电力系统自动化实验仿真

发动机自动励磁调节系统实验仿真一.仿真原理供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励 磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提 供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元 的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当 大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励 磁技术不断发展。发电机的励磁系统的控制主要有单励、相励和复励，通过闭环回路的反馈调节 控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应 该在允许的范围内。当发电机并网运行时，发电机的励磁系统决定无功功率的分 配，发动机的输出决定发电机的有功功率的分配。对于小电网独立运行的发电机 而言，励磁系统直接关系到发电机的输出特性，当启动大负荷的设备时，发电机 的励磁调节十分重要的。发电机的励磁电流是由发电机的输出取得，励磁电流的大小是由AVR根据发电 机的输出给定值和输出端电压、电流的反馈量自动调节；励磁系统设有强迫励磁 调节单元。励磁系统的基本功能是给同步发电机磁场绕组提供直流电流，此外励 磁系统通过调节发电机励磁绕组的直流电流，控制发电机机端电压恒定，满足发 电机正常发电的需要，同时寸抓制发电机组间无功功率的合理分配，因此同步发 电机励磁控制系统直接影响发电机的运行特性。在电力系统正常运行或事故运行 中，同步发电机的励磁控制系统对保证发电机可靠运行，有效地提高发电机及电 力系自动控制系统统的技术经济指标，使电力系统有令人满意的性能是至关重 要的。具体励磁系统的主要作用包括以下几个方面：（1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定（2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；（3）提高发电机并列运行的静态稳定性；（4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；（5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；（6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。三.仿真过程1. 在Simulink liberary环境下建立一个modle，搭建基于传递函数的常规PID 励磁控制系统仿真模型，进行励磁控制系统特性的分析。2. 利用MATLAB提供的模糊逻辑工具箱和神经网络工具箱设计模糊励磁控 制器。3. 传递函数为：G (s) H (s)=闭环传递函数为:G (s) H (s)=S2 +2695S2 +49.75S+18.125+ K其中 K=18.125KaKgKr(1)当求K=01315变化的根轨迹用下面的指令。在mat lab建立的modle中输入如下指令：Num =1;den=1 26.95 49.473 18.125；figure(1)，rlocus(num,den);axis(-30 5-10 10)得结果根轨迹图为：KRoot LocusReal AxisS2 + 2695S 2 +49.75S+1&125(2)在已经建立的modle中输入指令求阶跃响应，指令如下:kA=50;numc=0.725*kA*1 25;denc=1 26.95 49.475 18.125+18.125*kA;t=0:0.05:20;c=step(numc,denc,t);figure(2),plot(t,c),xlabel(t,s),gridtitle(Termunal voltage step response)时域特性指标为：峰值时间为0.52174s，超调量为85.714%；上升时间为 0.30434s，稳定时间为 19.1667s。机端电压阶跃响应图如下所示：t.s在Simulink Powersystem中建立模型框图为:0.6&R+1由此可知，运行结果与上图所示一致。4. 添加电压负反馈，把参数带入，并取Kf =1，Tf=1.8同理由开环函数得开 环传递：0.85K (s3 + 25.5 s2+35s+12.5)G(s)H(s)= s4 + 27.5s3 + 64.29密2 + 45.33&+9.969闭环传递函数:(s)=G(、s)、1 + G(s)H (s)(1)在mat lab下输入如下指令:kA=50;numc=0.725*kA*1 25.55 13.75;denc=1 27.5+0.805*kA 64.298+20.527*kA45.336+28.175*kA9.969+10.062*kA;t=0:0.05:10;c=step(numc,denc,t);figure(2),plot(t,c),xlabel(t,s),gridtitle(Termunal voltage step response)时域性能指标为：峰值时间为5.01326s，超调量为3.84615%;上升时间为 2.1733s，稳定时间为 6.96671。则添加电压负反馈后的机端电压阶跃响应图如下所示:TERMINAL VOLTAGE STEP RESPONSE在Simulink Powersystem中建立模型框图为:StepAddZero-Pole1/1禹 (s+1/1.8)0.045+1Transfer Fcn3ClockTerminator运行时，可以得到与上图相同的响应。结果表明暂态响应特性还是比较好的， 超调量只有3.85%，稳定时间大约为7s。四.仿真结果由上述仿真结果来看，仿真结果基本与励磁调节一致，发电机的自动励磁控制 系统通过对发电机输出电压波动后产生的偏差实现对发电机输出电压的控制，从 而使发电机的输出电压不变或者维持在可许的波动范围内，从而提高发电机的输 出特性，提高发电机的效率，暂态响应特性还是较好的，电压反馈环节还可以提 高系统的稳定性。五.分析讨论在仿真过程中，仿真软件Matlab为包括电力电子器件在内的电力系统提供了 良好的建模和仿真平台，有良好的图形显示功能，仿真实验的可扩展性好，易升 级。在利用MATLAB/Simulink仿真软件进行了励磁系统仿真，得到不同参数时的 动态响应曲线，进行比较分析，得到系统最稳定时的积分时间常数T下的最好时 取的动态放大系数。另外，实验结果说明了自动调压器是改善电力系统稳定的一 项有效措施，在这次的的分析中，不对动态特性的品质问题作分析讨论，只是讲 述自动励磁调节系统的稳定性，则可以从以上的指标中得到分析结果。评价自动 励磁调节系统动态特性的优劣，是较简单的问题，如稳定时间应该短，超调量应 该小，上升时应该短等等，稳定时间广，超调量a 1，上升时间为调节过程的 质量指标。但实际中自动励磁调节系统的动态特性，比单纯比较这些指标要复杂， 是由于电压，电流极限值的限制，则带来系统振荡大，a2，都加大二加大。 根据以上分析这里就利用同步发电机在空载额定转速条件下突然加入励磁，使发 电机机端电压从零启升压的事件响应曲线给出的同步发电机励磁自动控制系统 的三个动态指标。最后，虽然此次设计的励磁控制器实验仿真结果和实际值存在一定的偏差，但 具有十分明确的指导性。同时自己在实验中也逐步加深了对励磁调节的进一步理 解，也激发对本课程的学习热情。