同步发电机动态特性仿真方法研究
基于Matlab Simulink的同步发电机励磁系统模型的研究
科技与创新┃Science and Technology &Innovation·148·2020年第17期文章编号：2095－6835（2020）17－0148－02基于Matlab Simulink 的同步发电机励磁系统模型的研究岳文超（连云港供电公司，江苏连云港222000）摘要：介绍了电力系统动态建模方法，对同步发电机励磁系统的构建进行了深入研究。
着眼电网的实际需求，探究使用Maltlab Simulink 模拟程序搭建电源励磁系统的数学模型，模拟获得符合实际情况的调节器设置参数，调整各参数，从而得出符合实际的励磁系统的数学模型和参数，验证了Maltlab 对电力系统进行研究的有效性和可行性。
关键词：Matlab Simulink ；励磁系统；仿真计算；数学模型中图分类号：TM31文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.17.064随着电网的范围增大，网载负荷能力增强，电网安全也面临着挑战。
发电机的励磁控制系统可以稳定频率和电压的波动，改善动态品质，提高抗干扰能力，对防止电网事故扩大起着重要作用。
建立励磁系统模型进行研究，可以精确评估电网暂态稳定性，方便对电网进行事故预想。
以往的模型动态指标采用经验值或默认值，往往与实际不符，且软件复杂，不能满足一般工作人员的需求。
且Matlab 具有更好的兼容性和友好的人机互动，应用前景巨大。
所以，利用Matlab 对励磁系统模型进行分析，一方面，可以节省分析者的时间成本；另一方面，可以提升模拟分析的的精度和指导价值。
1励磁系统工作模型原理解析励磁系统由以下两部分构成：向发电机绕组提供可控直流电流，用于建立稳定的直流磁场，称之为励磁输出模块；在正常运行或发生事故时调节及励磁电流以满足相关需求，包括励磁调节、强励磁、强减磁和自灭磁等，称为励磁控制模块。
励磁调节器与发电机的电压、电流等状态量构建联系，以预先设置的调节参数对励磁功率模块发出控制信号，控制励磁功率模块的输出，从而控制整个发电系统。
基于matlab的同步发电机组建模与仿真
基于matlab的同步发电机组建模与仿真基于matlab的同步发电机组建模与仿真I 基于MATLAB 的同步发电机组建模与仿真摘要随着电网的规模越来越大，电力系统的运行也随之越来越复杂。
同步发电机及其控制系统作为电源是电力系统中的重要组成部分，其性能对电力系统有着极大的影响，直接关系到系统的稳定运行。
为了使电力系统安全而经济地运行，我们必须对同步发电机组特性进行深入的研究。
而同步发电机组运行是一个相当复杂的过程，其动态特性随着机组的运行状态而不断变化，所以建立机组的模型并进行仿真研究是掌握发电机动态特性，评价其各个控制系统性能的有效手段，并且对工作人员的培训和研究将起到很大的作用。
同步发电机组模型的建立将涉及到机组的机理分析，有利于从理论建模中引出新的设计方法，为优化设计提供理论依据。
本文将对同步发电机及其励磁系统、调速系统的数学模型进行研究，利用MATLAB/Simulink 搭建同步发电机组的仿真模型，建立单机无穷大系统，最后对模型进行仿真，并分析仿真结果。
关键词：电力系统；单机无穷大系统；MATLAB/Simulink；仿真；同步发电机组华北电力大学本科毕业设计（论文）摘要II SYNCHRONOUS GENERATOR UNIT MODELING AND SIMULATION BASED ON MATLAB Abstract With the enlargement of the power grid scale, the operation of the power system is becoming more and more complex. As supply unit of the system, synchronous generator and its control system plays an important part in the power system. Their performance also imposes great influence to the power system and has a direct connection with the power system stability. In order to ensure the safe and economic operation of the power system, we shall do a profound research on the synchronous generator unit characteristics. However, the operation of the synchronous generator unit is a extremely complex process. Its dynamic characteristics are subject to the changing states of the unit operation. Therefore, it is efficient to build a unit model and do simulations research to acquire the dynamic characteristics of the unit, and