發(fā)電機自并勵勵磁自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

1、電力系統(tǒng)自動化課程設(shè)計報告題 目 發(fā)電機自并勵勵磁自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 系 別 電子與電氣工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 0920* 學(xué) 號 0920* 姓 名 指導(dǎo)教師 黃 新 完成時間 評定成績 目錄第一章 引言-311基本概述-312勵磁控制系統(tǒng)控制任務(wù)-313 勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性-3第二章 課設(shè)內(nèi)容-421系統(tǒng)線性化-422 穩(wěn)定性分析-423穩(wěn)態(tài)誤差分析-524繪根軌跡分析-525增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施-6第三章 課設(shè)總結(jié)-8參考文獻-9第一章 引言11基本概述同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)主要由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成,它和同步發(fā)電機構(gòu)成一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，如下圖

2、所示。勵磁功率單元向同步發(fā)電機磁場繞組提供直流勵磁電流，勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵磁功率單元輸出的勵磁電流，以滿足同步發(fā)電機運行的要求。同步發(fā)電機同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁功率單元勵磁系統(tǒng)自動勵磁調(diào)節(jié)器 12勵磁控制系統(tǒng)控制任務(wù)優(yōu)良的勵磁控制系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機可靠運行，提供合格的電能，而且還可有效地提高系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)運行方面的要求，勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)該承擔(dān)如下任務(wù)：(1)控制電壓(2)控制無功功率的分配(3)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性(4)改善電力系統(tǒng)的運行條件勵磁調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)是檢測和綜合運行狀態(tài)的信息，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，經(jīng)放大后控制勵磁功率單元。發(fā)電機勵磁功率單元向同步

3、發(fā)電機提供直流電流，除自并勵勵磁方式外，一般有勵磁機擔(dān)當(dāng)?shù)摹?3勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性對于一個反饋控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性是首要問題。發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析有兩類方法。一類是間接法，它是求出描述勵磁控制系統(tǒng)的微分方程的解或特征方程的根來分析穩(wěn)定性的；另一類是直接法，它是利用勞斯判據(jù)或經(jīng)典控制理論的根軌跡法來判別穩(wěn)定性的。第二章 課設(shè)內(nèi)容2.1系統(tǒng)線性化假設(shè)發(fā)電機空載額定狀態(tài)運行，各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化很小，在額定點附近可將速個自并勵勵磁系統(tǒng)性化，以促分析。線性化后的同步發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖22穩(wěn)定性分析 如上圖中，如果用g（s）表示前向傳遞函數(shù)，h（s）表示反饋傳遞函數(shù)，該系統(tǒng)的傳遞

4、函數(shù)為 =則向前傳遞函數(shù)g(s)=則反饋傳遞函數(shù)h(s)=所以該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 勵磁系統(tǒng)的參數(shù)如下： 由上面的圖可求得的系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 g(s)h(s)= =其中 k=4.32=4.32ka開環(huán)極點為s=-1,s=-0.12,s=-1.45,s=-25,它們是根軌跡的起始點。2.3穩(wěn)態(tài)誤差分析由自動控制理論知,閉環(huán)自動控制系統(tǒng)是穩(wěn)定誤碼率差用下式表示:式中r(s)-系統(tǒng)的輸入函數(shù)對應(yīng)于本系統(tǒng),分析誤差率時輸入函數(shù)取單位階躍函數(shù)r(s)=1/s將其代入上式所得本勵磁自動控制系統(tǒng)為無差調(diào)節(jié)系統(tǒng).誤差為02.4繪根軌跡分析為確定根軌跡的形狀，需進行下列計算。（1）根軌跡漸近線與實軸的焦點及傾

5、角： 按題設(shè)有=-0.689 k=0,1,2 帶入k值得=；（2）根軌跡在實軸的分離點：閉環(huán)特征方程為（1+0用給定值代入，得k=-(1+10.11s+15.2528s2+6.374s3+0.2312s4) ×4.32 由，及k0解得s=-0.545，這就是根軌跡在實軸上的分離點（3）在jw軸交叉點得放大系數(shù)：閉環(huán)特征方程 (s)= 0.994 s4+27.536 s3+66.01 s2+43.675s+4.32+k運用勞氏判據(jù)得：s4 0.994 66.01 4.32+ k s3 27.536 43.675 0s2 64.43 4.32+ k 0s1 43.675-0.427(4.

