用MATLAB绘制同步发电机安全运行极限图
基于matlab的同步发电机励磁系统仿真分析与调试毕业设计
基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真分析与调试摘要同步发电机为电力系统提供能量，其控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。
通过掌握利用MATLAB对励磁控制进行分析和研究的技能，能灵活应用MATLAB的SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
通过使用这一软件工具从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
文章介绍了MATLAB/Simulink的主要特点、基本模块和功能，分析了同步发电机励磁调节系统的组成及其各个部分原理，建立了基于MATLAB的同步发电机及其励磁调节系统仿真模型，最后建立了以PID和PSS为励磁控制方式的同步发电机励磁调节系统数学模型，在Simulink环境下进行了仿真，收到了很好的效果。
关键词：MATLAB；同步发电机；励磁调节系统；建模；仿真；校正ABSTRACTSynchronous generator is the energy of the power system provider, and its performance will directly determine the quality of power system security and stability in operation. Through mastering the use of MATLAB for analysis of the excitation control and research skills, flexibility SIMULINK of MATLAB simulation software to analyze performance of the system. Through the use of the software tools from the boring red tape out of the computational burden, and more reflection on the nature of the problem used to solve practical production and research issues.The article introduced the main features of the MATLAB/Simulink，the basic module and function，illustrated the composition of synchronous generator excitation system and its principle of every part，established the simulation model of generator from MATLAB and that of generator excitation system，established synchronous generator excitation system mathematical model that is controlled by the way of PID and PSS，simulate it in the environment of Simulink，get pretty good results.Key words: MATLAB；synchronous generator；excitation control system；modeling；simulation；Correction目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 MATLAB 软件介绍 (1)1.2.1 MATLAB 软件简介 (1)1.2.2 MATLAB 软件语言特点 (2)1.3 Simulink 介绍 (4)1.3.1 Simulink 简介 (4)1.3.2 Simulink 功能介绍 (4)1.3.3 Simulink 特点介绍 (5)2 同步发电机的励磁系统控制原理 (6)2.1 同步发电机介绍 (6)2.1.1 同步发电机工作原理 (6)2.2 励磁系统概述 (7)2.3 励磁系统的分类 (8)2.3.1 直流励磁机励磁系统 (8)2.3.2 半导体励磁系统 (9)2.3.3 静止励磁机励磁系统 (11)2.4 励磁系统在电力系统中的作用 (12)3 同步发电机励磁系统MATLAB 的建模 (15)3.1 励磁控制系统数学模型[3] (15)3.2 励磁控制系统的传递函数[3] (16)4 励磁控制系统的MATLAB 仿真 (17)4.1 励磁系统的仿真 (17)4.1.1 闭环传递函数 (17)4.1.1.1 闭环传递函数模型 (17)4.1.1.2 求阶跃响应 (18)4.1.2 开环传递函数 (18)4.1.2.1 开环传递函数模型 (18)4.1.2.2 根轨迹图设计器 (19)4.2 Simulink 求阶跃响应 (21)4.2.1 阶跃响应的暂态指标 (22)5 励磁控制系统的校正 (23)5.1 校正的概念 (23)5.2 校正的分类 (23)5.3 PID 对励磁系统的仿真 (23)5.4 励磁系统稳定器（PSS）对系统的校正 (25)5.5 PID 校正和PSS 校正的分析比较 (27)6 总结 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)附录A 计算暂态指标的程序1 (31)附录B 计算暂态指标的程序2 (33)1 绪论1.1 引言同步发电机是电力系统的能量提供者, 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
基于MATLAB的同步发电机突然短路设计
第1章绪论电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。
随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。
在这种情况下，许多大型的电力科研试验很难进行，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。
