基于MATLAB同步发电机励磁控制系统仿真

基于MATLAB同步发电机励磁控制系统仿真

维持发电机输出端电压或系统某点电压在给定的数值，保证并联运行的各发电机的无功功率能够合理地进行分配，提高系统的静态稳定性及动态稳定性，改善电力系统的运行条件。

有发电机功率励磁装置及自动励磁调节器构成闭环反馈系统

发电机为被控对象，功率励磁装置供给发电机转子磁场所需的直流功率，自动励磁调节器A VR，一般由调差环节，电压检测，综合放大等环节构成。

说明：由发电机电压互感器TV测量出的发电机电压Ug在综合点与电压设定器的设定电压Uref进行比较，其偏差值Uerr进入A VR放大部分进行运算，再经励磁机EX功率放大环节对发电机励磁回路进行调节

励磁系统的数学模型

同步发电机传递函数，电压测量单元传递函数，功率放大单元传递函数

同步发电机励磁控制系统框图，励磁系统的传递函数，励磁系统的动态方程

同步发电机传递函数

假设该系统中的发电机双输出绕组是严格同步变化的，在不考虑发电机磁路的饱和特性时，同步发电机的传递函数可简化为下一阶滞后环节：

Kg，发电机放大系数,取1

Td0’，时间常数，取1

电压测量单元

电压测量单元完成励磁同步发电机输出电压到数字控制器输入信号的转化，其中整流滤波电路略有延时，可用一阶惯性环节近似描述，故传递函数为：

Kc，电压传感器的输入输出比例，取3

Tr ，滤波回路时间常数，取1

功率放大单元

功率放大主要是指由励磁控制器输出小的控制信号Upwm，到励磁功率器件的输出Uf之间的功率转换作用，该单元可认为是一阶惯性环节，传递函数为：

Ka，放大环节的电压比例，取2

Ta，放大环节时间常数，取1

励磁系统框图

根据同步发电机励磁控制系统的结构，得出该系统的传递函数框图：

励磁系统的传递函数

有上述单元传递函数及其系统框图可得励磁系统的传递函数：

取：Kg=1，Td0’=1，Kc=3，Tr=1，Ka=2，Ta=1 励磁系统的动态方程

即： =Ax+bu ，y= x 励磁系统的稳定性

传递函数分母最高阶数=状态方程维数，所以系统能够完全表征，所以该系统是稳定的。

励磁系统的能控性

()3371100001000,2,2x x u y x

---⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=

337100010A ---⎛⎫ ⎪= ⎪

⎪⎝⎭

该系统的能控矩阵：

Rank （S ）=3，所以能控矩阵是满秩，所以该系统是状态完全能控的。 励磁系统的能观性 该系统的能观矩阵：

Rank （V ）=3，所以能观矩阵是满秩，所以该系统是状态完全能观的。 励磁系统的单位阶跃曲线

()2136,,013001S b Ab A b -⎛⎫ ⎪

==- ⎪

⎪⎝⎭

20222204614T T T c V c A c A ⎛⎫⎛⎫

⎪ ⎪== ⎪ ⎪

⎪

⎪---⎝

⎭⎝⎭

励磁控制系统的根轨迹图

励磁控制系统的校正

采用PID 调节器对系统进行矫正，PID 调节器的函数为：

取Kp=1，Ki=1，Kd=0.5 校正后系统的传递函数为：

s

s s s s s s s G s G c 7332

43)()(23423++++++=

绘制未校正系统的bode图：

校正以后的bode图：