evaluate the performance of each control system. This will also play a great role in the staff training and researches. The building of the synchronous generator unit model will involve the mechanic analysis of the unit, do favor to deduce new designing methods from theoretical model buildingand provide theoretical basis to the optimization design. In this paper the mathematical model of the synchronous generator and its excitation system, speed regulating system will be researched; the simulation model of synchronous generator unit will be built based on MATLAB/Simulink; a single-unit infinite system will be established; finally simulate the model and verify the accuracy of the model. Key Words: Power System; Single-unit Infinite System; MATLAB/Simulink; Simulation; Synchronous Generator Unit 华北电力大学本科毕业设计（论文）目录i 目录摘要∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙IAbstract∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙II 1 绪论∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 1.1 课题背景和意义∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 1.2 电力系统仿真发展现状∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 1.3 本课题所完成的主要工作∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 2 同步发电机组数学模型∙∙∙∙∙∙4 2.1 同步发电机数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.1 同步发电机数学建模概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.2 同步发电机基本方程∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.3 同步发电机三阶模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2.1.4 单机无穷大系统∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7 2.2 励磁系统数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8 2.2.1 同步发电机励磁自动控制系统概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8 2.2.2 同步发电机励磁自动控制系统数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8 2.3 调速系统数学模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10 2.3.1 同步发电机组调速控制系统概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10 2.3.2 同步发电机调速系统数学模型于MATLAB 同步发电机组仿真∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12 3.1 MATLAB 介绍∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12 3.1.1 MATLAB/Simulink∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12 3.1.2 常用Simulink 库模块∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙13 3.2 同步发电机组仿真的初值计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙14 3.3 同步发电机组仿真模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙15 