1、發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真一.仿真原理供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。它一般由勵(lì) 磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提 供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元 的輸出。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng) 大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)組穩(wěn)定極限降低的趨勢(shì)，也促使勵(lì) 磁技術(shù)不斷發(fā)展。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的控制主要有單勵(lì)、相勵(lì)和復(fù)勵(lì)，通過(guò)閉環(huán)回路的反饋調(diào)節(jié) 控制勵(lì)磁電流及電壓，達(dá)到發(fā)電機(jī)對(duì)外做功的要求，同時(shí)控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置應(yīng) 該在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)

2、的勵(lì)磁系統(tǒng)決定無(wú)功功率的分 配，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出決定發(fā)電機(jī)的有功功率的分配。對(duì)于小電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的發(fā)電機(jī) 而言，勵(lì)磁系統(tǒng)直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)的輸出特性，當(dāng)啟動(dòng)大負(fù)荷的設(shè)備時(shí)，發(fā)電機(jī) 的勵(lì)磁調(diào)節(jié)十分重要的。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流是由發(fā)電機(jī)的輸出取得，勵(lì)磁電流的大小是由AVR根據(jù)發(fā)電 機(jī)的輸出給定值和輸出端電壓、電流的反饋量自動(dòng)調(diào)節(jié)；勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)有強(qiáng)迫勵(lì)磁 調(diào)節(jié)單元。勵(lì)磁系統(tǒng)的基本功能是給同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組提供直流電流，此外勵(lì) 磁系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的直流電流，控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定，滿足發(fā) 電機(jī)正常發(fā)電的需要，同時(shí)寸抓制發(fā)電機(jī)組間無(wú)功功率的合理分配，因此同步發(fā) 電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。在電

3、力系統(tǒng)正常運(yùn)行或事故運(yùn)行 中，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)保證發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行，有效地提高發(fā)電機(jī)及電 力系自動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使電力系統(tǒng)有令人滿意的性能是至關(guān)重 要的。具體勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用包括以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定（2）控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率分配；（3）提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性；（4）提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性；（5）在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；（6）根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵(lì)磁限制及最小勵(lì)磁限制。三.仿真過(guò)程在Simulink liberary環(huán)境下建立一個(gè)modle，搭建基于傳

4、遞函數(shù)的常規(guī)PID 勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行勵(lì)磁控制系統(tǒng)特性的分析。利用MATLAB提供的模糊邏輯工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱設(shè)計(jì)模糊勵(lì)磁控 制器。傳遞函數(shù)為：G (s) H (s)=閉環(huán)傳遞函數(shù)為:G (s) H (s)=S2 +2695S2 +49.75S+18.125+ K其中 K=18.125KaKgKr(1)當(dāng)求K=01315變化的根軌跡用下面的指令。在mat lab建立的modle中輸入如下指令：Num =1;den=1 26.95 49.473 18.125；figure(1)，rlocus(num,den);axis(-30 5-10 10)得結(jié)果根軌跡圖為：KRoot Locus

5、Real AxisS2 + 2695S 2 +49.75S+1&125(2)在已經(jīng)建立的modle中輸入指令求階躍響應(yīng)，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)時(shí)域特性指標(biāo)為：峰值時(shí)間為0.52174s，超調(diào)量為85.714%；上升時(shí)間為 0.30434s，穩(wěn)定時(shí)間為 19.1667s。機(jī)端電壓

6、階躍響應(yīng)圖如下所示：t.s在Simulink Powersystem中建立模型框圖為:0.6&R+1由此可知，運(yùn)行結(jié)果與上圖所示一致。添加電壓負(fù)反饋，把參數(shù)帶入，并取Kf =1，Tf=1.8同理由開(kāi)環(huán)函數(shù)得開(kāi) 環(huán)傳遞：0.85K (s3 + 25.5 s2+35s+12.5)G(s)H(s)= s4 + 27.5s3 + 64.29密2 + 45.33&+9.969閉環(huán)傳遞函數(shù):(s)=G(、s)、1 + G(s)H (s)(1)在mat lab下輸入如下指令:kA=50;numc=0.725*kA*1 25.55 13.75;denc=1 27.5+0.805*kA 64.298+20.52

7、7*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)時(shí)域性能指標(biāo)為：峰值時(shí)間為5.01326s，超調(diào)量為3.84615%;上升時(shí)間為 2.1733s，穩(wěn)定時(shí)間為 6.96671。則添加電壓負(fù)反饋后的機(jī)端電壓階躍響應(yīng)圖如下所示:TERMINAL VOLTAGE STEP RESPONSE在Simulink Powersystem中建立模型框圖為:StepAddZero-

8、Pole1/1禹 (s+1/1.8)0.045+1Transfer Fcn3ClockTerminator運(yùn)行時(shí)，可以得到與上圖相同的響應(yīng)。結(jié)果表明暫態(tài)響應(yīng)特性還是比較好的， 超調(diào)量只有3.85%，穩(wěn)定時(shí)間大約為7s。四.仿真結(jié)果由上述仿真結(jié)果來(lái)看，仿真結(jié)果基本與勵(lì)磁調(diào)節(jié)一致，發(fā)電機(jī)的自動(dòng)勵(lì)磁控制 系統(tǒng)通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓波動(dòng)后產(chǎn)生的偏差實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓的控制，從 而使發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變或者維持在可許的波動(dòng)范圍內(nèi)，從而提高發(fā)電機(jī)的輸 出特性，提高發(fā)電機(jī)的效率，暫態(tài)響應(yīng)特性還是較好的，電壓反饋環(huán)節(jié)還可以提 高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五.分析討論在仿真過(guò)程中，仿真軟件Matlab為包括電力電子器件在內(nèi)

9、的電力系統(tǒng)提供了 良好的建模和仿真平臺(tái)，有良好的圖形顯示功能，仿真實(shí)驗(yàn)的可擴(kuò)展性好，易升 級(jí)。在利用MATLAB/Simulink仿真軟件進(jìn)行了勵(lì)磁系統(tǒng)仿真，得到不同參數(shù)時(shí)的 動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，進(jìn)行比較分析，得到系統(tǒng)最穩(wěn)定時(shí)的積分時(shí)間常數(shù)T下的最好時(shí) 取的動(dòng)態(tài)放大系數(shù)。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了自動(dòng)調(diào)壓器是改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一 項(xiàng)有效措施，在這次的的分析中，不對(duì)動(dòng)態(tài)特性的品質(zhì)問(wèn)題作分析討論，只是講 述自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則可以從以上的指標(biāo)中得到分析結(jié)果。評(píng)價(jià)自動(dòng) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)劣，是較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，如穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)該短，超調(diào)量應(yīng) 該小，上升時(shí)應(yīng)該短等等，穩(wěn)定時(shí)間廣，超調(diào)量a 1，上升時(shí)間為調(diào)節(jié)過(guò)程的 質(zhì)量指標(biāo)。但實(shí)際中自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，比單純比較這些指標(biāo)要復(fù)雜， 是由于電壓，電流極限值的限制，則帶來(lái)系統(tǒng)振蕩大，a2，都加大二加大。 根據(jù)以上分析這里就利用同步發(fā)電機(jī)在空