勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五本講內(nèi)容概述直流勵磁機的數(shù)學(xué)模型交流勵磁機的數(shù)學(xué)模型靜止勵磁電源的數(shù)學(xué)模型電壓測量與負(fù)載補償環(huán)節(jié)幅值限制環(huán)節(jié)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的數(shù)學(xué)模型勵磁調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型典型勵磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述

勵磁系統(tǒng)的基本功能是向發(fā)電機的勵磁繞組提供直流電流（勵磁功率、勵磁電壓、勵磁電流），保持發(fā)電機端電壓或電網(wǎng)某點電壓恒定，控制并列運行發(fā)電機的無功功率合理分配。另外，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

同步電機機電數(shù)學(xué)模型中含有Ef,它代表了勵磁繞組電壓uf,該電壓受發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述同步電機勵磁系統(tǒng)通用功能框圖(虛線部分)第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述勵磁系統(tǒng)的類型根據(jù)勵磁功率單元直流勵磁系統(tǒng)(直流勵磁機勵磁系統(tǒng))交流勵磁系統(tǒng)(交流勵磁機勵磁系統(tǒng))靜止勵磁系統(tǒng)第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述勵磁系統(tǒng)分類及典型接線直流勵磁系統(tǒng)自勵式直流勵磁機勵磁系統(tǒng)它勵式直流勵磁機勵磁系統(tǒng)第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述勵磁系統(tǒng)分類及典型接線交流勵磁系統(tǒng)交流勵磁機帶可控靜止整流器的勵磁系統(tǒng)交流勵磁機帶不可控靜止整流器的勵磁系統(tǒng)交流勵磁機帶不可控旋轉(zhuǎn)整流器的勵磁系統(tǒng)—無刷勵磁系統(tǒng)第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述勵磁系統(tǒng)分類及典型接線靜止勵磁系統(tǒng)自并勵靜止勵磁功率單元復(fù)合源靜止勵磁功率單元有在直流側(cè)并聯(lián)、直流側(cè)串聯(lián)、交流側(cè)并聯(lián)和交流側(cè)串聯(lián)等多種形式第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述勵磁系統(tǒng)分類及典型接線靜止勵磁系統(tǒng)例：交流側(cè)串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止勵磁功率單元第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述自動勵磁調(diào)節(jié)器變阻器型旋轉(zhuǎn)放大機型磁放大器型晶體管式集成電路式基于計算機實現(xiàn)的數(shù)字式實現(xiàn)手段第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述自動勵磁調(diào)節(jié)器單一機端電壓控制多功能的勵磁控制控制功能第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述自動勵磁調(diào)節(jié)器比例控制PID控制線性勵磁調(diào)節(jié)自校正調(diào)節(jié)，自適應(yīng)控制,模糊控制,線性最優(yōu)控制,非線性最優(yōu)控制等.控制策略第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述自動勵磁調(diào)節(jié)器單一機端電壓偏差以電壓偏差為主，附加發(fā)電機電磁功率、電角速度、系統(tǒng)頻率、發(fā)電機定子電流、勵磁電流、勵磁電壓以及它們的組合。反饋信號第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述自動勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)置有：欠勵限制；過勵限制；過勵瞬時限制器定子電流限制器V/Hz限制器保護與限制第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述自動勵磁調(diào)節(jié)器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)作用：抑制低頻振蕩，提高系統(tǒng)阻尼作用。輸入：發(fā)電機有功功率、機端電壓的頻率、發(fā)電機轉(zhuǎn)速或它們的組合。輸出：勵磁調(diào)節(jié)輔助調(diào)節(jié)第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參見：《同步電機勵磁系統(tǒng)定義》GB/T7409.1-2008《同步電機勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)研究用模型》GB/T7409.2-2008《現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析》科學(xué)出版社，2003《動態(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析》清華大學(xué)出版社，2002第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型直流勵磁機電路自勵、他勵繞組電阻勵磁調(diào)節(jié)電阻勵磁回路附加電阻他勵繞組匝數(shù)和電感自勵繞組匝數(shù)和電感他勵、自勵、復(fù)勵電流他勵繞組的外施電壓勵磁機輸出電壓假定:(1)他勵繞組和自勵繞組的匝數(shù)相同,或認(rèn)為他勵繞組匝數(shù)和參數(shù)已折算到自勵繞組側(cè)；(2)勵磁機無漏磁;(3)額定轉(zhuǎn)速,并用空載特性代替負(fù)載特性.建立:第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型勵磁機基本方程不計磁路飽和下第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型計及飽和作用與的關(guān)系氣隙線斜率與的關(guān)系氣隙線斜率勵磁機運行在額定轉(zhuǎn)速,存在如下關(guān)系第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型計及飽和作用直流勵磁機的飽和系數(shù)定義直流勵磁機的飽和系數(shù)定義反映了直流勵磁機飽和程度大小。為uf的函數(shù).可由勵磁機飽和負(fù)載特性曲線作出，或擬合成近似函數(shù)：一般是非線性關(guān)系第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)有名制傳遞函數(shù)自勵繞組時間常數(shù)它勵繞組時間常數(shù)勵磁機時間常數(shù)第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)標(biāo)幺制傳遞函數(shù)基值選取的準(zhǔn)則