3.3.1 同步发电机模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙16 3.3.2 同步发电机励磁自动控制系统仿真模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17 3.3.3 同步发电机调速系统仿真模型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18 3.4 系统仿真及结果分析∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18 3.4.1 稳定运行∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19 3.4.2 系统电压突增或突降∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20 3.4.3 增加励磁系统给定电压∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 1 3.4.4 增加调速系统给定功率∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2 3 华北电力大学本科毕业设计（论文）目录ii 3.4.5 三相突然短路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙24 4 结论与展望∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙26 参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙27 致谢∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙28 华北电力大学本科毕业设计（论文）1 1 绪论1.1 课题背景和意义随着现代电力系统网络规模的不断扩大和电网电压等级的不断升高，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加。
同步发电机建模
研究先进的控制策略和优化算法，以提高同步发电机的运行效率和稳定性。例如，采用滑模控制、自适应控制和强化学习等算法，实现发电机的快速响应、稳定运行和智能控制。
并网与分布式发电系统
研究同步发电机在并网和分布式发电系统中的应用，实现与可再生能源的高效集成。探讨分布式发电系统中的协同控制策略，以及在微电网和智能电网中发挥同步发电机的关键作用。
多物理场耦合建模
深入研究同步发电机的多物理场耦合建模，包括电气、机械、热和流体等多个方面。通过建立精确的数学模型，模拟发电机的动态行为和相互作用，为优化设计和控制提供理论支持。
同步发电机研究展望
THANKS
容量匹配
根据电力系统的需求和规模，合理配置同步发电机的容量，以满足电力系统的供电需求。
布局优化
根据电力系统的地理分布和负荷分布，优化同步发电机的布局，以提高电力系统的运行效率和可靠性。
技术升级
对老旧的同步发电机进行技术升级和改造，提高其运行效率和性能，降低对环境的影响。
在电力系统中的优化配置
延时符
Байду номын сангаас
励磁控制策略
总结词
并网控制是同步发电机并入电网的关键环节，需要确保发电机的频率、相位和电压幅值与电网一致。
详细描述
并网控制策略通过调节发电机的转速和励磁电流，使发电机的输出频率和相位与电网一致。在并网过程中，通常采用准同期并网方法，通过调节发电机的频率和相位来实现与电网的同步。
并网控制策略
VS
无功功率控制是同步发电机中用于平衡无功功率和维持电网电压稳定的重要手段。
稳态方程
02
稳态模型的核心是建立同步发电机的电压、电流和功率平衡方程。这些方程通常包括电机的电压方程、磁链方程、功率方程等，用于计算发电机的运行参数。
基于MATLAB的同步发电机励磁系统的建模与仿真研究剖析
硕士研究生学位论文X X大学论文题目(中文)：基于MATLAB的同步发电机励磁系统的建模仿真论文题目(外文)：Modeling and Simulation of excitation system of synchronous generator based on MATLAB/simulink 研究生姓名：XXXX学科、专业：电气工程研究方向：导师姓名职称：论文答辩日期年月日学位授予日期年月日摘要近些年来,电力系统发展迅速,基本形成了高电压、大机组、超远距离输送的模式。
因此,保证电力系统的安全、稳定、高效运行成为了研究的热点与难点。
同步发电机励磁控制系统是同步发电机控制系统的核心。
经过长年的研究证明, 实现对同步发电机励磁的合理有效控制,是实现电力系统稳定运行要求的最快捷、最有效、最廉价的方法。
传统PID控制需要线性的精确模型,无法实现对非线性对象的有效控制,不能及时应对系统运行中被控对象发生的改变,对于目前以至未来电力系统的发展特点,难以实现有效控制。
模糊控制是一种智能控制方法,它不需要精确的数学模型,鲁棒性强,同时设计简单方便,易于实现。
本文从同步发电机励磁控制系统原理入手,在深入学习PID控制与模糊控制理论之后,将两者结合起来,提出了基于模糊PID同步发电机励磁控制策略。
详细阐述了该模糊PID励磁控制器的设计过程,实现了针对同步发电机励磁控制这一非线性系统的实时在线控制。
