基于matlab的同步发电机励磁系统仿真分析与调试
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的永磁同步电机调速系统的仿真
摘要本文首先介绍了永磁同步电机的国内外发展状况，然后介绍了永磁同步电机的结构及原理，接着建立了永磁同步电机的数学模型，并在此基础上用MATLAB 进行了仿真，最后进行了仿真及仿真结果的分析。
永磁同步电机是具有非线性、强耦合性、时变性的系统，在运行过程中会受到负载扰动等多因素影响。
以往研究永磁同步电机的做法是在硬件上搭建一个平台进行模拟，但是这样在做实验中难免会造成一些损失，而且硬件上的反馈会比较长研究周期长。
目前在国内外关于永磁同步电机调速系统的研究现状上来讲，基于MATLAB环境下仿真模型的构建下进行研究，这可极大的缩短研究周期和研究成本。
在利用MATLAB仿真模型研究永磁同步电机时，我们可以把那些扰动因数做成模拟信号给予模型，这样可以准确的定性分析实验得出结论。
关键字：永磁同步电机，空间矢量调制，MATLAB仿真，数学模型。
ABSTRACTIn the first, this paper introduces the domestic and international development status of Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM), gives a explanation about its basictheory, structure. Then it builds a mathematical model, and uses MATLAB to simulate that model.The PMSM is a nonlinear, strong-coupling and time-varying system, so in the operation process, it will be influenced by many factors such asload disturbance. Therere, it is necessary to take action when researching the control method of PMSM. The former research method is setting up a platform on hardware to perform experimensbut it is undesirable, because it often cause some loss, and the feedback cycle is longer than research cycle. As fordomestic and international current situation on the research of PMSM, it is obvious that researching under the simulation model created by MATLAB could greatly reduce the cost and cycle of researchment. When using MATLAB to build simulation model on the research of PMSM, we can transform these disturbance factors into analog signal, making a qualitative analysis to draw conclusions from them.Keywords：PMSM, SVPWM, MATLAB simulation, mathmatical model目录摘要 (I)ABSTRACT .............................................. I I 目录............................................... I II 第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究的目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国内研究历史及现状 (2)1.2.2 国外研究现状及趋势 (2)1.3 本文的主要内容 (3)第二章永磁同步电机调速系统的结构和数学模型 (5)2.1 引言 (5)2.2 永磁同步电机调速系统的结构 (5)2.3 永磁同步电机调速系统的数学模型 (6)2.3.1 PMSM在ABC坐标系下的磁链和电压方程 (6)坐标系下的磁链和电压方程 (8)2.3.2 PMSM在02.3.3 PMSM在dq0坐标系下的磁链和电压方程 (9)2.4 永磁同步电机的控制策略 (11)2.5 本章小节 (12)第三章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (14)3.1 引言 (14)3.2 永磁同步电动机的矢量控制 (14)3.3 空间矢量脉宽调制概念 (15)3.4 SVPWM模块的建立 (17)3.5 本章小结 (23)第四章基于Matlab的永磁同步调速系统仿真模型的建立 (24)4.1 引言 (24)4.2 MATLAB软件的介绍 (24)4.3永磁同步电机调速系统整体模型的建立 (25)4.4仿真参数调试及结果分析 (28)4.5本章小结 (29)第五章总结与展望 (30)5.1全文总结 (30)参考文献 (31)致谢 (33)第一章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的发展，交流调速系统逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，交流调速系统应用越来越广泛。
