the operation VSCF AC excitation generator and power without the control strategy of power decoupling control. The excitation system of AC excited generator vector control technology, use matlab/simulink software to carry on the simulation analysis system.Key Words: AC Excited Generator 。采用定子磁場定向的方法對交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行矢量控制研究，得出矢量控制方程，確定交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行以及有功無功解耦調(diào)節(jié)的控制策略。給出了交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的基本方程，并得出定轉(zhuǎn)子有功功率、無功功率表達(dá)式。 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制與仿真【摘 要】交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)相同，其定子側(cè)杰電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子上采用三相對稱分布的勵(lì)磁繞組，由變頻器提供對稱交流電勵(lì)磁，且勵(lì)磁電壓的幅值大小、頻率、相位、相序都可根據(jù)要求加以控制，從而可以控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場大小、相對于轉(zhuǎn)子的位置和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)具有良好的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力、獨(dú)立的有功與無功調(diào)節(jié)能力和較強(qiáng)的進(jìn)相運(yùn)行能力，特別適合應(yīng)用于需要變速運(yùn)行的水電機(jī)組、抽水蓄能機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組，性能超越傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)發(fā)電機(jī)，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。勵(lì)磁控制系統(tǒng)在形成交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的優(yōu)良特性方面起著關(guān)鍵作用主要工作內(nèi)容和成果如下：研究交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的abc坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型、dq0坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型。對交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性的研究和暫態(tài)穩(wěn)定性的研究。述了交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的矢量控制技術(shù)后，實(shí)用matlab/simulink軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。 Vector Control 。 MATLAB/Simulink目錄引言 1交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀 2本文主要內(nèi)容 31 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特性 42. 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 6 abc三相坐標(biāo)系中交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 6 電壓方程式 7 磁鏈方程式 7 10 10 坐標(biāo)變換 10 坐標(biāo)變換的原則和基本概念 10 3s/2s坐標(biāo)變換 12 2s/2r坐標(biāo)變換 14 3s/2r坐標(biāo)變換 15 dq0 坐標(biāo)系中交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 16 電壓方程式 16 磁鏈方程式 17 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)基本電磁關(guān)系 20 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)能量流動(dòng)與平衡關(guān)系 22 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)能量流動(dòng)關(guān)系 22 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)功率平衡關(guān)系 223 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)矢量控制策略 26 矢量控制概述 26 現(xiàn)有交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制策略分析 28 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)矢量控制策略 28 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)矢量控制策略 28 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)功率矢量控制 314 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行控制 34 PWM控制交直交變頻器的基本工作原理 34 不可控整流電路 35 中間電路 36 36 電感濾波 36 逆變電路的工作原理及基本形式 36 逆變電路的工作原理 36 PWM逆變電路的控制方式 37. 單極性方式 37 375 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性的研究 39 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性的機(jī)理分析 39 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性的穩(wěn)定極限仿真分析 45 496 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究 50 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性概述 50 發(fā)電機(jī)暫態(tài)功率頻率特性和飛輪效應(yīng) 517 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)交直交變頻器仿真 548 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真 57 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)模型 57 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓大小對系統(tǒng)有功無功的影響 60 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓頻率對系統(tǒng)有功無功的影響 61 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓相位對系統(tǒng)有功無功的影響 62 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓相序?qū)ο到y(tǒng)有功無功的影響 639 結(jié)論 65致謝 66參考文獻(xiàn) 67引言現(xiàn)在電力系統(tǒng)的發(fā)展主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢：（1）發(fā)電機(jī)單機(jī)容量日益增大，系統(tǒng)容量越來越大，輸電電壓等級越來越高，且輸電線路長度不斷增加；（2）電網(wǎng)日負(fù)荷曲線的不均勻性不斷加??；（3）在我國以原子核裂變所產(chǎn)生的能量建立的核電站數(shù)量逐漸增多；（4）充分利用水力、風(fēng)力等可再生性資源，大力發(fā)展水力、風(fēng)力發(fā)電。由于輸電線路電壓等級的提高，且線路不斷加長，負(fù)荷曲線的不均勻性加劇，當(dāng)輸電線路傳輸功率低于自然功率時(shí)，輸電線路將出現(xiàn)過剩的無功功率，從而導(dǎo)致電站和線路持續(xù)工頻過電壓，危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，使線路損耗增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)無法并網(wǎng)。解決上述問題的傳統(tǒng)方法是：同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行；電站或線路上加裝電抗器、靜止無功補(bǔ)償裝置或同步調(diào)相機(jī)，加裝補(bǔ)償設(shè)備增加了電站及系統(tǒng)的投資，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，為保證發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備需降低輸出，影響電站運(yùn)行效益。二十世紀(jì)七十年代，前蘇聯(lián)提出在電力系統(tǒng)中采用異步化同步發(fā)電機(jī)（包括異步化汽輪發(fā)電機(jī)和異步化水輪發(fā)電機(jī)，相應(yīng)轉(zhuǎn)子為直流和交流）部分取代同步發(fā)電機(jī)的辦法來解決電站因無功過剩引起的持續(xù)工頻過電壓和穩(wěn)定性問題。國外的實(shí)踐證明，抽水蓄能電站機(jī)組采用可逆型最佳，因?yàn)檫@種機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，廠房和輔助設(shè)備少，造價(jià)低，但這種機(jī)組由于水輪機(jī)兼作水泵，要使在電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)下都到達(dá)較高的效率，需機(jī)組可變速。另外，若在水輪機(jī)組上采用可變速的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組，則可使水輪機(jī)適應(yīng)不同的水頭，持續(xù)運(yùn)行在最佳工況。交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)是結(jié)合了異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型發(fā)電機(jī)，具有良好的調(diào)速性能、可調(diào)節(jié)電網(wǎng)的有功和無功功率、改善電網(wǎng)功率因素、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀由于交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)具有傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)無可比擬的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景，因此其理論研究和實(shí)踐實(shí)際已成為國內(nèi)外研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。前蘇聯(lián)在異步化同步發(fā)電機(jī)的理論研究和工業(yè)應(yīng)用方面做了大量工作，建立了異步化發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)理論，提出了雙通道勵(lì)磁控制思想，并對這種電機(jī)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行特性及并網(wǎng)運(yùn)行性能進(jìn)行了研究。日本從上世紀(jì)八十年代開始研究交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)技術(shù)[1]，并在飛輪蓄能與抽水蓄能電站的應(yīng)用方面取得了成功。經(jīng)過日本試驗(yàn)機(jī)組的運(yùn)行研究表明：通過水輪機(jī)的變速運(yùn)行可以提高水輪機(jī)的運(yùn)行效率，增加水泵運(yùn)行工況下的自動(dòng)調(diào)頻能力，并通過有功功率、無功功率的快速調(diào)節(jié)可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我國在交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)技術(shù)的研究方面起步較晚，開始于八十年代中期。華北電力大學(xué)主要開展了雙軸勵(lì)磁發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁控制研究，研制了100MW雙軸勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)物理模型，進(jìn)行了雙軸勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的基本方程及其暫、穩(wěn)態(tài)特性的分析，研究了雙軸勵(lì)磁發(fā)電機(jī)同頻異步穩(wěn)定運(yùn)行的物理特性。華中科技大學(xué)有學(xué)者對雙軸勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。盡管我國已在交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)方面加強(qiáng)了研究力量，但是由于種種原因，到目前為止國內(nèi)還沒有商業(yè)化的實(shí)用機(jī)組的制造和投運(yùn)。 (2) 交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制。 (6) 研究交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的暫態(tài)特性及有功和無功