2023年度电力系统同步发电机励磁系统的建模与仿真
同步发电机励磁系统的仿真
从 式 中可以看 出 ， 要 减小 系统 的稳 态误 差 ， 必须 增大 系统
（ 一） 同步发 电机 的传递 函数 要 仔细 分析 同步发 电机 的传递 函数是 相 当复杂 的 ．但 如
果 只 研 究 发 电 机 空 载 时 励 磁 控 制 系 统 的 有 关 性 能 ， 则 可 对 发
调 节器 放大 倍数 Ｋ Ａ ． 而Ｋ Ａ 有 着临 界放大 系数 的限制 ， 若 超 出临
定 性 。 本 文 对 同 步发 电机 励 磁 系统 的 组 成 及 其 原 理 进 行 了 分析 ， 并 建 立 了其 相 应 的 数 学模 型 。 由 于 比 例 型 励 磁 调 节 器控 制 性 能 不
是很 好 ， 故设 计 了含有励磁 系统稳 定器的比例型励磁调 节器和 比例积 分型励磁调 节器。 设计的 结果符合预期 的要 求。
已知 同步发 电机和励 磁系统 的参数 如下 ：
控 制 系统 ， 它是 一个 典 型 的反馈 控 制系 统 ， 其 控制 原 理如 图 １
所示：
％ 暑毛 ｆ ‘ Ｉ ９ ｓ ， 蓦１ ， ｒ Ｉ 篇ｏ ． ６ 钿， 罩１ ． ０ ， ｆ Ｉ ． ＝Ｏ ． ０ ４ ｓ ，
＝１ ． ０ ，ｒ ＾＝ｏ ． ｏ ２ ｓ
调 节 器 的 励 磁 系 统 的稳 定 性 不 好 ， 需要 进行 改进 。
骢 （ 懦 雠 二） 直流励 磁机 的数 学模 型
厂 ＿ 、 、 （ 二
＜
发电机
、
绪 论
随着 电力工 业 的迅速 发展 ．现代 电力 系统 的规模 越来 越
大， 保 证电力 系统运 行 的稳 定性 和 可靠性 ， 提 供优 质的 电能 对 国民经济 和人 民的生 活水平 的提 高有着 极为 重要 的作用 和 意
浅析同步发电机励磁系统建模
浅析同步发电机励磁系统建模摘要：励磁系统的建模是提高电力系统稳定分析水平的关键手段，对应于不同的电厂其建立励磁系统模型的过程也不尽相同，本文在励磁系统参数完备的基础上，通过对励磁系统调节器的参数实测和幅值实测来建立原始的模型参数，再通过固定模式转换和模型校验来得到最终的励磁系统的模型。
关键词：励磁系统模型参数实测幅值实测固定模式转换发电机励磁系统在电力系统中起着非常重要的作用。
其主要作用是维持发电机端电压恒定，控制并列运行发电机间无功功率合理分配，提高发电机及电力系统的稳定性，这些都是励磁系统的基本作用。
在诸多改善发电机稳定性措施中，提高励磁系统的控制性能是最有效和经济的措施之一，随着大电网的互联，电力系统容量倍增，加上快速励磁装置的广泛应用，使得电力系统出现了许多新的问题。
比如由于系统阻尼不足出现的低频振荡，远距离输电线路的串联补偿电容引起的次同步振荡及轴系扭振，系统无功不足、无功功率平衡破坏导致的电压崩溃，这些都威胁着电力系统的稳定运行。
二、建立励磁系统原始模型参数1.调节器各个环节参数实测。
频域辨识方法：在电压叠加点加上白噪声信号或正弦信号，进行频率特性测量，获得频率特性之后可以使用专用的拟合程序拟合获得传递函数。
相频、幅频特性应与实际测得的特性进行比较，各个环节可以分开进行，也可以几个环节合起来进行。
时域辨识方法：在电压叠加点加上阶跃信号，进行时域特性测量，获得时域响应之后可以使用专用的拟合程序拟合获得传递函数。
2.调节器各限幅值实测。
制造厂应提供AVR调节器的环节限幅值，主要是一些非线性环节限幅，如电压偏差值限幅、各运算放大器限幅、积分限幅、最大最小可控硅控制角限制等。
在静态试验中，通过改变电压信号和电压给定值使各个环节输出达到其限幅值，然后测量该值。
三、励磁原始模型向PSS/E和BPA固定模型转换发电机励磁系统按照励磁方式可分为3种基本型式：励磁机励磁系统（直流励磁机、交流励磁机）无刷励磁系统和自并励静止励磁系统。
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姓名：学号：指导教师：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。
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。
无刷同步发电机励磁系统设计及仿真
无刷同步发电机励磁系统设计及仿真摘要：励磁系统是无刷同步发电机的重要组成部分，其性能对于发电机组乃至整个电力系统的运行效率和运行特性都具有决定性作用，一般来说，性能优良的励磁系统不仅能保证发电机安全稳定运行，还能保证电能质量以及电力系统静态、暂态稳定。