因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可少。
而在众多的仿真工具中，MATLAB以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能脱颖而出。
1.1设计目的让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱，建立电力系统仿真模型，对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析，加深对供电和电力系统知识的了解，并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。
1.2设计任务1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。
2.建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。
1.3设计要求1.要求每个学生独立完成设计任务。
2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。
3.完成实训任务书。
4.要求提交成果：报告书一份。
第2章MATLAB语言的概述2.1 MATLAB简介MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台，所具有的程序设计灵活，直观，图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科，多平台的强大的大型软件。
MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
它提供了用方框图进行建模的接口，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。
Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。
每个程序块由输入向量，输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。
在计算前，需要初始化并赋初值，程序块按照需要更新的次序分类。
基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究
毕业设计（论文）题目基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究学院计算机与控制工程学院专业班级电气xxx学生姓名指导教师成绩2014 年6 月26 日摘要众所周知，同步发电机在电力系统中发挥着至关重要的作用，现代社会中使用的电能几乎由同步发电机所产生，同步发电机在人类社会的生活生产中占据着非常重要的地位。
为了更直观地了解同步发电机短路故障状态下的特性指标，尽量避免发生短路故障或及时对短路故障做出相应的正确措施，更合理选择保护装置，研究同步发电机的短路故障状态就成了当务之急的问题。
随着科技进步与自动化水平的提高，人们要求能够快速分析故障和解决故障，在电力系统中，因运行环境、可操作性问题的限制，现场对同步发电机测试不太现实，因此，利用软件仿真的方法对同步发电机进行仿真研究就显得极其重要。
本论文通过MATLAB软件建立同步发电机的仿真模型，对常见的短路故障进行仿真研究，以便更好地掌握同步发电机短路故障状态下的各特性，并设计了GUI 用户界面，更好的实现了人机交互。
文中对各短路故障进行了仿真实验，从仿真结果可以看出，本文所设计的仿真系统满足对同步发电机短路故障的研究需求，实现论文设计的目标。
关键词：同步发电机；短路故障；MATLAB；GUIIAbstractAs is known to all, synchronous generator plays an important role in power system. Now the electric power used in our society almost produce by synchronous generators.Synchronous generator occupies a very important position in human society.In order to learning the characteristic parameters of synchronous generator more intuitive in fault condition, and trying to avoid short circuit fault or to make corresponding measures to correct vision in time or to protect device in the method of reasonable, studying the synchronous generator fault status has become an urgent problems. With the progress of science and technology and the improvement of automation level, people require to be able to quickly analyze fault and solve the problem in the electric power system. With the limitation of the environment in running a synchronous generator, doing a test of generators directly is unlikely.Therefore, with the aid of MATLAB software powerful computing and graphics processing simulation to study the synchronous generator is extremely important.In this paper, a simulation model of the synchronous generator is established by MATLAB software in order to better grasp the performance index of synchronous generator