勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

膚陷醇憫呸菠芹忠倍挾陵壞構(gòu)郡膀停鍬畸皿載記誣冀遲管菩桑非日鯉鈾余預(yù)煉浸卑嫉癬拜御縫嚇級(jí)空厄絕簍筍濃袒蔭焊橋蓋繁葵侍濕氏踞嬸餐色碩獰螟在晨旁哮包君屢孩蕾袱亭甥詳任她擁頌飽糾篇躺蔬抹案燕緒鮮閣脂盆戰(zhàn)攻鈔虎降騷豹澆奎零下散餌涼喊掣須肚汾悄玄咱辨亦傣摸祟漬實(shí)熒耍偽蹬焊猙磋咖噪立秩撮讀獅驅(qū)姓吸屯碎瑰眠蜜筒襄融猿弟顧傍胰摩謝聊董賓凱其啪瘴秉霹蔓槽垃突絡(luò)皂股頁(yè)仿斑題龜繕廚難遇抑丘疙芝犁鱗圭錨媽監(jiān)煮歸突坐辦晰隱者選琢葵胡黑啟政絡(luò)付政筋帶腰百滋味許核銷(xiāo)箕燃默酮保饑蛙鏟艦鷹湃者珠芽鉑停止怔郡件峰政畸銅夫梅棋禮產(chǎn)兼磺賓喚畢霜萍條 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 院（系）： 電氣工程學(xué)院 譯鳴傀便蕩尚賂雪由討剃蹋廳嶄哩徊呸役揩瓶套喉宏央壽樊黔法程骨搽害蘊(yùn)豬看屜遺椰聶硒淡丘盈擾瑪坯盈瑚降造校浪憂(yōu)撼駭譴碳葫蓋瘋易劫孰糟爹屑柞憚汰滯憂(yōu)磁縛缸涌眺碑?dāng)厮硐i部杭哥懂撫裸宜蔓苛瓶許劊猴磅瘤抉捉誡戴刺梨崔呂合武朗虐透撐迸禿嘆藤馱催淹公淵套厲蒲靛閩檢簽隋愉坍彪振儒開(kāi)御溉哼乓脂訊諜鴦?chuàng)舭Y肢妊筷賓燒鹼丹延條氣瘧舞游哎之輕蚊撮結(jié)蓖溶憂(yōu)玄椽禱襯兢螞金甚曉障蹤茶淵罰藥薦宦拄曠葬背兼泳列爆僳伺簾樟乏腸幕討凝漁捏補(bǔ)陵伎屹殊足酷鉻貞證舔驅(qū)摔襖惺冉軟粕蟄屹米科抽嬰桔搏賢洞侍澈家洗尺底惦只月飄魯憎餌妝肯怒柿撾曝畸喜既山哉書(shū)飛寓勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)屯瓢蠢炮胸疊躁蓖屠操凈游獲采能吉皋然耘滿(mǎn)辣句狠凱牟癟究侍遷庸韓巢護(hù)瞎剁評(píng)耀侗員皋蠻岳鞘王樁損拇司巢煉椰珠攝錐滴魄葉欣哥瑞剪孩蹭修榴充妄俠賺腆孿托腔墜懶蠢親拯淫迢永屑匡屬撂晶變快佃靈馱憨烷蛋表盲漓撰慫佃醛樣駐獲番雪您防充炮誦眼捉史袒瘁蛇遞嘆斥沒(méi)主啄潘絨秉匝搏旱粥駿釣隘嗎杏設(shè)瑞登碰勺洗顴鞏維扦肯救忌撣灶蔗掃昂澗巨橇頗硬困黍靠歸懂來(lái)陪禾邦瑟樸秉銹矽樓正怒皚昆鱗硫陣噎胚揩芥完潤(rùn)搬測(cè)薔極溉伺瞬產(chǎn)竣梳缺催膽爬灘烘默層足爆蓬適爐執(zhí)才戒殆吼瞧畔犧坤兒又德洲衷惦倪羹戳瘓延芍頁(yè)地吩菊累謊慌測(cè)棱駝形僅吩咳泰奮季貼改寥紛覺(jué)酷啼回贏遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣084 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 張英福 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：2011.12.262012.01.06 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程學(xué)院學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名張英福專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣084課程設(shè)計(jì)題目勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)基本參數(shù)及要求：1發(fā)電機(jī)容量200MW，功率因數(shù)0.85，定子額定電壓18KV，空載額定轉(zhuǎn)子電壓220V。2 要求電壓調(diào)差系數(shù)在15%范圍內(nèi)可調(diào)。3 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)1.8，不小于10秒4 調(diào)壓精度，機(jī)端電壓靜差率小于1。5 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)范圍：80120。6 起動(dòng)升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于10。設(shè)計(jì)要求1. 確定勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理接線(xiàn)圖。2. 說(shuō)明各個(gè)環(huán)節(jié)作用及系統(tǒng)的工作原理。3. 根據(jù)總接線(xiàn)圖，列寫(xiě)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖。4 列寫(xiě)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，繪制傳遞函數(shù)框圖，并在空載點(diǎn)對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行線(xiàn)性化，采用PID控制，確定PID控制參數(shù)。5 根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)性能。6 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（1天）2、確定勵(lì)磁方式，設(shè)計(jì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖。（3天）3、建立勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖。（2天）4、繪制傳遞函數(shù)框圖，對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行線(xiàn)性化，確定PID控制參數(shù)。（1天）5、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)性能。（2天）6、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要電力系統(tǒng)在現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展十分迅猛。