本文首先对无刷同步发电机励磁系统的作用进行简要论述，并着重在常规PID控制的励磁系统的基础上对基于模糊PID控制和基于BP神经网络PID控制的无刷同步发电机励磁系统的设计及仿真进行研究。
关键词：无刷同步发电机；励磁系统；模糊PID；BP神经网络；仿真无刷同步发电机具有改善电力系统稳定性的优良特性，而励磁系统在发挥无刷同步发电机的优良特性方面起着关键作用，可靠性高、性能优良且具有良好稳定性的励磁系统对于发电机组乃至整个电力系统的的安全运行起着非常重要的作用，因而在电机设计中的电磁设计占有重要地位。
无刷励磁系统由于无碳刷和滑环，要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，所以其维护工作量较少，能承受高速旋转的离心力，且适合在危险的环境中运行，另外，由于没有接触部件的磨损，可延长电机绝缘寿命，是现代中小型电机和大型无刷励磁系统首选励磁方式。
本文将对基于模糊PID控制和基于BP神经网络PID控制的无刷同步发电机励磁系统的设计及仿真进行研究。
一、无刷同步发电机励磁系统的作用无论发电机机组或电力系统是在稳定状态下还是在固定状态下运行，无刷同步发电机的励磁系统都起着非常关键的作用。
首先，在发电机正常运行工况下，励磁系统向发电机提供励磁电流，并且根据电力负载情况进行实时调节励磁电流，以将发电机端口电压维持在给定水平；其次，当机组并网运行时，无刷同步发电机的励磁系统合理分配机组间的无功功率；第三，改变励磁电流从而改变总含有发电机空载电动势，以此来改善系统稳定性，提高有功功率的传输能力，扩大机组运行的稳定区域；当电力系统发生电路故障比如出现短时低电压等情况，励磁系统可通过大幅增加励磁以提高电压，改善发电机运行条件，提高继电保护装置动作准确性，进而保证整个电力系统的暂态稳定性。
发电机励磁系统建模与参数辨识综述
发电机励磁系统建模与参数辨识综述摘要：发电机励磁系统对电力系统的电压控制和稳定控制具有重要作用。
随着电力系统的发展，我国电网规模越来越大，电网安全及其稳定运行问题的重要性日益突出，通过电力系统稳定计算以确定系统最优运行工况是提高系统稳定性的一个重要手段，而电力系统安全稳定计算的关键是建立准确的数学模型和采用与实际系统相吻合的模型参数。
因此，结合发电机励磁系统的特点，开展模型参数辨识工作，从而建立起准确的励磁系统数学模型的研究非常必要。
关键词：发电机；励磁系统建模；参数辨识一、励磁系统和发变组概述（一）励磁系统概述在常规化运行环境或者是电力系统出现故障的环境中，都需要配合发电机励磁系统限制器，建构完整的应用模式和控制机制。
一般而言，励磁系统主要指的就是基于电源的整流装置，励磁静止系统完成能源的供给。
一方面，励磁系统能对发电机出口电压参数和无功功率参数予以控制，维持其稳定性和运行的合理性，并配合发电机并列运行处理机制，打造良好的应用环境。
另一方面，励磁系统凭借其较快的响应速度和可靠的运行维护模式，能更好地满足静态应用效果，提高电力系统运行的稳定性，最大程度上打造良好的运行载体。
自并励励磁系统无论是暂态稳定性还是运行安全性都要高于常规的励磁系统，能维持较好的应用环境，并且能更好地处理距离较近的电压降失衡问题，保证调节工序的合理性、稳定性和安全性。
（二）发变组定值设置概述在发变组定值设置的过程中，要结合具体应用规范和标准落实匹配的设置机制。
（1）设置零序补偿机制。
在电力变压器应用运行过程中，其自身配置的接线组会出现扭转现象，尤其是普通变压器，扭转角度一般为15～30°，为了保证其应用效果，就要配合行测绕组，有效对变压器的扭转角度予以补偿处理，维持继电器运行的稳定性。
另外，三角形接线还能配合电流零序结构，有效消除零序分量造成的影响，打造更加稳定的运行环境。
（2）设置基础性制动模式，在变压器设置工序中，基础性差动保护具有重要的应用价值，能减少合闸空载产生的励磁涌流，其主要的工作原理在于二次谐波的产生，能形成良好的制动模式。
发电机励磁系统建模及仿真
１２倍额定 电压下的饱和系数／ 。 ． ｜ ｓ
２・
・
第 ２期
刘金森 ， ： 电机励磁 系统建模及仿真 等 发
型的 Ｐ Ｓ Ｓ 。根据原始资料提供的 Ｐ Ｓ Ｓ 传递函数及试 验中确定的参数 ， Ｂ Ａ暂态稳定程序 中， 在 Ｐ 可以确 定采用 ｓ 型 Ｐ Ｓ Ｉ Ｓ 模型 ， 其框 图如 图 ５所示 ， 参数设
