电力系统自动化课程设计

具有速度反馈的A VR系统仿真
摘要：
随着电力工业的迅速发展，现代电力系统的规模越来越大，保证系统运行的可靠性和稳定性，提高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义。

同步发电机励磁控制系统是电力系统控制的重要组成部分，它除了维持发电机端电压的恒定和进行无功调节外，还必须保证电力系统的动态和暂态稳定性。

它的优化和发展对发电机乃至整个电力系统的运行具有决定性意义。

文章建立了基于MA TLAB的同步发电机及其励磁调节带有速度反馈稳定器的A VR系统的仿真模型。

在Simulink环境下进行仿真，收到了很好的结果。

关键词：同步发电机励磁调节系统MA TLAB 仿真
Abstract: With the rapid development of electric power industry, the size of the modern power system is more and more big, the guarantee of the system operation reliability and stability, improve the quality of electric power to the national economy and the people's standard of living rise has a very important function and meaning. Synchronous generator excitation control system of power system is an important part of the control, it besides maintain generator terminal voltage and reactive power control constant outside, still must ensure that power system dynamic and transient stability. The optimization and development of generator and the whole power system operation is of decisive significance. This paper established based on MA TLAB synchronous generator and its excitation control with velocity feedback stabilizer of A VR system simulation model. In the Simulink environment simulation, received good results.
Keywords: synchronous generator excitation control system MATLAB simulation 引言：
同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，励磁功率单元向同步发电机的转子提供直流电流，即励磁电流；励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。

整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。

在电力系统正常运行或事故运行时，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用。

优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可以有效地提高系统的技术指标。

根据运行方面的要求，励磁控制系统应承担如下任务：电压控制；控制无功功率的分配；提高同步发电机并联运行的稳定性。

实验原理：
励磁自动控制系统的动态特性，是指在较小的或随机的干扰下，励磁自动控制系统的时间响应特性。

它可以用线性方程组来描述，分析这些问题的方法有经典的传递函数法及现代的状态变量法两种。

对于励磁自动控制系统来说，它必须保证发电机端电压稳定不变。

评价励磁自动控制系统动态特性的优劣是简单的问题，如稳定时间应该短，过调量应该小，上升时间应该短等，这些称为调节过程的质量指标。

对任一线性自动控制系统，求得其传递函数后，可以利用它的特征方程式，按照稳定性判据来判断系统是否稳定。

发现该系统稳定性不好时，最好是能找出影响系统稳定性最有效的参数，采取适当的补偿措施，以改善系统的稳定性。

在这一方面，根轨迹是很有用的方法，因为它指明了开环传递函数极点与零点应当怎样变化，才能使系统的动态特性满足技术的要求。

实验内容：
把一个速度反馈稳定器增加到如图1的某发电单元的简化线性AVR系统中，如图2所示。

稳定时间常数τF=0.04s，微分增益调整到KF=0.1。

图1 未添加速度反馈稳定器的A VR系统
（1）建立系统的闭环传递函数并用MATLAB求阶跃响应。

（2）建立SIMULINK仿真模型，并试求阶跃响应。

图2 具有速度反馈的A VR系统实验结果及分析：
（1）用下列命令画仿真图：
>> num=32;
>> den=[1 23 62 40];
>> figure(1),rlocus(num,den);
图3 未添加速度反馈器A VR的根轨迹图
（2）对未添加速度反馈稳定器之前的系统图1进行仿真，结果如下图：
图4 A VR系统的仿真图
由图3可见，发电机、励磁机的时间常数所对应的极点都很靠近坐标的原点，系统的动态性能不够理想，并且随着闭环回路增益的提高，其轨迹变化趋向转入右半面，使系统失去稳定。

为了改善控制系统的稳定性能，必须限制调节器的放大倍数，而这又与系统的调节精度要求相悖。

由此分析可知，在发电机励磁控制系统中，需增加校正环节，才能适应稳定运行的要求。

在励磁控制系统中通常用电压速率反馈环节来提高系统的稳定性，即将励磁系统输出的励磁电压微分后，再反馈到综合放大器的输入端。

这种并联校正的微分负反馈网络即为励磁稳定器。

图3的根轨迹说明，要想改善励磁控制系统的稳定性，必须改变发电机极点与励磁机极点间根轨迹的射出角，也就是要改变根轨迹的渐近线，使之只处于虚轴的左半平面。

为此必须增加开环传递函数的零点，使渐近线平行于虚轴并处于左半平面。

这可以在发电机转子电压处增加一条电压速率负反馈回路，补偿后的方框图如图2所示。

（3）图2的系统闭环传递函数为
)
1)(5.01)(5.01(32)04.01)(5.01)(5.01(41)1)(5.01)(5.01(32
)()(s s s s s s s s s s Uref s Ut +++++++++++=
37000
687063748)25(1280234+++++=s s s s s 用下面的命令求阶跃响应：
numc=1280*[1 25];
>> denc=[1 48 637 6870 37000];
>> t=0:0.02:3;
>> step(numc,denc,t), xlabel('t,sec.'),title('Terminal voltage step response'),grid
阶跃响应如图5所示
图5 带速度反馈稳定器的A VR 的阶跃响应
（4）按图2进行SIMULINK仿真，运行后可得阶跃响应图，如图6所示。

图6 带速度反馈稳定器的A VR系统的SIMULINK仿真图
由仿真结果图可以看出，在发电机的励磁控制系统中，一般都附有励磁控制系统稳定器，作为改善发电机空载运行稳定性的重要部件。

这种方法是将发电机转子电压（或励磁机励磁电流）微分再反馈到综合放大单元的输入端参与调节。

这种并联校正的转子电压负反馈网络称为励磁稳定器，由于它有增加阻尼、抑制超调的作用，故称为阻尼器。

心得体会：
通过本次课程设计加深了我对同步发电机励磁自动控制系统的学习和理解，掌握了励磁系统稳定器的原理、设计及它对系统稳定性的改善作用；熟悉了速度反馈的改善励磁控制系统空载稳定性的方法。

对MATLAB调试及用SIMULINK仿真进一步熟悉，为以后的继续学习与工作奠定基础；学习传递函数的求法，并对系统动态特性进行分析。

本次课题在小组成员的分工合作下顺利按时完成，感谢他们对自己的帮助与悉心给予意见，使我学到很多东西。

同时也感谢老师的指导与鼓励。