in fault condition.And we also design the Graphical User Interface(GUI) for better realizing the human-computer interaction. Each short circuit fault simulation experiments was carried out in this paper, as can be seen from the simulation results, the simulation system is designed to satisfy demands for synchronous generator short circuit fault research, realizing the target of this paper.Key words: Synchronous generator；Short circuit fault；MATLAB；GUIII目录摘要 (I)Abstract ···································································································I I第1章绪论 (1)1.1论文的背景和意义 (1)1.2仿真技术的发展概况和趋势 (1)1.3本论文研究的主要内容 (2)第2章同步发电机的理论分析 (3)2.1同步发电机的主要结构 (3)2.1.1定子 (3)2.1.2转子 (3)2.2同步发电机的基本理论 (4)2.2.1同步发电机的基本工作原理 (4)2.2.2正方向的规定 (5)2.2.3同步发电机的基本方程 (5)2.2.4派克变换和dq0坐标系统 (7)dq 坐标系统 (10)2.2.5第3章同步发电机短路故障仿真研究系统 (12)3.1同步发电机的数学模型 (12)3.2M文件的编写 (13)3.3仿真界面设计 (16)3.3.1界面组件的选择和布局 (16)3.3.2编写回调函数 (17)第4章实例仿真与分析 (20)4.1三相突然短路仿真与分析 (20)4.2负载两相短路仿真与分析 (22)4.3负载单相短路仿真与分析 (24)4.4转子绕组短路仿真与分析 (26)结论 (30)参考文献 (31)附录 1 (32)附录 2 (34)致谢 (42)第1章绪论1.1 论文的背景和意义电能得到广泛的应用得益于电力系统的出现，进而推动了各个领域的社会生产的变化。
MATLAB实验：同步发电机三相短路响应过程仿真
MATLAB实验：同步发电机三相短路响
应过程仿真
简介
本实验通过使用MATLAB软件对同步发电机的三相短路响应过程进行仿真。
同步发电机是发电厂中常见的发电设备，了解其短路响应过程对于保证电网的稳定性很重要。
实验过程
1. 确定同步发电机的参数，包括额定功率、额定电压、额定频率、定子、转子等参数。
2. 通过在MATLAB中建立电力系统模型，将同步发电机和其他电网元件（例如传输线、发电机组）连接起来。
3. 设计相应的控制策略，实现短路故障的切除、保护与恢复。
4. 运行仿真程序，模拟同步发电机在发生三相短路故障时的响应过程。
5. 分析仿真结果，包括电流、电压、转速等参数的变化情况，以及系统的稳定性和安全性。
实验目标
通过进行该实验，我们可以了解同步发电机在发生三相短路故障时的响应过程，包括电流和电压的变化情况。
这有助于我们更好地了解电力系统的稳定性和安全性，并为实际电力系统中的故障分析和保护设计提供参考。
结论
通过对同步发电机三相短路响应过程的仿真实验，我们可以获得电流和电压的变化情况，并进一步分析电力系统的稳定性和安全性。
这对于电力系统的运行和维护至关重要，有助于提高电网的可靠性和安全性。
【注意】本文档中的内容仅供参考，详细的实验步骤和具体参数需根据实际情况进行确定和调整。
MATLAB实现永磁同步电机控制
离散事件系统建模 建模规范检查 功能测试后模型和代码覆盖率检查
用来建立测试单元平台，构建和管理测试用例
Simulink Real-Time
提供实时仿真环境的软件部分，包括实时仿真 内核与一系列板卡驱动，可以将模型编译下载 到仿真机，实现实时仿真(需要Simulink Coder)
提供了汽车动力系统中的物理模型库，控制系统 参考设计库，以及整车仿真的示例
18
所需产品模块 （三）：代码生成部分
模块 MATLAB Coder
Simulink Coder
Embedded Coder
作用 将MATLAB脚本生成C/C++代码
将 Simulink(Stateflow) 模 型 生 成 C/C++ 代码(用于测试仿真)
▪ 如果为TCL2或者TCL3，则用户需要做工具资格认定，MathWorks提供了工具资格认定所需的测试用例，用 户只需要运行即可
– 用户须为以上被预认证过的产品提供一份TQP(Tool Qualification Package) 和CDT (Conformance Demonstration Template)，用来说明该产品是如何被资格认定的。MathWorks提供了文档模板
– SUV出具了对这些产品的工具认证报告 – MathWorks推荐了这些产品的使用流程 – TUV针对以上使用流程的若干使用场景做了TCL（工具置信度）的事先划分
▪ 在实际认证过程中，如果为TCL1则无需做额外的工具资格认定（tool qualification），例如Embedded Coder 如果严格按照MathWorks推荐的流程来使用，则为TCL1
Calculate Speed
如何用matlab绘制电机效率map图或发动机万有特性曲线
如何用matlab绘制电机效率map图或发动机万有特性曲线前段时间写论文，需要绘制电机效率map图，其实和发动机万有特性曲线一样。
看了好多资料都不会，问问师兄也没具体画过。
困惑中查到貌似有几个软件可以画map图，由于我比较熟悉matlab，就选用它了，可是matlab也不知道咋画呀，我查看了matlab图形处理这一块，突然发现等高线图绘制，咦？？？这不就是高中地理学的吗？？？和map图万有特性图本质一样吗？？？就是contour函数啦，惊喜万分5.2.13 等值线图等值线图可用于绘制地理数据中的等高图、气象数据中的等势图等。
等值线图在二维图形中把第三维中相同大小的数据连接为等值线，一定程度上可以表示第三维的信息，同时等值线图相比三维图更容易观察数据之间的关系，被广泛的应用于各个领域。