基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真研究
案例 ：设置同步发 电机在 １ ５ 秒时刻 出线首端发生三相短路故 障， 研究励磁 系统在 发电机 三相短路故障过渡过程中的调节作用 。 由图 ３ － １ 可 以看出 ，当同步发 电机 １ ５ ｓ 时刻出线 首端突然 发生三 相短路时 的励磁 电压 Ｖｆ ｌ快速 上升 到最大 电压 值 ５ ，这 说 明 了 励 磁 系 统 在 三 相 短 路 瞬 态 进 行 了 强 励 调 节 来 阻 止 机 端 电 压迅速跌落 。另外 ， 还可以看出励磁 电流 ｌ ｆ ｄ的波 形 出现 了 振
Ｄ ＯＩ： １ ０ ． １ ６ ６ ４ ０ ／ ｝ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ３ ７ — １ ２ ２ ２ ／ ｔ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． １ ５ ０
１ 引 言
同步发 电机作 为 电网能 最的注 入者而 注定 成为 电网 中的重要 元 件 ，其运行性 能好坏将直接关 系到整 个电力系统是否能够保持 安全稳 定运行 ” ，同步发 电机的合理 控制为此显得 颇为重要 。虽然调 节机械 功率和励磁 电压 是发 电机控制 的最主 要的两个方法 ，但是 由 于 调节机 械功率需要 调整过程缓慢 的调速器 ，因此在研究励磁系统 的控 制时可 一 Nhomakorabea，
２ 仿真模型
一
本文为 了重点研究励磁 系统对发 电机暂态稳定 的影 响而简化 了电 力系 统模 型 ，在 ＭＡ ＴＬ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｔ ｄ ｉ ｎ ｋ环 境下 构建如 图 １所示 的单 机一 无穷大系统仿真模型 。
一 ～
荡现象 ，这是 由于励 磁 电压 的剧 烈 变 化 导致 ，说明励磁系统 调 节 过 程 有 可 能 引 ： Ｆ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝■—— 二 ＝： ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝＝ ＝ ＝ ］ 发系统振荡 。 ｌ ｎ ＾ ｎ ＾ ｊ １ ～ ， 一 — ＿ ｖ …… — — 一 一 — 一 ＿ ＿ 由图３ — ２和 图 ｔ ３ — ３ 还 可 以看 出，发 电机 出 口 发 生 三 相 短 路 瞬 间 时 功 角 同 样 发生 了振 荡现 象 ， 图３ — ２ 三相短路时转速、功角与有功输出 机 端 电 压 大 减 ，输 出的有功 Ｐ ｅ ｏ 猛减后 开 始 波 动 ，１ ５ ． １ ｓ 时 刻 故 障 消 失 ，在 励 磁 系 统 强 励 调 节 作 用 下输 出的有功 Ｐ ｅ ｏ 在 机 端 电 压 恢 复 后 也 很 快 恢 复 了 正 常 值 ； 机 端 线 电压 Ｖｔ 在 １ ５ ｓ 时刻 因为短路 故 障而 由额定值 １ 陡 图３ — ３ 三 相 短 路 时 机 端 电 压 降至 Ｏ ． ４ ，之 后 由 于 强励 的启动 ，机端线 电压 Ｖ ｔ 不再急剧下降 ，而是开始在 ０ ． ３附近减 幅 波动 ，１ ５ ． １ ｓ 时刻故 障消 失后机端线 电压 Ｖｔ 在 强励作用下 迅速恢复 到 额定值 １ 。 转子转速 ｗ 在短路时 由于发电机负载 大减 ， 因此开 始加速 ， 在 强励的作用下 才被控制住 ，由于惯 性较大经 １ ５ ｓ 时间减幅波动才 稳 定在额定值 １ 。
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。
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。
基于MATLAB的励磁控制系统性能分析与设计的软件开发
东北电力学院学报第20卷第4期Journal Of Northeast China Vol.20,No.4 2000年12月Institute Of Electric Power Engineering Dec.,2000文章编号:1005-2992(2000)04-0024-06基于MATLAB的励磁控制系统性能分析与设计的软件开发黎平(东北电力学院电力工程系,吉林吉林132012)摘要:M AT LAB是一套高性能的数值计算和可视化软件,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。
利用M AT L AB开发了发电机励磁控制系统性能分析与设计软件,运用该软件可对励磁控制系统的稳定性和动态性能等进行分析,并设计出满足系统性能要求的励磁控制系统。
