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)分析院〔系：水利水電學院專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化班級：指導學生__......目錄摘要IAbstractII1.緒論31.1課題的目的及意義31.2勵磁調節(jié)器的發(fā)展31.3本論文的主要內容32.相關知識介紹22.1勵磁系統(tǒng)的傳遞函數22.2系統(tǒng)響應及其分析43系統(tǒng)的定性分析63.1穩(wěn)定性分析63.2能控性分析63.3能觀性分析74系統(tǒng)的定量分析84.1串聯校正4.2輸出反饋校正——極點配置5總結10參考文獻11附錄一：12附錄二：12附錄三：13附錄五14附錄六14..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,而的值是發(fā)電機勵磁電流的函數,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AbstractTheoperationofthesynchronousgeneratorwithitsno-loademfisworthaboutsize,andthevalueofthecurrentgeneratorexcitationfunction,changeexcitercurrentcanaffectthesynchronousgeneratorpowersystemintheruncharacteristics.Therefore,thesynchronousgeneratorexcitationcontrol,totheoperationofthegeneratorisoneoftheimportantcontentsofthecontrolThebasicrequirementsforthecontrolsystemcanbesummarizedastwopoints:first,thesystemmustbestable;Second,gooddynamicperformanceandsteadyprecision.Stabilityisacontrolsystemcanworknormallybasicpremise,andthedynamicqualityandstableprecisionisforthecontrolsystemtomove,andstaticperformancequalityevaluation.Inthesingleinputandsingleoutputsystem,thedynamicqualityreferstotheresponseofthesystemoutputefficiencyandovershoot;Andsteadyprecisioniscommonresponseofthesizeofthesteady-stateerrorofthemeasure.Thisthesismainlyforsynchronousgeneratorsystemofeachlinksimplifiedanalysis,listtheexcitationautomaticcontrolsystemthetransferfunctionofeachunit,abstractoutthegeneraltransferfunction,onthisbasis,theanalysisofsystemcontrol,considerablesex,stability,andonthissystem,joinedthecorrectionlink,analysisthetransferfunctionoftheadjustmentdevice,andverifiedthesystemstabilityandcorrectionallparametersofthedynamicperformance.Keywords:synchronousgenerators,excitationsystem,automaticcontrol..緒論1.1課題研究的目的和意義近年來,隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,大機組的出現,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。1.2勵磁調節(jié)器的發(fā)展勵磁調節(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年代以來,磁放大器出現后,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,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。1.3本論文的主要內容勵磁調節(jié)系統(tǒng)的主要任務可分為：〔1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?！?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)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。第二章建立數學模型2.1勵磁系統(tǒng)的傳遞函數在本文中,用勵磁系統(tǒng)傳遞函數模型來等效實現系統(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2-1是典型的勵磁控制系統(tǒng)結構框圖。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：其中式中——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；為氣隙特性的斜率；K是常數；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式中——電壓比例系數——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——電壓放大系數；——放大器的時間函數。<3>功率放大單元傳遞函數三同步發(fā)電機的傳遞函數——發(fā)電機的放大倍數；——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：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：帶入以上參數,得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為：取由此可得系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數為：2.2系統(tǒng)響應及其分析動態(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：1上升時間：輸出響應從零上升,第一次達到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間,它反映了系統(tǒng)的快速性。2峰值時間：輸出響應從零上升至峰值是的時間。3調整時間：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)定值得或。4超調量：若輸出峰值為,穩(wěn)態(tài)值為,則定義=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..第三章系統(tǒng)的定性分析3.1穩(wěn)定性分析穩(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：其特征方程為：將s=jw帶入D<s>中有解得w=6.27K=1042所以當K<1024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?！瞞atlab圖見附件一由matlab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。3.2能控性分析取K=200其狀態(tài)方程為：其能控性矩陣為：用matlab工具計算得：rankS=3所以系統(tǒng)是能控的計算得：rankv=3所以系統(tǒng)是能觀的。.3.3能觀性分析計算得：rankv=3所以系統(tǒng)是能觀的。..第四章系統(tǒng)的定量分析4.1串聯校正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,上升時間盡量小。由動態(tài)性能指標,借用標準二階系統(tǒng)計算公式可得：采用串聯校正：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：假設校正環(huán)節(jié)的傳遞函數為：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