MATLAB中提供了一系列的函数用于绘制不同形式的等高线图，其中包括：1．contour()函数contour()函数可用于绘制二维等值线图，函数的调用格式为：❑contour(z)：输入数据z为二维矩阵，绘制数据z的等值线，绘图时等值线的数量和数值根据矩阵z的数据范围自动确定。
❑contour(z,n)：绘制等值线图，设置等值线数目为n。
❑contour(z,v)：绘制等值线图，向量v设置等值线的数值。
❑contour(x,y,z)：绘制矩阵z的等值线图，输入参数x、y用于指定绘制的等值线图的坐标轴数据，同时输入数据x、y、z必须为大小相等的矩阵。
❑contour(x,y,z,n)：为指定坐标轴的等值线图设置等值线的数目n。
❑contour(x,y,z,v)：为指定坐标轴的等值线图设置等值线的数值v。
❑contour(...,LineSpec)：输入参数LineSpec用于设置等值线的线型。
❑[c,h] = contour(...)：返回contour()函数绘制的等高线图中的等值线的数值标签c和包含所有图形对象的句柄h；2．contourf()函数contourf()函数用于绘制带填充的二维等值线图。
基于Matlab的同步电机三相突然短路的仿真
可方便实现了计算结果的可视化。
２ 同步电机的状态方程
为了方便计算，我们做如下假定：①短路后过程速度仍为同步
速度，即ｐ０＝∞＝蜘；②不计磁路饱和③励磁电压为常数（不考虑调
压器的作用）。在这样的假设下．建立起来的方程是线性的。以ｄｑｏ
坐标系统和ｘ一基值系统表示的三相同步电机（有阻尼绕组）的状
态方程（用标幺值表示）为：
【摘要】 本文从ｄｑＯ坐标系统表示的三相同步电机的状态方程出发，利用Ｍａｔｌａｂ工具并以 一个具体实例详细说明了三相突然短路的仿真步骤并给出分析，而且利用Ｍａｔｌａｂ的ＧＵ］编辑一个人 机界面，可方便仿真各种条件下的短路过程。
【关键词】 同步电机短路 Ｍａｔｌａｂ 仿真
１、Ｓｌ盲
同步电机的突然短路，是电力系统的最严重的故障。虽然短路
引证文献(1条)
1.黎瑜新.刘明明.秦雅 基于LabVIEW软件平台的同步发电机短路电流分析与研究[期刊论文]-装备制造技术
2009(11)
本文链接：/Periodical_fjdn200307015.aspx
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过程所经历的时间是极短的（通常约为０．１～Ｏ．３秒），但电抠短路 电流和转子电流的分析计算。却有着非常重要的意义。为了了保证 发电机、变压器、断路器、互感器等的可靠运行，必须计算短路电流 的最大瞬时值，为了决定继电保护装置的工作条件，需要知道短路
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万方数据
图２仿真界面 在励磁电压不变的前提下，以△Ｕ；（一岫 一岫０ ０ ０】７，以及短路后最初瞬间的电流增量Ａｌｅ＝【０ ０ ０ ０ ０】’ 代人，可解得各绕组电流增量：【△ｂ △ｋ △ｂ △ｉｏ △ｋ】７
MATLAB的同步发电机故障运行仿真分析
闸装 置 ， 障发生后切 除故障线路 ， 在故 待消失后 实验 ： ２ 秒时有功功率 的输 入 由 ０ ７ ５ 在 ０ ． ８ 增到 ０ 自动重新将这线 路投 入 ， 以提高供 电的可靠性 ， ０ ， ． 则电压及 电流如 图： ８ 成功率很 高。 上述 两种 方法 ， 多用在从系统方面消除故 障。 ２ ３强行励磁和 陕速关 闭汽 门 这是两种从 自动调节 系统人手 ，借减少 功 率或能量 的差 额提高暂态稳 定性的措施 。非常 经济有效 。 （） １快速关 闭汽门。所谓快 速关闭 汽门 ， 按 目前技术水平 可 以达到 的指标大致指油 动机时 电 间常数不 大 于 Ｑ 秒 ， １ 汽容时 间常数 也不 大于 １ 。其 中 ， 秒 以汽容 时间常数 更难 减小 ， 限制了快速关闭汽 门的效果 。所以 改 为强行励磁 是 目 比较有 效且能 实施 前
中计算和控 制问题等也 日 益复杂在 进行 电力试 验 时直接从技术 和安全上考 虑可能性很小 。因 此 运 用 电力仿 真来解 决这些 问题非常迫切 。本 文 作 者主要 通过 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ对 发 电厂单机 并 网 后 ，在发 电厂 的同步发 电机 发生小扰动及 短路 故 障 隋况下应 如何使发 电机 及系统重新 回到稳 定状态进行 了模拟 ，同时就 发 电机在故 障情况 下 应如何进行处理进行 了分析。 １ ．设备选择及参数汁 １ 同步发 电机与 电网的拄 如附图 １ ． １ 线 ：
好 的效 果 。
关 键词 ： 同步发 电机 ； 真 ； 障运行 ； 仿 故 处理
中 图 分 类 号 ： Ｍ７ ３ Ｔ ４ 文献 标 识码 ： Ａ
前言 ２ ２自动重合 闸的采用 重新 回到稳定状态 。 由于 系统 中的故 障 ，特别是超 高压输 电线 （） ２当输入功 率增大时 ， 系统在 发生三 相短 随着 电力 系统的快速发展 和电网的 日益扩 绝 采用 自动重合 路后 ， 不增加励磁则系统不能 回到稳定状 态。 大 以及 自动化系统程度的不断提 高＇ 电力系统 路 的故障 ， 大多数是短路 故障 ， 在 若
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.1 电力系统静态稳定性简介
作用在发电机上的机械转矩和电磁转矩如图6-16所示，转 矩平衡点有a、b两个。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.2.2 简单电力系统的静态稳定性计算 1．网络参数及运行参数计算 2．稳定运行参数计算 6.2.3 简单电力系统的静态稳定性仿真 1．Simulink模型构建及参数设置 按图6-6所示的单机无穷大系统，搭建研究其静态
A
A
B
B
C
C
L1
A
A
B
B
C
C
L2
ห้องสมุดไป่ตู้
A
a
B
b
C
c
T -2
A B C 110kV Source
Load 5MW
d_theta1_2 d_theta1_2 (deg)
w1 w (pu)
stop
M a ch i n e Signals
STOP
Stop Simulation if loss of synchronism
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1.1 电力系统暂态稳定性简介
如图6-1（a）所示为一正常运行时的简单电力系统及其等值电路，发 电机经过变压器和双回线路向无限大系统送电。
