同步發(fā)電機勵磁調節(jié)系統(tǒng)分析自控論文

自動控制理論（論文）題

目：

同步發(fā)電機勵磁調節(jié)系統(tǒng)分析

目錄摘要ABSTRACT...........................................................................................................II1.論.....................................................................................錯誤！未定義書簽。1.1課的目的及意義錯誤！定書。1.2勵磁調器的發(fā)展...........................................................................................................11.3本文的主要內容...........................................................................................................12.關知識介紹.....................................................................錯誤！未定義書簽。2.1勵磁系的傳遞函數.......................................................................................................32.2系統(tǒng)響及其分析...........................................................................................................53統(tǒng)的性分析.................................................................錯誤！未定義書簽。3.1穩(wěn)定性析.......................................................................................................................73.2能控性析.......................................................................................................................73.3能觀性析.......................................................................................................................84統(tǒng)的量分析.................................................................錯誤！未定義書簽。4.1串聯(lián)校正4.2輸出反饋校正——極點配置5結.....................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文................................................................................................................13附錄一................................................................................................................14附錄二................................................................................................................14附錄三................................................................................................................15附錄五....................................................................................................................16

附錄六..........................................................................

摘要同步發(fā)電機的運行與它的空載電動勢值得大小有關而E的值是發(fā)電機勵qq磁電流I

的函數，改變勵磁電流可影響同步發(fā)電機在電力系統(tǒng)中的運行特性。因EF此，對同步發(fā)電機的勵磁進行控制，是對發(fā)電機的運行實行控制的重要內容之一。對控制系統(tǒng)的基本要求可以概括為兩點：首先，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；其次，具有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。穩(wěn)定是控制系統(tǒng)能夠正常工作的基本前提，而動態(tài)品質和穩(wěn)態(tài)精度是對控制系統(tǒng)動，靜態(tài)性能優(yōu)劣的評價。在單輸入單輸出系統(tǒng)中，動態(tài)品質指的是系統(tǒng)輸出響應的快速性和超調量；而穩(wěn)態(tài)精度則常用輸出響應的穩(wěn)態(tài)誤差的大小來衡量。本論文主要對同步發(fā)電機系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)進行分析簡化，列出勵磁自動控制系統(tǒng)各單元的傳遞函數，抽象出整體的傳遞函數，在此基礎上，分析了系統(tǒng)的可控性，可觀性，穩(wěn)定性，并在此系統(tǒng)中，加入了校正環(huán)節(jié)，分析了校正裝置的傳遞函數，并且驗證了校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能的各個參數。關鍵詞：同步發(fā)電機，勵磁系統(tǒng)，自動控制-I-

AbstractTheoperationofthewithno-loadisaboutsize,andthevalueofthecurrentgeneratorexcitationfunction,changeexcitercurrentcanaffectthesynchronousgeneratorpowersystemintheruncharacteristics.Therefore,thesynchronousgeneratorexcitationcontrol,totheoperationofthegeneratorisoneoftheimportantcontentsofthecontrolThecanbeaspoints:first,systemmuststable;Second,gooddynamicandStabilityasystemcanworkbasicpremise,andthedynamicqualityandstableprecisionisforthecontrolsystemtomove,andstaticperformancequalityevaluation.Inthesingleinputsystem,qualityresponseofthesystemoutputefficiencyandovershoot;Andsteadyprecisioniscommonresponseofthesizeofthesteady-stateerrorofthemeasure.Thisthesismainlyforsynchronousgeneratorsystemofeachlinksimplifiedanalysis,listtheexcitationautomaticcontrolsystemthetransferfunctionofeachunit,abstractthegeneralfunction,onthisanalysissystemconsiderablesex,stability,andonthissystem,joinedthecorrectionlink,analysisthetransferfunctionoftheadjustmentdevice,andverifiedthesystemstabilityandcorrectionallparametersofthedynamicperformance.Keywords:synchronousgenerators,excitationsystem,automaticcontrol-II-