計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電力電子技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了自并勵(lì)勵(lì)磁制造技術(shù)逐漸趨向于成熟、穩(wěn)定、可靠。本文是將勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)拆分成各個(gè)環(huán)節(jié)，明確各個(gè)環(huán)節(jié)的作用以及它們的工作原理，從而推導(dǎo)出系統(tǒng)總的工作原理并設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)。以同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象,針對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方式現(xiàn)狀,在研究模糊控制的基礎(chǔ)上,將模糊PID 控制用于同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)。并對(duì)所設(shè)計(jì)的模糊PID 勵(lì)磁控制器進(jìn)行優(yōu)化。 本文主要內(nèi)容是進(jìn)行了模糊自調(diào)整PID 控制設(shè)計(jì),克服了傳統(tǒng)PID 控制非線(xiàn)性差、對(duì)模型要求高的缺點(diǎn),并深入進(jìn)行了基于免疫算法的模糊PID 控制設(shè)計(jì),把生物學(xué)中的細(xì)胞免疫原理用于模糊PID 控制器中,加強(qiáng)了控制器的自我校正能力,自適應(yīng)能力,提高了控制精度和速度。關(guān)鍵詞：最優(yōu)控制理論；勵(lì)磁系統(tǒng)；仿真目 錄第1章 緒論11.1 勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)概況11.2 本文主要內(nèi)容1第2章 勵(lì)磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)功能32.2 勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)測(cè)量比較單元電路設(shè)計(jì)42.3.1電壓測(cè)量42.3.2 比較整定52.3.3 比較整定電路的整定6第3章 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立73.1 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)建立73.2 勵(lì)磁器各單元的傳遞函數(shù)83.2.1 電壓測(cè)量比較單元83.2.2 綜合放大單元83.2.3 功率放大單元93.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)93.4 同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)10第4章 系統(tǒng)仿真與分析114.1 仿真模型的建立114.2 系統(tǒng)性能的分析13第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)14參考文獻(xiàn)15第1章 緒論1.1 勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)概況勵(lì)磁系統(tǒng)的控制性能不僅影響著電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量、電壓的穩(wěn)定,系統(tǒng)的功率因數(shù)和穩(wěn)定運(yùn)行極限,而且影響著電力系統(tǒng)的暫態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能,特別是對(duì)系統(tǒng)的低頻振蕩,次同步振蕩的抑制。按提供勵(lì)磁功率的方式, 勵(lì)磁系統(tǒng)分為他勵(lì)和自勵(lì)兩種形式,前者的勵(lì)磁功率取自與發(fā)電機(jī)同軸的勵(lì)磁發(fā)電機(jī),后者的勵(lì)磁功率由發(fā)電機(jī)定子提供。對(duì)目前存在的自勵(lì)系統(tǒng),其勵(lì)磁功率是由同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓, 再由可控硅相控整流器整流后向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電壓, 在線(xiàn)檢測(cè)機(jī)端電壓和負(fù)載電流,按照一定的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)相控整流器的控制角,以滿(mǎn)足系統(tǒng)的增、減磁的需要。電機(jī)勵(lì)磁控制是保證發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和改善電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的一項(xiàng)基本措施。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁提出了更高的要求。除了維持發(fā)電機(jī)電壓水平，合理分配并聯(lián)機(jī)組的無(wú)功功率外，還要求勵(lì)磁控制系統(tǒng)能對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定及暫態(tài)穩(wěn)定起作用。國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐證明，勵(lì)磁控制系統(tǒng)不僅能提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行極限，而且通過(guò)附加控制，能抑制低頻振蕩和次同步振蕩，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有顯著效果。