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
发电机在正常运行、故障以及故障切除后三种状态下的功角特性曲线 如图6-2所示.
第6章 MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用实例
6.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真分析
电力系统遭受大干扰后，由于发电机转子上机械转矩 与电磁转矩不平衡，使同步电机转子间相对位置发生 变化，即发电机电势间相对角度发生变化，从而引起 系统中电流、电压和电磁功率的变化。电力系统暂态 稳定就是研究电力系统在某一运行方式，遭受大干扰 后，并联运行的同步发电机间是否仍能保持同步运行、 负荷是否仍能正常运行的问题。在各种大干扰中以短 路故障最为严重，所以通常都以此来检验系统的暂态 稳定。本节将以单机无穷大系统为例介绍利用 MATLAB仿真分析简单电力系统暂态稳定性的方法。
电机学大作业 绘制同步电机V型曲线
四．心得体会 8 五．参考文献 9
1． 拓展内容
用Matlab计算并绘制同步电机V型曲线。可以采用三维曲面的图形。
2． 详细设计
2.1 设计背景和求作曲线思路
1) 同步电机所处工作电网和工作模型： Pn=50000kW，Un=13800V，电机参数：凸极同步电机 Ra=0， Xd*=1.15，Xq*=0.7，假定空载特性为一直线（既忽略饱和）。
Pem=m
+m
(
) =常数 =常数
P2=mUI 即
+ (
) =I =常数 则由此可以分析励磁电流If变化对电枢电流I的影响。 端电压和电磁功率恒定时的同步发电机向量图：
由向量图可知同步电机并入大电网的无功功率调节依赖于励磁电流的 变化。 当励磁电流I较大时，E01较高，定子电流I1滞后于端电压U，此时电机 输出滞后无功功率，同步发电机处于过励状态；当逐步减小励磁电流
取fi=pi/6（滞后）得I=0.1329，If =1.0837
取fi=0
得I=0.1155，If =1.0064
P2=0.5时， 取fi=-pi/6（超前）得I=0.3323，If =0.8642
取fi=pi/6（滞后）得I=0.3323，If =1.229
取fi=0
得I=0.2887，If=1.0495
X=cos(fi(i,:)); %采用数组的寻访寻访数组fi的第i行的所有元素 I(i,:)=P2(i)./(X*(3^(0.5))); %求I的标幺值（采用数组算法） Y=sin(fi(i,:))+I(i,:)*Xq; Ksai=atan(Y./X); %求内功率因素角 Theta=Ksai-fi(i,:); %求功角 E0(i,:)=cos(Theta)+I(i,:).*sin(Ksai)*Xd; %求E0的标幺值 hold on end plot(E0(1,:),I(1,:),'b-',E0(2,:),I(2,:),'b:',E0(3,:),I(3,:),'r-'); %P2=0 Ksai=fi=pi/2 fi(4,:)=linspace(pi/2,pi/2,100); E0(4,:)=linspace(0.4,2,100); I(4,:)=abs(E0(4,:)-1)./Xd; plot(E0(4,:),I(4,:),'r:') legend('P2=0.2','P2=0.5','P2=0.8','P2=0') grid on %打开所有网格
同步发电机三相短路故障仿真分析
同步发电机三相短路故障仿真分析摘要：电力系统中，发电机主要采用同步发电机，现代社会中使用的交流电，几乎全部由同步电机产生。
因此，同步电机对生产生活具有十分重要的意义。
本文采用MATLAB 建立同步电机仿真模型，对同步电机三相短路故障进行仿真分析，以便在同步电机运行尽量避免发生故障或在发生故障时能及时作出相应处理措施。
关键词：MATLAB 同步电机短路正序负序1前言同步电机是电力系统的电能供给设施，是电力系统中最重要和最复杂的设备，它的运行状态直接决定电力系统的安全与稳定。
在电力系统运行过程中，如果同步电机发生突然短路，则短路的暂态过程所产生的的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对同步电机本身和整个电力系统都可能产生严重的影响，因此，对同步电机的运行进行仿真及研究就显得尤为重要。
2发电机短路故障理论分析同步发电机的电磁暂态过程是一个很复杂的过程，为此假设同步发电机是理想机，即：(1)电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组也完全对称，在空间上相差为120°。
(2)定子电流在气隙上产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组之间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。
(3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感。
此外，还假设：(1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速不变。
(2)发生短路后励磁电压始终保持不变。
(3)短路发生在电机的出线端口。
突然短路后，定子各相绕组出现的电流，可以根据各相绕组必须维持在短路瞬间的磁链不变的条件来确定。
为此，首先必须研究定子各相绕组磁链的变化规律。
假定短路前电机处于空载状态，短路前空载稳态运行时,转子以的转速旋转，主磁通交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如下式：在t=0(短路时刻)瞬间，各绕组的磁链初值为：由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。
3 仿真模型的建立设计一个只由发电机供电的简单电力网，该系统由一额定功率为500MW，额定电压为156KV的发电机和一负载构成。
汽轮发电机安全运行极限图绘制方法
汽轮发电机安全运行极限图绘制方法蒋大伟;于龙滨【摘要】讨论了汽轮发电机安全运行极限图的组成与绘制方法，从功角特性出发，根据不同的约束条件，解释了汽轮发电机在进行迟相试验、进相试验及运行时发电机安全运行极限图的重要作用。