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析第一章緒論課題研究近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，大機組的出現(xiàn)，要求勵磁調節(jié)器具有更高的技術經濟指標、更加完善的控制功能。早期的機電型調節(jié)器、電磁型調節(jié)器、半導體調節(jié)器都越來越不能適應當今同步發(fā)電機勵磁自動調節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展。目前，由于大規(guī)模繼承電路和微機調節(jié)器已成為今后的發(fā)展方向。優(yōu)良的勵磁調節(jié)系統(tǒng)有能提高系統(tǒng)的靜穩(wěn)定儲備，防止勵磁過分降低，提高機電保護靈敏度，快速滅磁等功能，能較好地使電力系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下運行并有較強的抗干擾能力。勵磁調節(jié)器是勵磁控制系統(tǒng)的智能部件，它是根據發(fā)電機端電壓和電流的變化對機組勵磁產生校正作用的裝置，用來在正常情況和故障情況下勵磁的自動調節(jié)。早期的調節(jié)器為振動型和變阻器型，都具有機械部件，稱為機電型調節(jié)器。由于它不能連續(xù)調節(jié)，響應速度慢，并有死區(qū)，早已被淘汰。上世紀30代以來，磁放大器出現(xiàn)后，電力系統(tǒng)廣泛采用磁放大器和電磁元件組成的電磁型調節(jié)器。由于磁放大器具有時滯性，調節(jié)速度慢，但可靠性高，因此半導體調節(jié)器調節(jié)速度比較快。近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，大機組的出現(xiàn)，要求調節(jié)器具有更高的技術經濟指標、更完善的控制功能。目前，由于大規(guī)模繼承電路和微機技術的迅猛發(fā)展，由硬件和軟件組成的微機調節(jié)器已成為今后的發(fā)展方向。勵磁調節(jié)系統(tǒng)的主要任務可分為）保持發(fā)電機在運行中電壓的穩(wěn)定）在并列運行中，調節(jié)無功功率的分配3）提高同步發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性。本論文主要分析同步發(fā)電機系統(tǒng)的的動靜態(tài)性能，并在此基礎上對其動靜態(tài)第頁共頁

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析性能指標進行了校正。本文包括5章，分別是以下主要內容：第一章：緒論。本章主要討論了本課題研究的目的及意義，本論文的書寫思路等問題。第二章：本章主要對該同步發(fā)電機勵磁調節(jié)系統(tǒng)進行了建立數學模型，闡述系統(tǒng)原理，給出單輸入-單輸出模式的傳遞函數、狀態(tài)方程以及輸出方程。第三章：本章主要對該系統(tǒng)進行了定性分析。包括系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能控性、能觀性，是本論文的主要章節(jié)。第四章：本章主要針對系統(tǒng)進行了定量分析。包括動態(tài)性能指標和靜態(tài)性能指標，對該系統(tǒng)進行輸出反饋校正——極點配置，及串聯(lián)校正，是本論文的主要章節(jié)。第五章：結論。本章通過以上五章的介紹，給出了最終的結論和說明。第頁共頁

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析第二章建立數學模型勵磁系統(tǒng)在本文中，用勵磁系統(tǒng)傳遞函數模型來等效實現(xiàn)系統(tǒng)，所建立的模型雖然不能在個方面表達實際的元件，但卻可以描述其輸入、輸出特性，達到對整個系統(tǒng)進行仿真的目的。在分析勵磁自動控制系統(tǒng)的動態(tài)特性及其對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的過程中，應先列出勵磁自動控制系統(tǒng)各單元的傳遞函數，應用《自動控制理論》課程中所講的方法進行分析。下圖是典型的勵磁控制系統(tǒng)結構框圖。放大

勵磁機

同步電機--

勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器

+

--

電壓測量比較

+圖2-1典型的勵磁調節(jié)系統(tǒng)結構框圖勵磁機有直流勵磁機和交流勵磁機兩類。在本論文主要討論直流勵磁機，在討論過程中，假設它們的轉速為恒定。根據自動裝置課程中所學的知識可知,一直流他勵勵磁機的傳遞函數根據電力系統(tǒng)自動裝置課程所學知識可知，直流他勵勵磁機的傳遞函數為下式：s)1Es)TsGRGSEEE

EE

'

E其中

R

KRGTEE

K式中

——一般假定為常數在上式中，表示勵磁機的飽和系數；N是鍵鏈；1

為氣隙特性的斜率；K是數；第頁共頁

R

E

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析是勵磁機勵磁繞組的電阻。二勵磁調節(jié)器各單元傳遞函數（1）電壓測量比較單元的傳遞函數G

R

(

(KR(sR式中

K

R

——電壓比例系數R

——電壓測量回路的時間常數（2）綜合放大單元的傳遞函數式中

K

G()A1A——電壓放大系數；——放大器的時間函數。

s(3)功率放大單元傳遞函數G()1sz三同步發(fā)電機的傳遞函數(s

'