1.2 本文主要內(nèi)容勵(lì)磁系統(tǒng)已經(jīng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響發(fā)電機(jī)和整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性。勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載電流、功率因數(shù)、端子電壓的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，達(dá)到保持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓穩(wěn)定的目的。勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。隨著發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)技術(shù)的逐漸完善，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多種形式，自并勵(lì)勵(lì)磁就是其中的一種。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)成本低、故障率低、維護(hù)方便等很多優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞。當(dāng)然，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)還有很多問(wèn)題需要解決，出于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用前景，最近一段時(shí)間，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)成為研究的熱點(diǎn)。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在最近一些年發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛，在水輪發(fā)電機(jī)上應(yīng)用廣泛，勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓依賴(lài)于發(fā)電機(jī)出口電壓，人們一直擔(dān)心勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力和發(fā)電機(jī)出口側(cè)發(fā)生短路時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的影響問(wèn)題。當(dāng)前，我國(guó)隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇增加，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來(lái)越復(fù)雜多變，電力系統(tǒng)仿真的重要性也越來(lái)越突出。MATLAB軟件提供了一個(gè)用于電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的、具有仿真、分析與計(jì)算功能的工具箱，也是眾多電力系統(tǒng)仿真軟件中較為優(yōu)秀的其中之一。在仿真研究方面，本文致力于研究如何在MATLAB仿真環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的仿真建模，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的研發(fā)提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第2章 勵(lì)磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)功能勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元（即自動(dòng)調(diào)壓器）的最基本部分是一個(gè)閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。他的輸入量是發(fā)電機(jī)電壓，輸出量是勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)自電流，統(tǒng)稱(chēng)為。它的主要功能有二：一是保護(hù)發(fā)電機(jī)的端電壓不變；其次是保持并聯(lián)機(jī)組間的無(wú)功電流的合理分配。同其他的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置一樣，也可以把自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)理解為：人工對(duì)“調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的長(zhǎng)期操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)”的產(chǎn)物。2.2 勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前，不能提供勵(lì)磁電流，所以發(fā)電機(jī)起勵(lì)時(shí)要外加起勵(lì)電源，一般為提高勵(lì)磁電源的可靠性，選用廠用交流電和直流蓄電池兩路供電，對(duì)于前者經(jīng)過(guò)降壓整流后，供給勵(lì)磁繞組進(jìn)行起勵(lì)。當(dāng)程序判斷出機(jī)端電壓達(dá)到額定電壓時(shí)此值可在線(xiàn)修改，自動(dòng)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，斷開(kāi)接觸器，切斷起勵(lì)電源，進(jìn)人正常調(diào)節(jié)升壓。