选取了多组参数对所设计的励磁控制器进行仿真,与常规PID控制效果进行比较分析。
实验结果表明本文提出的基于模糊PID的同步发电机励磁控制效果良好,系统的动态特性和静态特性相对于传统PID励磁控制都得到改善,能够对系统运行状态的改变做出及时合理的调整,响应速度快,超调量小,调整时间短,使系统具有较强的适应和抗干扰能力,控制效果明显提高；对于传统PID控制无法解决的非线性问题,模糊PID控制依然有良好的控制效果,体现出解决非线性控制问题的优势。
同步发电机虚拟仿真
同步发电机虚拟实验系统一、目的熟悉同步发电机的基本原理与性能，利用虚拟实验平台模拟同步发电机的动态特性，使学员对同步发电机的空载特性、三相短路、外特性、调节特性有更深入直观的了解，加深学员对同步发电机特性的理解和掌握，同时也可以节约发电机拖动实验台运行费用，可节约一半以上用电，降低设备损耗，培养了学员的职业素养和工程实践能力。
二、实验内容设置了同步发电机的空载特性、三相短路、外特性、调节特性四项实验教学内容。
三、实验步骤点击进入同步发电机虚拟实验系统首页，右方六个选项按钮中，“空载实验”、“三相短路实验”、“外特性实验”与“调节特性实验”链接向虚拟实验平台面板；“实验指导”为相应的Word文档说明；最后一个“退出”可以让使用者退出虚拟实验平台。
如图所示。
图同步发电机虚拟实验系统首页1空载特性实验进入接线面板对实验台进行接线工作，接线完成后的界面如图所示。
图同步电机接线面板而后即可进入空载实验界面进行实验，实验界面如图所示图同步电机空载特性实验界面按照电路实验原理图连接好电路，负载不接。
并先不要接通电源。
待检查无误后，合上主电源。
启动直流电动机，调节激磁电阻，使转速达到额定值，并保持不变。
合上同步电机励磁电源开关，调节同步电机级次回路电阻，单方向调节，使激磁回路电流单方向递增，观察同步电机相电压使其逐步达到额定电压值。
在这范围内读取同步发电机的激磁电流和相应的空载电压。
再减小同步发电机的激磁电流，使激磁电流单方向减小到零，读取同步发电机激磁电流和相应的空载电压并记录。
2三相短路实验退回主界面，选择外特性实验，实验界面如图所示图同步发电机外特性实验界面将同步发电机激磁回路电阻Rv调为最大，按空载方法调节直流电动机的转速额定且恒定。
注：由于没有转速表，调节转速额定时可以用频率表近似，当频率表指示400Hz时，就可以认为是额定转速了。
用短路线吧发电机输出三端点A、B、C连结在一起，合上同步电机激磁回路开关，调节激磁回路电阻Rv，观察定子回路电流，使Ik=1.2Ik，读取同步发电机的激磁电流If及相应的定子电流Ik其数据记录。
虚拟同步发电机动态特性参数分析及配置方法研究
虚拟同步发电机动态特性参数分析及配置方法研究陶骞; 陶亮; 崔一铂; 宫金武; 孙建军; 李柏杨【期刊名称】《《电测与仪表》》【年(卷),期】2019(056)021【总页数】9页(P8-15,87)【关键词】虚拟同步发电机; 动态特性; 配置方法; 小信号分析法【作者】陶骞; 陶亮; 崔一铂; 宫金武; 孙建军; 李柏杨【作者单位】国网湖北省电力公司电力科学研究院武汉430077; 武汉大学电气工程学院武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言随着环境污染、能源紧缺等问题的日益突出，诸如太阳能、风能等可再生清洁能源逐渐被人们密切关注和大规模应用，分布式发电技术也因此得到大力发展[1-2]。
但是，大量分布式电源的接入对配电网运行管理和控制既是机遇也是挑战[2]。
究其缘由，其一是分布式电源与逆变器构成的并网发电单元使得配电网摆脱了以前的被动性质而具有了主动性[3-5]，逆变器控制方式灵活的特点也让配电网具备了实现电能质量治理[6]、无功优化[7]等高级功能的可能性；其二是作为连接分布式电源和配电网的桥梁，逆变器具有外特性较硬、动态响应迅速、缺乏阻尼和惯性等弊端[8]，导致在配电网遭受扰动以及出现功率供需失衡等问题时，其无法像传统同步发电机那样为系统的频率和电压提供一定的支撑。
为了缓解经济、能源、环境等方面的压力，提高配电网对于可再生能源的接纳程度，有专家学者提出了VSG技术，即利用适当的控制策略使逆变型电源在外特性上模拟出传统同步发电机的调频、调压特性，以减小分布式电源接入配电网的不利影响。
目前的VSG技术主要分为两大类[9-12]：电压源型VSG技术和电流源型VSG技术。
虽然研究成果颇丰，但是对于VSG参数的性能分析及相应的参数优化配置问题，却鲜有文章进行全面的报道。
文献[13-15]详细介绍了VSG的基本原理，给出了部分参数的配置方法；文献[16-17]在文献[13-15]的基础上完善了VSG的四个关键参数：阻尼系数、转动惯量、电压下垂系数和积分系数的选取原则，但是没有分析各个参数对系统动态响应的具体影响；文献[18-19]从VSG储能单元的优化配置方面着手，分析了阻尼系数和转动惯量对系统动态响应的影响，具有一定的参考价值，但是对于无功—电压控制环节的动态特性参数却未作分析；文献[8]利用最优二阶系统的概念提出了VSG处于欠阻尼状态时阻尼系数的优化整定方法，但是缺乏对其他场景下VSG参数配置方法的研究。
谐波励磁同步发电机的特性分析及仿真
２１ ０ ２年
第 ２期
２月
徽 电机
ＭＩ ＣＲ ＯＭ ＯＴ０Ｒ Ｓ
Ｖｏ． １４５． Ｎｏ ２ ．
Ｆ ｂ ２ ｌ ｅ． ０ ２
谐 波 励 磁 同步 发 电 机 的 特 性 分 析 及 仿 真
谷 志锋 ，朱长青 ，叶 秀羲 ，王 川川 ，赵 文杰