%In this paper, the composition and drawing method of turbine generator safe operation limit diagram are discussed, accord⁃ing to the power angle characteristics, under different constraint conditions, the important role of turbine generator safe operation limit diagram in the lagging phase test , the leading phase test and operation are explained.【期刊名称】《东北电力技术》【年(卷),期】2016(037)007【总页数】5页(P9-13)【关键词】发电机;功角;进相【作者】蒋大伟;于龙滨【作者单位】辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳 110179;国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006【正文语种】中文【中图分类】TM311随着电力系统的发展，现阶段的发电企业己进入大机组、高参数、高自动化阶段，输电线路越来越长，电压等级越来越高，城市配电线路电缆化率也逐年提高。
电力系统中容性负荷不断增加，负荷低谷时易出现无功过剩，系统电压升高的情况，影响电气设备的使用寿命、电力系统的供电质量和经济性。
此时，可通过发电机进相运行来吸收系统无功功率，降低系统电压，在不增加设备的情况下是目前提高电力系统经济效益的有效措施。
正常运行时，发电机运行在迟相状态，应实时观察发电机定子电流与转子电流不应超出允许值。
基于MATLAB的发电机仿真实验
基于MATLAB的发电机仿真实验实验目的1.学习运用matlab软件对发电机进行仿真短路试验。
2.对系统的稳态运行、单相短路、两相短路、三相短路进行比较分析。
3.对系统并网状态进行分析。
实验内容用matlab软件搭建一个发电机与负荷小系统模型，仿真各种短路情况并对结果做进一步分析。
实验步骤一、熟悉原件熟悉matlab中simulink、simmechanics、simpowersystems等要用到的主要模块。
了解模块中的各个原件。
二、建立模型单机系统仿真图（并网前）（并网后）三、选择模块1.从simpowersystems-machines中找到发电机simplified synchronous machine si units元件并复制到电路图中，双击发电机元件，进行参数设置如下：2.从simulink-sources选择常数发生器constant元件，并复制到电路图中，设置机械功率值为700e6，设置电压幅值为156e3。
3.从Simpowersystems-measurements选择三相电压-电流测量three-phase v-i measurement元件，并复制到电路图中，设置参数如下：4.从Simpowersystems-elements中选择传输线路distributed parameters line元件，并复制到电路图中，设置参数如下：（线路1与线路2设置参数相同）5.从Simpowersystems-elements中选择三相电路短路故障发生器three-phase fault元件，并复制到电路图中，参数设置如下：6.从Simpowersystems-elements中选择三相断路器three-phase breaker元件，并复制到电路图中，参数设置如下：7.从Simpowersystems-elements中选择三相变压器three-phase transformer(two windings)元件，并复制到电路图中，参数设置如下：8.从Simpowersystems-elements中选择三相串联rlc负载three-phase series rlc load元件，并复制到电路图中，参数设置如下：9.从Simpowersystems-measurements中选择multimeter，并将它们复制到电路图中。
《电机学》教材中部分图像的Matlab程序代码
P15 2-3程序：c=0:0.01:pifi=sin(c)i=exp(fi.*5)-1subplot(3,1,1)plot(c,fi)set(gca,'xtick',[0 pi/2 pi]);set(gca,'xticklabel',{'0' '90°' '180°'}) set(gca,'ytick',[ ]);set(gca,'yticklabel',{ ' ' })xlabel('wt')ylabel('Ф')title('2-3-1 磁通随时间变化关系图')subplot(3,1,2)plot(c,i)set(gca,'xtick',[0 pi/2 pi]);set(gca,'xticklabel',{'0' '90°' '180°'}) set(gca,'ytick',[ ]);set(gca,'yticklabel',{ ' ' })xlabel('wt')ylabel('i')title('2-3-2 电流随时间变化关系图')subplot(3,1,3)plot(i,fi)set(gca,'xtick',[ ]);set(gca,'xticklabel',{' '})set(gca,'ytick',[ ]);set(gca,'yticklabel',{ ' ' })xlabel('i')ylabel('Ф')title('2-3-3 磁通与电流的关系')p35 2-20程序：b=0:0.01:1.5rk=0.03,xk=0.1cs=0.8sn=sqrt(1-cs^2)u1=1-b.*(rk*cs+xk*sn)cs=0.7sn=sqrt(1-cs^2)u2=1-b.*(rk*cs+xk*sn)cs=0.65sn=sqrt(1-cs^2)u3=1-b.*(rk*cs+xk*sn)cs=1 %纯电阻sn=sqrt(1-cs^2)u4=1-b.*(rk*cs+xk*sn)cs=0 %纯电感sn=sqrt(1-cs^2)u5=1-b.*(rk*cs+xk*sn)cs=0 %纯电容sn=sqrt(1-cs^2)u6=1-b.*(rk*cs-xk*sn)plot(1,0:0.01:1.2,'--')hold onplot(b,u1,'r',b,u2,'g',b,u3,'b',b,u4,'k',b,u5,'y',b,u6,'c')legend('cosφ=0.8','cosφ=0.7','cosφ=0.65','纯电阻','纯电感','纯电容',-1) axis([0,1.5,0,1.5 ]);set(gca,'xtick',[0.2:0.2:1.2]);% set(gca,'xticklabel',{'0' 'T0' 'Tn'})set(gca,'ytick',[0:0.2:1.2]);% set(gca,'yticklabel',{'nN' 'n0' })xlabel('β')ylabel('U2的标幺值')title('2-20 变压器外特性')p36 2-21程序：p0=8,pk=60,s=1000,cs=0.8b=0:0.01:1.4n=1-(p0+b.