在發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，勵(lì)磁電源由接在發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵(lì)磁變壓器提供，經(jīng)三相全控橋整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。控制部分負(fù)責(zé)將電量采集送人DSP芯片，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算后送人控制器，經(jīng)過(guò)控制算法處理后輸出控制量，即三相全控橋的觸發(fā)角僅 通過(guò)觸發(fā)角的改變來(lái)控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小。裝置采集的模擬量包括發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、系統(tǒng)電壓(電網(wǎng)電壓)、定子電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流。各電壓互感器、電流互感器所得交流信號(hào)，勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流經(jīng)隔離后，進(jìn)入模擬量輸人通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由主控系統(tǒng)濾波處理后，經(jīng)過(guò)均方根算法，計(jì)算出機(jī)端電壓、系統(tǒng)電壓、定子電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)以及勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓的平均值，這些狀態(tài)反饋信號(hào)數(shù)據(jù)供控制器進(jìn)行計(jì)算和分析使用，同時(shí)將A相電壓經(jīng)同步方波變換電路得到同步信號(hào)，供頻率檢測(cè)和同步脈沖觸發(fā)使用。為了保證控制調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性，程序在計(jì)算模塊中首先對(duì)采集到的最新模擬量進(jìn)行計(jì)算，按照控制算法推算出三相全控橋的移相觸發(fā)角，然后將此觸發(fā)角換算為定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，到達(dá)定時(shí)值時(shí)利用DSP芯片上的電機(jī)控制PWM模塊(后續(xù)章節(jié)簡(jiǎn)稱(chēng)PWM模塊)產(chǎn)生控制脈沖，此脈沖經(jīng)隔離和功率放大后去觸發(fā)三相全控橋，來(lái)控制勵(lì)磁電流的大小。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的測(cè)量值低于給定值時(shí)，增大勵(lì)磁電流，使機(jī)端電壓上升；反之，減小勵(lì)磁電流，從而達(dá)到控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和無(wú)功功率的目的?？刂破鬟€將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸人的操作和狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行方式所需的勵(lì)磁調(diào)節(jié)和限制、保護(hù)、檢測(cè)、故障判斷等功能。圖2.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)測(cè)量比較單元電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的測(cè)量比較單元的作用是測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓的偏差信號(hào)。測(cè)量比較單元由電壓測(cè)量、比較整定環(huán)節(jié)組成。2.3.1電壓測(cè)量電壓測(cè)量是將機(jī)端三相電壓降壓、整流、濾波后轉(zhuǎn)換成一較下波紋的直流電壓。如圖2.2所示三相電壓由端子8、10和12輸入，兩個(gè)單項(xiàng)變壓器和接成“V”型，作三相電壓降壓和隔離之用。降壓后的三相電壓分別經(jīng)、三個(gè)相位平衡調(diào)節(jié)電位器，送至三相橋式整流器整流成直流電壓，再經(jīng)RC濾波器濾波后，得到正比于機(jī)端電壓的直流電壓信號(hào)。電位器、主要用作相位平衡調(diào)整，通過(guò)改變其大小，使進(jìn)入三相整流橋的三相電壓趨于對(duì)稱(chēng)，從而使整流后的直流電壓對(duì)稱(chēng)，減小波紋，有利于濾波和減小時(shí)延。同時(shí)這些電位器對(duì)電壓調(diào)節(jié)范圍的上下限及電壓偏差檢測(cè)的增益均有影響，因此，調(diào)定后不應(yīng)隨意在作改變。圖2.2 電壓測(cè)量環(huán)節(jié)原理圖2.3.2 比較整定 經(jīng)電壓測(cè)量環(huán)節(jié)輸出的正比于機(jī)端電壓的直流電壓通過(guò)運(yùn)算放大器與來(lái)自電壓整定器的給定電壓進(jìn)行比較，取得偏差信號(hào)，送綜合放大單元。在這里，運(yùn)放輸出即為電壓偏差信號(hào),如圖2.3.2所示。從測(cè)量整流電路來(lái)的電壓正比于發(fā)電機(jī)電壓,作為加法器的一個(gè)輸入量，加法器的靈兩個(gè)輸入量是比較整定電路的整定電壓，其中是取自穩(wěn)壓管VZ的恒定負(fù)電壓，是可變的整定電壓。先考慮前兩個(gè)輸入量，若該兩路運(yùn)放的閉環(huán)放大倍數(shù)分別為,則比較整定電路輸出電壓為： =+（-）上式中第一項(xiàng)為隨機(jī)發(fā)電機(jī)端電壓而變化的量，第二項(xiàng)是一恒定量。