ｔｍ ｄ ｌｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ Ｉ ｈ ｓｐａ ｅ ，ｈ ｎ ｍｉ ｈａａ ｔ ｒｓｉｓａ ｄ ｒ ｌｖ ｎ ａ ａ ｔｒ ｆｔ ｅ ｅ ｃ ｔ－ ｅ ｍｏ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ． ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｔ ｅｄｙ ａ ｃ ｃ ｒ ｃｅ ｔ ｎ ｅ ｅ ａ ｔｐ ｒ ｍｅｅ ｏ ｈ ｘ ｉ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ
２１ ０ １年 ２月 第 ｌ ４卷 第 ２期
２ １ ，Ｖ ｌ ４，Ｎｏ ２ ０ １ ｏ ，１ ．
贵州电力技术
ＧＵＩ ＺＨＯＵ ＥＬＥＣＴＲＩ ＰＯＷ ＥＲ Ｃ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
电 网科 技
Ｐｏ ｒＧｒｄ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ ｗｅ ｉ ｃ ｏｏ ｙ
发 电 机 励 磁 系 统 建 模 及 仿 真
关键 词 ： 励磁 系统； 电机 ； 发 系统建模 ； 参数 ； Ｐ ＢＡ 文章编 号 ：０ ８— ８ Ｘ ２ １ ） ０ ０ — ３ 中图分类号 ： Ｍ ４ 文献标识码 ： １０ ０ ３ （ ０ １ ２－ ０ １ ０ Ｔ７ Ｂ
电力 系 统 已进 入 大 电 网、 电 压 、 机 组 的时 高 大 代 。随 着 电网规 模 的扩大 ， 机组 容 量 的提高 ， 机组 运 行稳 定性 的要 求 也 随之提 高 。发 电机励 磁 系统参 数 是 电 网运行 的重 要 参数 之 一 ， 电力 系统 的暂 态 稳 对 定控 制具 有重 要 作 用 。 因此 ， 有必 要 对 发 电机 组 的 励 磁 系统 进行 研究 分 析 ， 仿 真 软件 中建 立 励 磁 系 在
基于MATLAB的同步发电机励磁系统的建模与仿真研究讲解
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2023年度电力系统同步发电机励磁系统的建模与仿真
随着电力系统的快速发展和电力负荷的不断增加，同步
发电机在电力系统中的作用日益重要。
在发电过程中，同
步发电机的励磁系统起着至关重要的作用，它不仅决定了
发电机的输出功率和电压稳定度，还直接影响到电力系统
的稳定性和安全性。
因此，对同步发电机励磁系统进行建模和仿真，分析其
特性及优化其性能具有十分重要的实用价值和工程应用前景。
本文将针对电力系统同步发电机励磁系统的建模和仿真，从理论分析、实验研究和实际应用等角度进行探讨，
并提出相应的解决方案和建议。
一、同步发电机励磁系统的基本原理
同步发电机是电力系统中常用的发电设备之一，其工作
原理是通过励磁系统对转子产生恒定电磁势，使得电动机
的旋转速度与电网同步。
励磁系统由调节回路和发电机励
磁机组成，前者用于调节励磁电流大小，后者用于产生励
磁电流。
励磁机由交流电源供电，将电能转换为磁能，形
成恒定的磁场，以激励转子产生电势，并与电网同步。
二、同步发电机励磁系统的建模方法
同步发电机励磁系统建模方法通常采用开环和闭环两种
方法。
开环方法着重考虑发电机励磁机的特性和参数，而
忽略负载和电力系统的影响；闭环方法则将发电机励磁系
统与负载和电力系统耦合起来，考虑更加全面的影响因素。
基于此，可以利用MATLAB等软件对同步发电机励磁系统建
立模型并进行仿真。
三、同步发电机励磁系统的特性分析
同步发电机励磁系统特性分析是建模和仿真的重要内容，其目的是分析系统的性能和稳定性。
特性分析主要包括励
磁电路特性分析、励磁系统数学模型建立、励磁机暂态过
程仿真等方面。
四、同步发电机励磁系统的优化
同步发电机励磁系统的优化可以通过改变发电机励磁电
路参数、控制环节参数等方式进行。
其中，提高励磁机的
内部反馈控制效果，降低负载波动对励磁系统的影响，并
采用先进的励磁控制算法等方法，可以显著提升系统的质
量和性能。
五、同步发电机励磁系统仿真结果分析
通过对同步发电机励磁系统的仿真分析，可以建立电网
和发电机系统的各种工况和稳态性能参数，并提出相应的
改进措施和建议。
这种方法可以极大地提高发电机的运行
效率和电力系统的稳定性和安全性。
六、结论
通过本文的探讨与分析，我们可以得出以下结论：同步
发电机励磁系统的建模和仿真是电力工程中的核心领域之一，对电力系统的稳定性和安全性具有关键性影响；目前，建立合理的同步发电机励磁系统数学模型，采用高效的仿
真分析方法，并通过优化控制参数等手段进行系统优化，
是提高电力系统稳定性和安全性的有效措施。