^2.*pk)./(b.*(s*cs)+p0+b.^2.*pk) plot(b,n)xlabel('β')ylabel('η')title('2-21 效率特性')p121 9-5程序：u=220ce=12.4fi=0.01ct=60*ce/(2*3.14159)r=1.5T=0:0.1:20n=u/(ce*fi)-T.*(r/(ce*ct*fi^2))plot(T,n)hold onaxis([0, 20, 0, 2000]);set(gca,'xtick',[0 2 18]);set(gca,'xticklabel',{'0' 'T0' 'Tn'})set(gca,'ytick',[1590 1753]);set(gca,'yticklabel',{'nN' 'n0' })plot(2,0:1:1753,'--')plot(0:0.1:2,1753,'--')plot(18,0:1:1590,'--')plot(0:0.1:18,1590,'--')xlabel('T')ylabel('n')title('9-5 他励直流电机的机械特性')fi1=fi.*(1-(T./40).^3)nc=u./(ce.*fi1)-T.*r./(ce.*ct.*fi1.^2) plot(T,nc,'--')text(0,1774.2,'n’_0')p126 9-12程序：u=220ce=12.4fi=0.01ct=60*ce/(2*3.14159)T=0:0.1:20hold onfor i=1:4r=i^1.8+0.8n=u/(ce*fi)-T.*(r/(ce*ct*fi^2))plot(T,n)endaxis([0, 20, 0, 2000]);set(gca,'xtick',[0 ]);set(gca,'xticklabel',{ ' '});set(gca,'ytick',[0 1774]);set(gca,'yticklabel',{'0' 'n0' })ylabel('n')title('9-12 他励直流电机电枢回路串电阻调速') p127 9-14程序：r=1.5ce=12.4fi=0.01ct=60*ce/(2*3.14159)T=0:0.1:20hold onfor i=1:4u=260-40*in=u/(ce*fi)-T.*(r/(ce*ct*fi^2))plot(T,n)endplot(15,0:1:1800,'--')axis([0, 20, 0, 2000]);set(gca,'xtick',[0 15]);set(gca,'xticklabel',{'0' 'T1' });set(gca,'ytick',[0 ]);set(gca,'yticklabel',{ ' '});ylabel('n')title('9-14 他励直流电机变电压调速') p190 13-8程序：E=[0 0.6 1 1.16 1.25 1.32 1.37]i=0:0.5:3xi=0:0.01:3p=interp1(i,E,xi,'spline')plot(xi,p)hold onplot(i,1.3*i,'--')axis([0, 3.2, 0, 1.9]);set(gca,'xtick',[0 ]);set(gca,'xticklabel',{'0' })set(gca,'ytick',[ ]);set(gca,'yticklabel',{' ' })xlabel('if')ylabel('E0')title('p13-8 同步电机的空载特性曲线')程序：E=1I=0:0.01:1X=0.8f=[-pi/3 0 pi/3]hold oncolor=[1 0 0;0 1 0;0 0 1]for k=1:3c=cos(f(k)).*I*X/Ec=asin(c)a=pi/2-c-f(k)u2=E^2+(I.*X).^2-2*E.*(I.*X).*cos(a)U=sqrt(u2)plot(I,U,'color',color(k,:))endaxis([0,1.2,0,1.8])legend('电容负载','纯电阻负载','电感负载',-1) xlabel('I/A')ylabel('U/V')title('13-14 不同负载性质下端电压变化曲线')程序：m=3,U=1,X=1c=0:0.01:piE=1p=m*U*E*sin(c)/Xplot(c,p)hold onE=1.3p=m*U*E*sin(c)/Xplot(c,p,'g')set(gca,'xtick',[0 pi/2 pi]);set(gca,'xticklabel',{'0' '90°' '180°'}) set(gca,'ytick',[ ]);set(gca,'yticklabel',{ ' ' })xlabel('θ')ylabel('PM')title('15-11 隐极机功角特性')p228 15-13程序：m=3,U=1,X1=1 ,X2=0.6c=0:0.01:piE=1p=m*U*E*sin(c)/X1+m*U^2/2*(X1-X2)/(X1*X2)*sin(c.*2) plot(c,p)hold onE=1.3p=m*U*E*sin(c)/X1+m*U^2/2*(X1-X2)/(X1*X2)*sin(c.*2) plot(c,p,'g')plot(pi/2,0:0.01:3.9,'--')set(gca,'xtick',[0 pi/2 pi]);set(gca,'xticklabel',{'0' '90°' '180°'})set(gca,'ytick',[ ]);set(gca,'yticklabel',{ ' ' })xlabel('θ')ylabel('PM')title('15-13 凸极机功角特性')p232 15-18程序：U=1X=1P=[0 0.2 0.6 0.8 1 1.4]m1=zeros(2,5)m2=zeros(2,5)hold onfor k=1:5E=-(P(1,k)*X/U)+[0:0.01:2.5]*i I=(E-U*i)./(X*i)Ia=abs(I)If=abs(E).^1.5Ia=IaIf=Ifplot(If,Ia)m1(1,k)=If(1)m1(2,k)=Ia(1)m2(2,k)=min(Ia)num=find(Ia==m2(2,k))m2(1,k)=If(num)endplot(m1(1,:),m1(2,:),'r--')plot(m2(1,:),m2(2,:),'g--') xlabel('if')ylabel('I')title('15-18 V型曲线') text(1.2,0.5,'cosφ=1') text(0,1.3,'不稳定区')。