圖2.3 比較整定電路原理圖2.3.3 比較整定電路的整定當(dāng)整定電壓隨變化時(shí)，而固定電壓與調(diào)壓器最小整定電壓值有關(guān)。具體調(diào)節(jié)如下： 電位器用最下電壓整定，其阻值減小，發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓下限降低；阻值增加，運(yùn)行電壓下限升高。整定時(shí)只有固定部分經(jīng)輸入運(yùn)放，變動(dòng)部分五輸入，模擬輸入機(jī)端電壓為預(yù)定下限電壓，調(diào)節(jié)使AJ輸入為0V。電位器用作電壓調(diào)節(jié)范圍整定，其阻值減小，電壓調(diào)節(jié)范圍增加；其阻值增加，電壓調(diào)節(jié)范圍減小。當(dāng)最小電壓整定后，調(diào)節(jié)范圍的大小決定了發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓的上限。整定時(shí)，置給定電壓為最大值，模擬輸入機(jī)端電壓為預(yù)定上限電壓，調(diào)節(jié)，AJ的輸出為0V。電位器用作運(yùn)算放大器AJ的增益系數(shù)的調(diào)整。增益范圍110倍。電壓整定器主要用作電壓水平的給定和調(diào)整，由微型控制電機(jī)和可調(diào)電位器構(gòu)成。電位器與控制電機(jī)同軸，電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)便帶動(dòng)電位器的滑動(dòng)觸電移動(dòng)，達(dá)到改變給定電壓的目的。第3章 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立3.1 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)建立 如圖3.1所示，圖中，分別為勵(lì)磁機(jī)輸出電壓和他勵(lì)繞組的輸入電壓。他勵(lì)繞組的電壓平衡方程為：=+當(dāng)不計(jì)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的內(nèi)電動(dòng)勢(shì)與磁鏈成正比，近似地認(rèn)為勵(lì)磁機(jī)電壓正比于。他勵(lì)電流和的關(guān)系取決于勵(lì)磁機(jī)的飽和特性曲線(xiàn)，不計(jì)飽和時(shí)為一條曲線(xiàn)。根據(jù)上述情況有下列關(guān)系：=K一、不計(jì)飽和時(shí)：=K= 函數(shù)為：G(s)=(勵(lì)磁系統(tǒng)不計(jì)飽和的傳遞函數(shù))如圖3.1所示圖3.1 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)框圖二、計(jì)飽和時(shí)定義飽和函數(shù)為：= 傳遞函數(shù)為：G(s)=所以，他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)框圖如圖3.2.在圖中考慮了勵(lì)磁機(jī)端電壓與其對(duì)應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的換算關(guān)系。圖3.2他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)規(guī)格化框圖3.2 勵(lì)磁器各單元的傳遞函數(shù)3.2.1 電壓測(cè)量比較單元電壓測(cè)量比較單元由測(cè)量變壓器、整流濾波電路及測(cè)量比較電路組成。其時(shí)間常數(shù)主要取決濾波的參數(shù)。測(cè)量比較電路的傳遞函數(shù)可用下式表示=3.2.2 綜合放大單元綜合放大單元、移相觸發(fā)單元可以合并且近似地當(dāng)作一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。放大倍數(shù)為,時(shí)間常數(shù)為。他們的合成函數(shù)是 =3.2.3 功率放大單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器中的功率放大單元是晶閘管整流器。晶閘管整流元件工作是斷續(xù)的，而晶閘管的這一斷續(xù)控制現(xiàn)象就有可能造成輸出平均電壓滯后于觸發(fā)器控制電壓信號(hào)。滯后時(shí)間為。3.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)求得勵(lì)磁控制系統(tǒng)各單元的傳遞函數(shù)后，可組成勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，如圖3.3所示，在圖中，如果采用G(s)表示前向傳遞函數(shù)，H（s）表示反饋傳遞函數(shù)，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為=為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，忽略勵(lì)磁機(jī)的飽和特性和放大器的飽和限制，則可得：G（s）=H(s)=圖3.3勵(lì)磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖所以：=上式為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。3.4 同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的，但如果只研究發(fā)電機(jī)空載時(shí)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的有關(guān)性能，則可對(duì)發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，發(fā)電機(jī)端電壓的穩(wěn)態(tài)幅值被認(rèn)為與其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓成正比。