关键词:MA T LAB;励磁系统;稳定器中图分类号:T M761+.11T P31文献标识码:A计算机在各行业深入广泛的应用,引发了一场科学和技术革命。
各种数学软件,为科学和技术人员节省了宝贵的精力、赢得了时间。
其中MATLAB以它强大的数学计算功能和简洁的语句、函数及界面友好获得广大科技人员的一致认可,并被名家誉为第四代编程语言[1]。
同步发电机的励磁系统在稳态或暂态过程中,都直接影响着发电机的特性。
优良的励磁系统不仅可以保证高质量的电能、发电机运行的可靠性和稳定性,而且可以有效地提高发电机及其相关的电力系统的技术经济指标[2]。
为此,对励磁控制系统分析和设计一直是一重要的课题。
对励磁系统的性能分析和设计通常采用经典控制理论中时域法、根轨迹、频域法等方法。
设计的方法为试探方式,并且需设计的校正环节中参数之间又相互制约,所以分析和设计时需进行大量数值计算和相应的曲线绘制,采用手算很难完成。
对各物理量及参数对性能的影响,以及如何获得优良的动态品质,也无法深入了解。
利用M ATLAB的控制系统工具箱开发的励磁系统分析与设计软件,可以很好地解决励磁控制系统性能分析和设计的难题。
基于MATLAB的励磁控制系统仿真分析
基于MATLAB的励磁控制系统仿真分析摘要：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。
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个部分组成。
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，并对其进行了基于MATLAB的励磁控制系统仿真分析。
关键字：同步发电机；励磁控制系统；MATLAB建模；PID控制；模糊控制1发电机励磁系统的作用维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平维持电压水平是励磁控制系统的主要的任务，有以下 3 个主要原因：第一，保证电力系统运行设备的安全。
电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和高运行电压。
保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。
发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的 110％。
第二，保证发电机运行的经济性。
发电机在额定值附近运行是经济的。
如果发电机电压下降，则输出相同的功率所需的定子电流将增加，从而使损耗增加。
规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的 90％；当发电机电压低于 95％时，发电机应限负荷运行。
其他电力设备也有此问题。
第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。
励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是为简单、经济而有效的措施。
2同步发电机励磁系统建模2.1 发电机模型和励磁系统同步发电机是电力系统中物理过程最复杂的的元件，既有机械运动过程又有电磁暂态过程，并且包含变量众多。
基于Matlab的最优励磁控制系统设计
首 先 ， 选 取 合 适 的权 矩 阵 Ｒ 和 Ｑ。在 设 计 最 优 励 磁 控 制 要 系 统 时 ， 常 是 令 Ｒ ， 为 一对 角 阵 。实 际 上 ， 这 个 前 提 下 ， 通 ＝ＩＱ 在 只 需 考 虑权 矩 阵 Ｑ 的 选 取 。 令 Ｑ＝ ｉｇ ｑ ， ２ ｑ ） ｄａ （ ｌ ｑ ， ３ 。
ｖ ｏｐ， ｄ ｔ ａｅｌ ｉ ｐｒ ｅ ｔ ｅ ａｅｔ ｆ ｍ ｏ ｅｌ ａｎ ｕｌｍ ｔ ｙ ｍ ｏｖ ｈ ｓ ｆ ｙ ｏ ｄｅｒ ｌ ｇｅ－ｓ ａｌ ｏ ｉ ｎ ａｒ ｃ ｅ ｐ ｗｅｒ ｙ ｔ ｍ ｓａｂｉｙ ｓ ｓ ｅ ｔ ｌ ａｎ ｍｏｖ ｍ ｅ ｔ ｉ ｔ ｄ ｅ ｎ ｑｕ ｉ ｐａ ｒ ｓ ｔ ａｌｙ， ｐｅ ｓ ｅ ｏｕ ｔ ｔ
同步 发 电机 励 磁 控 制 是 保 证 发 电机 和 电 力 系 统 安 全 稳 定 运 行 和 改 善 电力 系 统 动 态 品 质 的一 项 基 本 措 施 。 随 着 电 力 系 统 的 发 展 ， 发 电 机励 磁 提 出 了 更 高 的要 求 。 了维 持 发 电机 电压 水 对 除 平 ， 理 分 配 并联 机组 的无 功 功 率 外 ， 要 求 励 磁 控 制 系 统 能 对 合 还 电力 系统 的静 态 和 动 态 稳 定 及 暂 态 稳 定 起 作 用 。国 内外 的研 究 和 实 践 证 明 ， 磁 控制 系统 不仅 能 提 高 电 力 系 统 稳 定 运 行 极 限 ， 励 而 且 通 过 附 加 控 制 ， 抑制 低频 振 荡 和 次 同 步 振 荡 ， 电 力 系 统 能 对 稳定运行有显著效果 。
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最 优 控 制 理 论 是 现 代 控 制 理 论 中 的核 心 内 容之 一 ，其 主 要 实质是 ， 在满 足一 定 约 束条 件下 寻 求 最 优 控 制 规 律 或 控 制 策 略 ，