MATLAB画图与求极限
1、MATLAB的工作环境与基本操作启动MATLAB后，看到如图1所示界面。
常见窗口有命令窗口、工作空间窗口、命令历史窗口和当前目录窗口等。
（1）命令窗口（Command Window）。
在该窗口输入命令，实现计算或绘图功能。
符号“>>”表示等待用户输入。
在该窗口利用功能键，可使操作简便快捷。
如上下箭头“↑”“↓”：分别表示调出前面和下面一行输入的命令；“→”：光标右移一个字符；“Esc”：清除一行命令。
也可输入控制指令，如“clc”：清除命令窗口中显示内容；“clear”清除工作空间窗口中保留的变量。
（2）帮助学习功能。
学会使用help命令，是学习MATLAB的有效方法。
在工具栏中点击help（或？）按扭，或在help菜单栏中选MATLAB Help（或F1），或在命令窗内输入help命令，再敲回车键，在屏幕上出现了在线帮助总览。
如想知道MATLAB中的基本数学函数有哪些，可以在总览的第五行查到，再进一步键入：“help elfun”，屏幕上将出现“基本数学函数”表（注意：help elfun之间有空格，以后不再每次提醒）。
如果想了解正弦函数怎样使用，可进一步键入“help sin”。
在菜单栏中点击Help栏下拉式菜单中点击Demos项，即可进入演示窗口。
或在命令窗内输入demo命令，再敲回车，键屏幕上将出现演示窗口。
读者可由此进行学习。
图12、MATLAB基础知识（1）基本运算符及表达式（见表1）表1 基本运算符说明：（1）MATLAB用“/”（左斜杠）或“\”（右斜杠）分别表示“左除”或“右除”运算。
对数值操作时，作用相同，如1/2与2\1，其结果都是0.5；但对矩阵操作时，它们却表达了两种完全不同的操作（2）表达式将按与常规相同的优先级自左至右执行运算。
优先级的规定是：指数运算级别最高，乘除运算次之，加减运算级别最低。
括号可以改变运算的次序。
例1用MATLAB计算2234(1.5 2.3)4.55.5+-⨯++的值。
发电机的安全运行极限与P—Q曲线
三、发电机的P—Q 曲线 在生产中的应用
三、发电机的P—Q 曲线 在生产中的应用
2、氢压变化时的监视
对于水氢氢冷的发电机，因为定子绕组 的热量是被定子线棒内的冷却水带走，所 以，提高氢压并不能加强定子线棒的散热 能力，故发电机的允许负荷也就不能增大。 当氢压降低时，由于氢气的传热能力减弱， 必须降低发电机的允许负荷。
三、发电机的P—Q 曲线
三、发电机的P—Q 曲线
在生产中的应用
2）转子线圈温度的监视
➢ 大型发电机转子线圈的温度及温升的监视， 目前主要靠监视发电机冷、热氢的温度来实现，
即冷氢温度在35～46℃，热氢温度≤65℃。通
过图1的显示能够使值班人员随时看到并熟知图 中AB 圆弧即为励磁线圈温升限制线，发电机在 功率因数低于0.85（滞后）运行时，其运行点 不应超出此圆弧的限制线。通过图形配合监视 发电机冷、热氢的温度能更好地监视转子线圈 温度。
➢ 在完成#1、#2发电机进相试验的同时，也 确定了#1、#2发电机励磁装置中的低励限 制范围，如表2所示。
三、发电机的P—Q 曲线 在生产中的应用
表2 #1、#2发电机P/Q限制范围
%P/Sn
0 25 50 75 100
Q（MVar）
-78.8 -78.3 -78 -77.7 -53
% Q/Sn
-22.3% -22.2% -22.1% -22.0% -15%
三、发电机的P—Q 曲线 在生产中的应用
根据表1 #1、#2发电机进相运行范围和 表2 #1、#2发电机P/Q限制范围，将发电 机进相运行限制线和发电机P/Q限制线分别 画在图1发电机容量曲线图上，形成限制线 1和限制线2。通过图1可以比较直观地看出: 发电机进相运行限制线1在发电机运行的允 许范围内,被发电机P/Q限制线2完全包容在 内,且留有一定的欲度。
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用MATLAB绘制同步发电机安全运行极限图
用MATLAB绘制同步发电机安全运行极限图武云霞，刘俊勇 (四川大学电气信息学院，成都610065)
摘要：针对单机无穷大系统讨论了同步发电机安全运行极限，根据MATLAB的语言特点，通过一个具体实例，探讨了MATLAB在同步发电机安全运行极限图仿真中的应用，并给出了仿真结果。
关键词：同步发电机；安全运行极限图；MATLAB
发电机组的PQV曲线，即安全运行极限图，较好地描述了它的出力限制。
发电公司在无功辅助服务市场中确定竞价策略时，通过它可以清楚机组参与无功服务的能力，从而为电厂投标无功支撑服务提供重要的技术数据［1］。
由制造厂家提供的发电机运行极限图必须根据系统运行条件进行修正。
文献［2］提出的方法仅对隐极式发电机有效，文献［3］介绍了通过现场测试数据获得运行极限图的方法。
本文从理论上推导了适用于隐、凸极式发电机组的方程式，并用MATLAB仿真、绘制出安全运行极限图。
1数学模型
1.1隐极机安全运行极限的数学模型
图1所示为隐极机安全运行极限，它由如下曲线构成：
1.1.1转子发热运行极限
式中：PG为发电机输出功率；
UG为发电机端电压；
Eq.max为发电机内电势最大值；
δ为功角；xd为直轴电抗；
QGr.max为转子发热运行极限约束下的无功输出。
将式（1）（2）化简得
1.1.2定子发热运行
极限
此时的无功输出和有功输出的关系为：
式中：Iα.max为定子电流最大值。
1.1.3理论静稳极限
对xd=xq的隐极机，极限功角δ=90°，代入式（2），得无功输出为：
1.1.4实际静稳极限
为在励磁不变的情况下，发电机能承受负荷的突然增加，必须保持一定的稳定
储备。
假设稳定储备为15%，则先由下式解出发电机功角δm
再将δm代入式（2），可得到考虑15%稳定储备的实际静稳极限的无功输出。
1.1.5原动机输出功率的极限
计及惯性，原动机输出功率保持不变，且略大于发电机的额定功率。
1.2凸极机安全运行极限的数学模型
图2所示为凸极机安全运行极限，它由如下曲线构成：
1.2.1转子发热运行极限
将上两式化简解出cosδ，并舍去不合理负值后，代入式（9），即可得转子发热运行极限方程：。