6、32+k) 0 0s0 4.32+k 0 0根據(jù)勞斯判據(jù)，勞斯表中第一列元素的值為正時系統(tǒng)是穩(wěn)定的，這樣得出下列兩式同時成立時本系統(tǒng)是穩(wěn)定的：43.675-0.427(4.32+k)>0；4.32+k>0可解得k98，即ka23。由s ²項的輔助多項式可計算根軌跡與虛軸交叉點。解得s=±j1.573因此，根軌跡與虛軸的交點為j1.573，j1.573。由此可畫出改勵磁控制系統(tǒng)的根軌跡圖如下。由圖可見，發(fā)電機、勵磁機的時間常數(shù)所對應(yīng)的極點都很靠近坐標(biāo)的原點，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠理想，并且隨著閉環(huán)回路增益的提高，其軌跡變化趨向轉(zhuǎn)入右半平面，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。為了改善控制

7、系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，必須限制調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，而這又與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度要求相悖。由此分析可知，在發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)中，需增加校正環(huán)節(jié)，才能適應(yīng)穩(wěn)定運行的要求。2.5增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施根軌跡圖說明，要想改善改勵磁自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須改變發(fā)電機極點與勵磁機極點間根軌跡的射出角，也就是要改變根軌跡的漸近線，使之只處于虛軸的左半平面。為此必須增加開環(huán)傳遞函數(shù)的零點，使?jié)u近線平行于虛軸并處于左半平面。這可以在發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓ue處增加一條電壓速率負(fù)反饋回路，同樣將其換算到ede處后，其傳遞函數(shù)為kfs/(1+tfs),典型補償系統(tǒng)框圖如圖4-17所示。由下圖得到增加轉(zhuǎn)子電壓速率反饋后(ta=1s)勵磁控

8、制系統(tǒng)的等值前向傳遞函數(shù)為等值向前傳遞函數(shù)為g(s)=反饋傳遞函數(shù)為 h(s)=于是得勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為g(s)h(s)=將已知數(shù)據(jù)及代入得g(s)h(s)=1.45× （1）式（1）說明，增加了電壓速率反饋環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)就有五個極點、三個零點。當(dāng)值給定后，式（1）的所有極點就被確定了。軌跡的形狀還與零點的位置有關(guān)，為此求式（1）的零點，方程可寫為s(s+0.12)(s+25)+2.985×(s+)=0 轉(zhuǎn)化為 1+=0 （2）其中k=2.985/k 當(dāng)tf=0.05時kf1=10得k1=0.014925,；當(dāng)tf=0.05時kf2=1000得k2=1.49

9、5;10-3 式（2）可視為開環(huán)傳遞函數(shù)g(s)h(s)=的閉環(huán)系統(tǒng)特征方程，作為g(s)h(s)的根軌跡，其軌跡上的沒一點都是式（2）的根，也就是式（1）的零點。 由式（2）可知，其零點的確切位置與k、t值有關(guān)。當(dāng)0.1225時，g(s)h(s)的根軌跡如圖1,2所示。因此，在發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)中，一般都附有勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器，作為改善發(fā)電機空載運行穩(wěn)定性的重要部件。圖1圖2第三章:課程設(shè)計總結(jié) 本次電力系統(tǒng)自動化課程設(shè)計，我學(xué)習(xí)到了很多，通過課程設(shè)計對以前課本上學(xué)過的自動化控制課程和matlab軟件知識有了更深的理解和鞏固，參考文獻資料，拓展了一些課本以外的知識，使我受益良多。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)也相輔相成得蓬勃發(fā)展，電力系統(tǒng)是影響民生經(jīng)濟的重要部分，身為電氣自動化專業(yè)的學(xué)生，學(xué)好這一門實用性較強的課程，通過對它的學(xué)習(xí)和分析可以使我對電力系統(tǒng)自動化控制過程有一個理性的認(rèn)識，對今后的學(xué)習(xí)和工作中處理分析研究各種問題有著重要的作用。參考文獻1 電力