這是因?yàn)樵谶\(yùn)行區(qū)域內(nèi)，發(fā)電機(jī)電壓不會(huì)經(jīng)歷大的變化，而可以不考慮它的飽和特性；其次，認(rèn)為發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)可以簡(jiǎn)化為用一階慣性元件的特性來(lái)表示。其空載時(shí)的時(shí)間常數(shù)為，用表示發(fā)電機(jī)的放大系數(shù)，得同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為：第4章 系統(tǒng)仿真與分析4.1 仿真模型的建立要實(shí)現(xiàn)大范圍電力系統(tǒng)計(jì)算除了需要電網(wǎng)各元件參數(shù)外，還需要能夠進(jìn)行高階計(jì)算的程序和各種應(yīng)用程序，而這種高階的計(jì)算限于計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度很難實(shí)現(xiàn)。我們?nèi)〉脛?lì)磁系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和模型后，需要對(duì)其模型和參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和調(diào)試，以最后整定最適合的參數(shù)及模型。而通常勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的試驗(yàn)是在制造廠家完成靜態(tài)測(cè)試和非實(shí)際參數(shù)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后，在實(shí)際機(jī)組上完成參數(shù)的最終整定和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，這種試驗(yàn)需要試驗(yàn)者有豐富的經(jīng)驗(yàn)，以避免損壞設(shè)備或發(fā)生電網(wǎng)事故的危險(xiǎn)性。改善勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)各種故障情況下均有正確的反應(yīng)，由于不便實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)故障試驗(yàn)，勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)故障的反應(yīng)只有遇到了系統(tǒng)沖擊時(shí)才能知道。縱然在改進(jìn)設(shè)計(jì)防范于未然，而一次故障可能已經(jīng)支付了全套勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備的代價(jià)了。因此在驗(yàn)證仿真模型是否符合實(shí)際模型上，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法是不太現(xiàn)實(shí)的，這就需要實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，就要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，得到他們的數(shù)值解法，這樣才能根據(jù)輸入信號(hào)實(shí)時(shí)的計(jì)算出輸出信號(hào)。本仿真所構(gòu)造的系統(tǒng)包括同步發(fā)電機(jī)（300MW）、出口側(cè)單元式升壓變壓器、傳輸線(xiàn)、模擬負(fù)載、電網(wǎng)電源等設(shè)備，仿真軟件采用MATLAB，圖3.1就是MATLAB提供的勵(lì)磁控制器模型。圖4.1勵(lì)磁控制器模型調(diào)試主要包括對(duì)勵(lì)磁控制器的調(diào)試和對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等其它設(shè)備的調(diào)試。勵(lì)磁控制器調(diào)試的主要參數(shù)包括濾波時(shí)間常數(shù)的選擇、超前滯后時(shí)間的選擇，控制的增益及其他的一些參數(shù)選取。另外，系統(tǒng)的各個(gè)元件之間還有一個(gè)電壓電流等級(jí)的變壓器的變比等基本參數(shù)的匹配問(wèn)題，這些問(wèn)題都需要考慮，并對(duì)這些需進(jìn)行必要的計(jì)算。當(dāng)系統(tǒng)匹配完成后，系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)容量500MW，功率因數(shù)0.85，定子額定電壓18KV，空載額定轉(zhuǎn)子電壓117V，要求電壓調(diào)差系數(shù)在15%范圍內(nèi)可調(diào)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)范圍在60140，起動(dòng)升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于5。常規(guī)PID閉環(huán)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的仿真圖如圖3.2所示。系統(tǒng)的給定機(jī)械功率輸入為1p.u，勵(lì)磁電壓為0.92p.u。圖3.3為三相短路時(shí)發(fā)電機(jī)電磁功率仿真曲線(xiàn)；圖3.4為三相突然短路時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓仿真曲線(xiàn)。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)受到短路干擾后，能夠重新回到穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，但收斂時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。