以發(fā)電機忽略飽和時空載額定電壓運行所對應(yīng)的勵磁機氣隙線相應(yīng)的電量作為電量的標(biāo)幺制基值.便于和發(fā)電機、電壓調(diào)節(jié)器接口自勵繞組他勵繞組第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)標(biāo)幺制傳遞函數(shù)標(biāo)幺制形式式中第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的框圖表示兩種特殊情況(1)無復(fù)勵電流時，令則(2)僅有他勵時，令式中,第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型和發(fā)電機、AVR的接口問題(1)和發(fā)電機接口可以證明:可以證明：勵磁系統(tǒng)輸出與發(fā)電機的模型直接接口，即可把勵磁機出口電壓標(biāo)幺值取為(2)和AVR的接口,且等于AVR輸出電壓標(biāo)幺值，則AVR輸出和勵磁機輸入可直接接口。第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型小結(jié)可直接與AVR輸出接口可直接與發(fā)電機輸入接口

由框圖或數(shù)學(xué)表達(dá)式可見，直流勵磁機可用一個一階慣性環(huán)節(jié)表示。第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五直流勵磁機數(shù)學(xué)模型小結(jié)《同步電機勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)研究模型》GB/T7409.2--2008KE:描述有自勵分量勵磁機的特性。它勵時KE=1第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型

交流勵磁機為同步電機。勵磁機定子的交流輸出經(jīng)三相不控或可控橋式整流器整流后供給發(fā)電機的勵磁繞組。

從理論上講，其數(shù)學(xué)模型可以采用同步電機數(shù)學(xué)模型或?qū)嵱媚Ｐ蛠砻枋?，但過于復(fù)雜。通常是把同步機的數(shù)學(xué)模型經(jīng)簡化后用于描述交流勵磁機。第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例簡化：采用同步電機三階實用模型，并忽略暫態(tài)凸極效應(yīng)，電機以額定轉(zhuǎn)速運行。勵磁機的定子電流經(jīng)整流后才接入發(fā)電機勵磁繞組的。第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例

勵磁機的定子電流經(jīng)整流后才接入發(fā)電機勵磁繞組的。與在一定運行工況附近,可近似為正比關(guān)系：與關(guān)系第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例與關(guān)系由到存在換相壓降整流器按照換相角小于、等于和大于60分為三種運行模式。當(dāng)小于60時Xr---整流器的換相電抗換相壓降第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例標(biāo)幺制：以發(fā)電機勵磁繞組電壓基值除兩邊若IN>1，則FEX=0第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例與關(guān)系由到存在換相壓降第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型以不可控靜止整流器他勵交流勵磁系統(tǒng)為例簡化傳遞函數(shù)框圖在大規(guī)模電力系統(tǒng)分析中應(yīng)用第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五交流勵磁機數(shù)學(xué)模型《同步電機勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)研究模型》GB/T7409.2--2008詳細(xì)模型簡化模型第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五靜止勵磁功率單元數(shù)學(xué)模型《同步電機勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)研究模型》GB/T7409.2--2008電勢源型---模型1電勢源型---模型2第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五靜止勵磁功率單元數(shù)學(xué)模型《同步電機勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)研究模型》GB/T7409.2--2008交流側(cè)串聯(lián)，電壓相加的復(fù)合源靜止勵磁功率單元第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五典型勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以典型的可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的勵磁系統(tǒng)為例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五典型勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以典型的可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的勵磁系統(tǒng)為例傳遞函數(shù)框圖第四十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五典型勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以典型的可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的勵磁系統(tǒng)為例簡化的傳遞函數(shù)框圖

忽略量測環(huán)節(jié)時間常數(shù)，忽略電壓調(diào)節(jié)器的超前滯后環(huán)節(jié)。第四十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五典型勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以典型的可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的勵磁系統(tǒng)為例勵磁系統(tǒng)基本方程忽略限幅環(huán)節(jié)作