（ ．军械工程学院 电力工程教研室 ，石家庄 １ ０ ０ ０ ；２ １４ 部 队 ，北京 ５０ ３ ．６ ７ １ １０ ９ ） ００ ４
气 隙磁 场 的谐 波 能 量 进 行 励 磁 ，由于 气 隙磁 场 随 负
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｈｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｏ ｇ ｅ ｉ ｅｄ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｔｕｃｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｆｔ ｍａ ｎ ｔ ｆ ｌ ｉｔ ｕ ｉｎ，ｔ ｅ ｔ ｉｄ ｈ ｒ ｎ ｃ ｈｅ ｃｉ ｉ ｈ ｈ ｒ ａ ｍｏ ｉ ｐ ｔｎ ｉｌｆｒ ｌ ｓ ｄ ｄ ｃ ｄ，ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｆｔｅ ｓ ｌ－ ｘ ｉａｉｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔｎ ｏ ｔｇ ｓ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏｅ ｔａ ｏ ｍｕ ａ ｗａ ｅ ｕ ｅ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｏ ｈ ｅｆｅ ｃ ｔｔｏ ｎ ｈ ｏ ｓａ ｔｖ ｌ ｅ ｗａ ｒ ｖ ｄ ｄ． ａ
Ｔ ｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ａ ｍａ ｕ ｅ ｒ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ＨＥＳ ｙ ａ ｃ ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｓ ｗ ｓａ ａｙ ｅ ｅ ａｌｄ ｙ Ｏｎ ｔ ｅ ｈ ｎ ｌ ｎ ｅ ｏ ｒ ｔ ｒ ｅ ｃｉ ｏ ｔ ｕ ｈ ｏ ｈ Ｇ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ａ ｎ ｌ ｓ ｄ ｄ ｔｉ ｌ ． ｉ ｃ ｅ ｈ
摘 要 ：结合谐波励磁 同步发 电机 （ Ｅ Ｇ） Ｈ Ｓ 的结构特点 ，推导 了三次谐波 电势公式 ，得 出了其满足 自励 恒压 的条件 。
多能互补微电网中的虚拟同步发电机控制研究
多能互补微电网中的虚拟同步发电机控制研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的开发和利用受到了广泛关注。
微电网作为一种将分布式电源、储能装置、负荷和控制系统等集成在一起的局部电网，具有灵活、可靠、环保等优点，是实现可再生能源高效利用和节能减排的重要手段。
在微电网中，虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）技术以其独特的优势，成为研究的热点。
虚拟同步发电机技术是通过电力电子转换装置模拟同步发电机的外特性，使分布式电源具有同步发电机的惯性、阻尼和调频调压等特性，从而提高微电网的稳定性和电能质量。
该技术不仅可以实现对分布式电源的友好并网，还可以提高微电网的供电可靠性和经济性。
多能互补微电网是指将多种类型的分布式电源（如风电、光伏、储能等）和负荷进行有机结合，通过合理的控制策略实现各类电源的互补运行，以提高微电网的整体性能。
在这种背景下，研究虚拟同步发电机在多能互补微电网中的应用，对于提高微电网的稳定性、经济性和环保性具有重要意义。
本文旨在研究多能互补微电网中的虚拟同步发电机控制技术。
将对虚拟同步发电机的原理和特点进行详细分析将探讨虚拟同步发电机在多能互补微电网中的控制策略通过仿真和实验验证所提控制策略的有效性和优越性。
本文的研究将为虚拟同步发电机在多能互补微电网中的实际应用提供理论支持和技术指导。
1. 多能互补微电网的概念与特点多能互补微电网（Multienergy Complementary Microgrid）是一种新型的电力系统结构，它将多种能源形式（如太阳能、风能、天然气等）和储能装置（如电池、飞轮等）有机地结合在一起，以实现能源的高效利用和供电的可靠性。
多种能源互补：微电网内集成了多种不同类型的能源，包括可再生能源（如太阳能光伏、风力发电）和非可再生能源（如天然气发电）。
这些能源可以相互补充，提高能源利用效率，减少对单一能源的依赖。
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重 要的 意义 建立同 步发 电机仿 真模 型的方 法很 多 基 于电路模型 的方法只是 其中的一种 一般来讲电机具有电路模型应具备两个条件
[ 1]
定
转 子各个 回路 的电流 要有统 一的 频率
ψqω rid
ri0
各个 回路 间的互 阻抗 要可逆 就静 止的 电机一 般 都 能满 足这两 个要 求 转 子旋 转 但 对于 工作状 态的 电机来 讲 定
ψd ψ1d
id
i1d
ψq ψ1q
iq 分别 为 纵轴 i1q 分 别为纵
横 横轴
2 同步发电机的 Si m ul i nk 模型