K

——發(fā)電機的放大倍數；T

d

'

——時間常數。四勵磁控制系統(tǒng)傳遞函數求得勵磁控制系統(tǒng)個單元傳遞函數后，可組成勵磁系統(tǒng)的傳遞函數框圖，如下圖2-2所示：第頁共頁

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析

E

--U1

Ks

-

1K

K

s

UgK圖2-2勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數框圖本次系統(tǒng)分析采用他勵直流勵磁機勵磁控制系統(tǒng)。勵磁控制系統(tǒng)參數為：T0.69K

TG

T

,

8.38

TsR帶入以上參數，得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為：G(sG()H(S)

4.32KK(S0.121.45)()取4.32由此可得系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數為：

(

K()(.)(S12)(25)系統(tǒng)響應動態(tài)響應指的是一個穩(wěn)定系統(tǒng)在過渡過程中的狀態(tài)和輸出的行為，所謂過渡過程，是指系統(tǒng)在外力作用下從一個穩(wěn)態(tài)轉移到另一個穩(wěn)態(tài)的過程。在控制過程中，把階躍信號當作對系統(tǒng)性能考驗最為嚴重的輸入信號，若系統(tǒng)對該類輸入信號的響應良好，則系統(tǒng)對其它信號的響應一般也是良好的。以下為動態(tài)性能的幾個參數：第頁共頁

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析1上升時t輸出響應從零上升第一次達到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間它反映r了系統(tǒng)的快速性。2峰值時t：輸出響應從零上升至峰值是的時間。p3調整時t輸出響應到達并停留在誤差帶內所需的最小時間它反映系統(tǒng)過渡過程的快慢。輸出的誤差帶范圍一般規(guī)定為其穩(wěn)定值2%4超調%：若輸出峰值為()，穩(wěn)態(tài)值(，則定義pyt)y(=y(本次分析所選用的系統(tǒng)的階躍響應曲線和根軌跡圖見（附錄一二）第頁共頁

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析第三章系統(tǒng)的定性分析穩(wěn)定性分穩(wěn)定性指的是系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下，受到擾動之后，系統(tǒng)自由運動的性質。由上述分析可知，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數為：

(

K()(.)(S12)(25)其特征方程為：s)S1.45S0.1225KS

3

.57

2

K4.23將s=jw入中有(jw)3(jw2.42jw4.320解得K=1042所以當時系統(tǒng)是穩(wěn)定的。也可選用根軌跡方法對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行判定matlab圖見附件一）由圖可知，當隨著開環(huán)增益的提高，系統(tǒng)的閉環(huán)極點進入右半平面，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。能控性分取K=200G(s)

7.8(25)(ss

s39.42s.32其狀態(tài)方程為：

39.42

X

101007.8

X第頁共頁

同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析其能控性矩陣為：

AB

126.570

用工具計算得：所以系統(tǒng)是能控的

195.85

V7.8195.8500.30751.5937

計算得：rankv=3能觀性分

所以系統(tǒng)是能觀的。.

195.85

V7.8195.8500.30751.5937

計算得：rankv=3

所以系統(tǒng)是能觀的。第頁共頁

TSj0.81,21TSj0.81,2111同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析第四章系統(tǒng)的定量分析本次要求校正后系統(tǒng)在單位階躍輸入響應下，超調量

%調整時間

t，上升時間盡量小。由動態(tài)性能指標5%，t

借用標準二階系統(tǒng)計算公式

1

ts

4

4w

n

n

2可得：

0.8

S

2

j0.8即

采用串聯(lián)校正：在上述中已經計算出了期望主導極點的位置為：校正框圖如下所示：200(S))()(G(s)K假設校正環(huán)節(jié)的傳遞函數為：Ts選擇參數時，可以使G(s)的零點對消固有部分的最大時間常數即取這樣系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為：

1

0.128.33s200G(KTs(s)(s.45)(S)1666K/Tc1()(.45)(S要使系統(tǒng)的根軌跡經過期望極點：根據根軌跡的相角條件有：T第頁共頁

xxu同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)分析由此解得1/T=0.2由幅值條件得：

(1.45)(25)5

0.07所以G().07

8.335所以增加串聯(lián)校正后開環(huán)傳遞函數為：

,

(

.79S.45)(25)校正后的階躍響應圖和根軌跡圖見附錄（二，三）由根軌跡圖可知：隨著開環(huán)增益提高其跟軌跡變化趨向轉入右