同步发电机仿真开题报告

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(2-2) (2-3)
定义 f 为电流，电压，磁链的共同变量，则有
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东南大学成贤学院
毕业设计(论文)开题报告
电气工程 系
电气工程及其自动化
专业
课 题 名 称 ： 同步发电机的建模与仿真
学生姓名：
学
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毕业设计（论文）开题报告
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课题 名 称
同步发电机的建模与仿真
一、选题背景与意义（300 字左右）
同步发电机是电力系统之中最常用的交流发电机,也是最复杂的元件，它的静态和暂态特性与其控制 和保护直接相关。同步发电机建模和仿真是电力系统研究的重要手段之一。通过本课题，能够基本掌握 同步发电机的电气参数特点、暂态和动态特定、励磁器和调速器的控制特点、故障分析等。随着MATLAB 软件的推出与发展，该软件强大的计算能力和完善的电力系统模型使得同步发电机的建模与仿真问题变 得简捷而准确，MATLAB中的SIMULINK的仿真模型能够满足实际电力系统研究的需要。通过建立同步发 电机系统的MATLAB仿真模型，该模型层次分明，连接简洁，调试方便，同步发便于分析电机的各种静 态、暂态特性，励磁器和调速器及其参数的设定对发电机的作用和影响，使电机结构和内部电磁关系变 得清晰。同时，仿真结果对于同步发电机系统的参数设计、故障保护、设备运行可靠性等工作都具有重 要意义。
br-axis bs-axis
kq-axis
ar-axis as-axis
cs-axis r cr-axis
k d-axes
图 2－1 定子、转子各相的旋转 d，q 坐标定位
按图 2－1 的电磁量取向即可列出如下的同步电机电压方程和磁链方程： 电压方程：
vabcs rsiabcs pabcs vabcr rriabcr pabcr
三、文献综述（或调研报告）（1200 字左右）
MATLAB 是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环 境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括:：数学计算、运算法则的 推导、.模型仿真和还原、数据分析，采集及可视化、科技和工程制图、开发软件，包括图形用户界面的 建立。MATLAB 是一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很 多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题，有时还能写入非交互式语言如 C 和 Fortran 等。 MATLAB 的名字象征着矩阵库。MATLAB 的一系列的特殊应用解决方案称为工具箱（toolboxes）。工具 箱包含着 M-file 集，它使 MATLAB 可延展至解决特殊类的问题。在工具箱的范围内可以解决单个过程， 控制系统，神经网络，模糊逻辑，小波，仿真及其他很多问题。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和 图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。其包含的 SIMULINK 是用于在 MATLAB 下建 立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试 验平台，同时 SIMULINK 还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的 Bode 图和 Nyquist 图。Simulink 是用于仿真建模及分析动态系统的一组程序包，它支持线形和非线性系统，能在连续时间，离散时间或 两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率，也就是用不同的部分用不同的速率来采样和更新。 Simulink 拥有全面的库，如接收器，信号源，线形及非线形组块和连接器。在定义了一个模型后，就可 以进行仿真了，用综合方法的选择或用 Simulink 的菜单或 MATLAB 命令窗口的命令键入。使用 scopes 或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步，可以改变其中的参数同时可以立即看到结果 的改变，仿真结果可以放到 MATLAB 工作空间来做后处理和可视化。
．
二、课题关键问题及难点（300 左右字） （1）熟悉和掌握电力系统暂态稳定性分析的基本理论、初步了解 MATLAB7.8 （2）掌握和了解电力系统暂态稳定性和分析发电机的暂态数学模型 （3）对发电机、变压器、线路及负荷的数学模型进行分析并分类整理；确定用于机电暂态分析的模型； 用 MATLAB 的 Simulink 建立用于暂态稳定性分析的模型； （4）学会使用 MATLAB 的 simulink 系统完成下列基本功能： 1、同步发电机三相短路故障设置； 2、对单机—无限大容量系统的暂态稳定性分析； 3、对双机系统的暂态稳定性分析 （5）用用 MATLAB 的 simulink 完成同步发电机本身及其控制系统（励磁器、调速器）的完整动态模型 及简化模型，内容包括描述方程式、等值电路、参数设置、分析方法及结果解读和应用；MATLAB 以及 Simulink 应用。
同步发电机建模
对于具有阻尼条的凸极机，由于空气隙旋转磁场总可以分解为两个轴线与转子正，交轴重合的脉动 磁场，因此模型得以建立。
取定子各相绕组轴线及其磁链的的正方向，dq 轴线的正方向，励磁绕组以及正交轴阻尼绕组磁链的 正方向，如图 （2－1）所示，定子各相绕组电流产生的磁通方向与各该相绕组轴线的正方向相反时，这 些电流为正值。换言之，定子各相正值电流将产生各该相负值磁链。转子各绕组电流产生的磁通方向， 与正轴或交轴正方向相同时，这些电流为正值。即，正值转子电流将产生正值转子绕组磁链。
（2-1）
其中， p 为求导算子，即 p =d/dt，v 为各绕组电压，i 为各绕组电流，r 为各绕组电阻， 为各绕组合成
磁链，
vas
ias
as
vabcs

vbs , iabcs

ibs , abcs

bs

vcs
ics
cs