同步发电机励磁系统的建模及仿真

控制系统仿真结课作业同步发电机励磁系统的建模及仿真

专业：电气工程及其自动化

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同步发电机励磁系统的建模及仿真

发电机的三分之一故障来自于同步发电机的励磁系统，所以研究同步发电机励磁系统对于电力系统有举足轻重的作用。所谓同步发电机励磁系统就是向励磁绕组供给励磁电流的整套装置。按照励磁功率产生的方式不同，同步发电机的励磁方式可以分为自励式和他励式两种。自励式是将发电机发出的交流电经过整流后输送到同步发电机的励磁侧，而他励式是同步发电机的励磁侧单独采用直流励磁机或交流励磁机作为电源供电。

以单机―无穷大系统为模型进行研究。单机―无穷大系统模型是简单电力系统分析中最简单最常用的研究对象，其示意图如图1所示，该仿真系统由同步励磁发电机、变压器、双回路输电线和无穷大系统构成。其中，同步励磁发电机参数为200MVA、13800V、112.5r/min、50Hz,变压器参数为Y―Y型210MVA。

图１单机―无穷大系统示意图

建模及其仿真步骤如下。

1.选择模块

首先建立一个Simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中，建立模型所需的模块如下：

1）选择Machines 模块库下的Synchronous Machine pu Standard 模块作为同步励磁发电机、Excitation System 模块作为励磁控制器。

2)选择Elements 模块库下的Three-Phase Transformer (Two Windings) 模块作为三相升压变压器、Three-Phase Series RLC Load 模块作为三相并联RLC 负载接地、Three-Phase Fault 模块作为任意相之间或者任意相与地之间的短路、Ground 模块作为接地。

3）选择Electrical Source 模块库下的Three-Phase Source 模块作为无穷大系统。

4)选择Measurements 模块库下的Voltage Measurement 模块作为电压测量。

5）选择Math Operation 模块库下的Gain 模块。

6）选择Sources 模块库下的Constant 模块。

7）选择Signal Routing 模块库下的Bus Selector 模块作为输出信号选择器。

8）选择Sinks 模块库下的Scope 模块。

2. 搭建模块

将模块放在合适的位置，将模块从输入端至输出端进行连接，搭建完的Simulink 励磁系统模型如图2 所示。

图2 Simulink 励磁系统模型

3. 模块参数设置

（1）Synchronous Machine pu Standard 模块参数设置

双击Synchronous Machine pu Standard 模块，弹出模块参数设置对话框如图3 所示。

其中，Preset model：用于选择点击型号。

Rotor type：用于选择转子类型。

Nom power,L―L volt，and freq.[Pn (VA) Vn (Vrms) fn (Hz)]：用于设置点击的额度功率、额定电压、额度频率。

Reactances[Xd Xd’ Xd’’ Xq Xq’’ X1] (pu)：用于设置点击电感量。

d axis tim

e constants：用于设置d坐标的时间常量。

q axis time constants：用于设置q坐标的时间常量。

Time constants [Td’ Td’’ Tgo’’ ] (s)：用于设置时间常量。

Stator resistance Rs (p.u.)：用于设置电机定子电阻。

模块的具体参数设置如图3所示。

图3 Synchronous Machine pu Standard 模块参数设置对话框

（2）Excitation System 模块参数设置

双击Excitation System 模块，弹出模块参数设置对话框。模块的具体参数设置如图4所示。

图4 Excitation System 模块参数设置对话框

（3）Three-Phase Transformer (Two Windings) 模块参数设置

双击Three-Phase Transformer (Two Windings) 模块，则弹出模块参数设置对话框。模块具体参数设置如图5所示。

图5 Three-Phase Transformer (Two Windings) 模块参数设置对话框（4）Three-Phase Series RLC Load 模块参数设置

分别双击Three-Phase Series RLC Load 模块和Three-Phase Series RLC Load1 模块，则弹出模块参数设置对话框。模块的具体参数设置如图6和7所示。

图6 Three-Phase Series RLC Load 模块参数设置对话框

图7 Three-Phase Series RLC Load 模块参数设置对话框（5）Three-Phase Fault 模块参数设置

双击Three-Phase Fault 模块，则弹出模块参数设置对话框。模块的具体参数设置如图8所示

图8 Three-Phase Fault 模块参数设置对话框

（6）Three-Phase Source 模块参数设置，模块的具体参数设置如图9所示。

图9 Three-Phase Source 模块参数设置对话框

（7）Voltage Measurement 模块参数设置，模块的具体参数设置如图10所示。

图10 Voltage Measurement 模块参数设置对话框

（8）Gain 模块参数设置，具体参数设置如图11所示。

图11 Gain 模块参数设置对话框

（9）Constant 模块参数设置，设置Constant 模块中的Constant Value 为1.0，设置Constant1 模块中的Constant Value 为1.0。

（10）Bus Selector 模块参数设置，具体参数设置如图12、13所示。