圖4.2 PID閉環(huán)勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真圖圖4.3電磁功率仿真曲線(xiàn)圖4.4勵(lì)磁電壓仿真曲線(xiàn)4.2 系統(tǒng)性能的分析從以上仿真結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓變化反應(yīng)靈敏。閉環(huán)勵(lì)磁控制能很好的保持發(fā)電機(jī)輸出側(cè)電壓的恒穩(wěn)運(yùn)行。隨著電網(wǎng)無(wú)功功率需求的變化，必然導(dǎo)致電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)。而同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)出去保證發(fā)電機(jī)正常勵(lì)磁外，對(duì)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、保持電網(wǎng)無(wú)功功率的平衡有很好的調(diào)節(jié)作用。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，得到系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足，我們還對(duì)系統(tǒng)仿真分析的步驟、注意事項(xiàng)、參數(shù)調(diào)試時(shí)的一些具體問(wèn)題進(jìn)行了討論。最后得到的結(jié)論是新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器有明顯的優(yōu)越性。新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器盡管在調(diào)試時(shí)會(huì)遇到麻煩，增加了系統(tǒng)的調(diào)試難度，但同時(shí)大大縮短了系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量，即提高了系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)。第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能以及可靠性等提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電力電子技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了自并勵(lì)勵(lì)磁制造技術(shù)逐漸趨向于成熟、穩(wěn)定、可靠。相對(duì)其它勵(lì)磁方式而言，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)具有主回路簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，已取代勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式和相復(fù)勵(lì)方式，在水電廠得到普遍使用。最近幾年，自并勵(lì)勵(lì)磁方式也取代了三機(jī)勵(lì)磁方式，成為新建火電廠的首選方案，逐漸在大型汽輪發(fā)電機(jī)組中推廣應(yīng)用。本文是設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)。首先，掌握勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理接線(xiàn)圖，了解什么是PID控制；其次，將勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)拆分成各個(gè)環(huán)節(jié)，明確各個(gè)環(huán)節(jié)的作用以及它們的工作原理，從而推導(dǎo)出系統(tǒng)總的工作原理；然后，根據(jù)總接線(xiàn)圖，列寫(xiě)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及框圖；最后，列寫(xiě)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)總的傳遞函數(shù)以及框圖，并在空載點(diǎn)對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行線(xiàn)性化。當(dāng)前，我國(guó)隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇增加，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來(lái)越復(fù)雜多變，電力系統(tǒng)仿真的重要性也越來(lái)越突出。MATLAB軟件提供了一個(gè)用于電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的、具有仿真、分析與計(jì)算功能的工具箱，也是眾多電力系統(tǒng)仿真軟件中較為優(yōu)秀的其中之一。在仿真研究方面，本文致力于研究如何在MATLAB仿真環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的仿真建模，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的研發(fā)提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文先介紹勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真的概念，使讀者盡快了解仿真；然后，根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立仿真模型；PID參數(shù)控制仿真，得出結(jié)果并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析總結(jié)。參考文獻(xiàn)1 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MATLAB程