无 刷励磁 系统 各模块 如图 4 所 示 其 中整流 桥 在不 模型都 是由 PSB 集 中的 二极管 模块 连接而 成 能完全 兼容的 工具 箱间进 行连 接时 转换 由电 压 电流测 量模块来完 成
u q = pψ q +ψdω ri q u0 = pψ 0 转子 绕组的电压 方程将为 u fd = pψfd + r fd i fd 0 = pψ 1d + r1di1d 0 = pψ 1q + r 1qi1q
a d
定 子和 转子间 常具 有不同 的频 率
转 子的 电抗 也常 常是 转角 θ的正 弦函数 变 换后 坐 标系
侯熙平 2
山东烟台
钱罗珍 3
264001
李
岩3
山东烟台 264006 264001
海军航空工 程学院研究生管理大 队
2 山东黄金 集团
海军航空 工程学院控制工程系
山东烟台
介绍了同步发电机基于电 路模型的动态仿真方法
指出 了应用它在分析同步发电机动 态特性时具有的
中图 分类号
电 力系统 的数字 仿真 是在 不需要 真实 系统参 与 的 情况 下 参 数方 便 利 用仿 真模型 来做 模拟运 行 重 复性 好等优 点 具有改 变
第 21 卷 第 3 期 2006 年 5 月
海 军 航 航 空 工 程 学 院 院 学 报
JOURNAL OF NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE
Vol. 21 No.3 May. 2006
同步发电机动态特性仿真方法研究
张晓杰 1
1 3 摘 优点 关键 词 同步发电机 TM 92 电路模 型 仿真 文献标识码 A 要
设 计中 得到了 广泛 的应用
取 消了 有刷励 磁系统 中的 滑动接 触部 分 没 有发热 电 火花 磨损 噪音等 问题 维护简 单 可 靠性 高
ψd = xd id + xad i fd + xad i1d ψq = xqiq + xaq i1q ψ0 = x0i0
转子 绕组的磁链 方程将为
可 长期 连续运 行 或 有易 燃气体
Ud Id Iq de
1 1 1 1
阻 尼绕 组磁 链和 电流 电流
ψfd
i fd 为励磁 绕组 磁链 和
都需 进行信 号
[3]
1. 2 同步发电机的等效电路模型
当 转子上 有励磁 绕组 个 横轴 阻尼时 一 个纵轴 阻尼 绕组 一
Uq
定 子纵轴 磁链 方程及 励磁 绕组和 纵
Vdp Vqp
Gain1 idp iqp wt
进 行坐 标
即把 定子 静止的 坐标 系变换 到转 子旋转 的 使定 子和 转子具 有同 一的频 率 并时变 的
电 感系数变成 了常数 在 新坐标 系内采 用标 幺值 或基值 方 法计 算互感 使 互感成 为可 逆 采 用适当 的
并 不是 所有的 电 同步 电
b q
机 都能 满足以 上的 条件具 有等 效电路 模型 机 感 应电机 都能 够满足 上述 要求
过数值 运算结 果输 出实现 了 d 轴等效 电路与 q 轴 等 效电路磁链 间的相互作 用 图 6 所示 为 q 轴仿真 模块 图 与 d 轴 仿真模 块 受
o
从而 具有等 效
c
电 路模型
1 同步发电机 d q
0 坐标系下的数学模型
图1
同 步发电 机各绕 组轴线 的正 方向
收 稿日期 作 者简介
2005- 12- 30 张晓杰 1976
女
硕士生.
376
海 海 军 军 航 空 工 程 程 学 学 院 学 报
2006 年 第 3 期
式 ( 1) ~( 12) 中 轴 磁链 和电流
1. 1 同步发电机 d q 0 坐标系下的基本电磁关系
图 1 所示 的同 步发电 机中 的方程为 定子 绕组磁 链分 量 ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) ( 6) ( 7) ( 8) ( 9) ( 10) ( 11) ( 12)
在电力 系统 的分析 和 无 刷励磁 方式 的特点 是
-1 -1
轴 阻尼绕组的 电压方程为
ud = pψ ψqω rid = d p( xd id + xadi fd + xad i1d ) ψ q ω ri q uq = p ψ q +ψ d ω ri q = p ( xqiq + xaq i1q ) + ψ d ω ri q
u fd = p ψfd + r fd i fd = p ( xad id + xffd ifd + x f 1d i1d ) + r fd i fd 由 式( 13) ~( 15) 可得等 效电 路图
电阻 电阻
受 受控 的方 电阻 其 通
见图 2
xad )
r fd i fd
见图 2
P ( x f 1d xad )P ( x fd
数值 运算 模块的 主要 数值取 自电 感
-
id
根 据式
1
进 行运 算
P (x 11d
r1d
x f 1d )
中
i1d = 0
向 q 轴部 分输出 ω ψd 的运 算结果
u fd
特别适 用于 无人看 管的 自动化 站 粉 尘的恶 劣环 境 在 大中 型同步 电
机 中得 到了广 泛的 应用
因此 对其进 行仿 真研究 有
ψfd = xad id + xffd ifd + x f 1di1d ψ xad id + x 1d = 1 fd i fd + x11d i1d ψ1q = xaqiq + x11q i1q
ω ψq +
id ud Pxad i1d P ( xd xad ) r
100*pi Clock
( 13) 图4 封装 的系统 模块
( 1图主 要由电 感 控源模 块及数 值运 算模块 组成 电感 源模块 间的连 接按 照 d 轴 等效电 路 式进行 元件 的输 出量 i f d