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。
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。
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 building
基于simulink的发电机励磁系统整流单元的建模与仿真 1、前言 发电机的励磁系统是保证稳定的发电能力的关键组成部分。整流单元是励磁系统的核心部件，它将交流电转换成稳定的直流电，为发电机励磁提供所需电能。在此基础上，本文基于Simulink软件对发电机励磁系统的整流单元进行建模和仿真， 以验证其工作可行性。 2、建模 整流单元主要由桥式整流器和滤波器组成，其中桥式整流器将交流电转换成直流电，滤波器通过对直流电的滤波作用，使电源电压更加稳定。在建模过程中，我们采用了经典的三相桥式整流器拓扑结构，如图1所示。 图1 三相桥式整流器电路图 图1中，V1、V2和V3分别表示三相交流输入电压，D1、D2、D3、D4、D5和D6为六个二极管，用于将交流电转换成直流电。VO为直流输出电压，L1、L2为平滑器电感，C1、C2为 平滑器电容，用于滤波。
3、仿真 在Simulink软件中建立基于上述电路结构的仿真模型，所示。 在仿真模型中，我们通过三相正弦波电压源模块来模拟输入的三相交流电压信号。在整流器模块中，我们采用了开关模型来模拟三相桥式整流器和二极管，模拟电阻和电感则分别用电感模块和电容模块进行建模。在滤波器模块中，我们采用了L-C 滤波器的模型。 仿真结果如图3所示，其中红色曲线为输入电压，绿色曲线为输出电压。由图可知，输入的交流电压被成功转换为直流电，并通过滤波器后得到了更加稳定的直流电输出。 4、结论 本文通过Simulink软件对发电机励磁系统整流单元进行了建 模和仿真。仿真结果表明，利用三相桥式整流器及L-C滤波
器构成的整流单元可以成功将三相交流电转换为直流电，并滤波得到更加稳定的直流电输出，为发电机励磁系统提供所需电能。这对于保证发电机稳定输出电能具有重要作用，有利于电力系统的运行和调节。
电力系统的建模与仿真分析 电力系统是现代社会的重要组成部分，为人们的生产和生活提供不可或缺的能 源保障。但是，电力系统的复杂性和敏感性导致其在运行过程中会出现各种问题，如电力稳定性、电力质量、能源效率等方面的问题。因此，电力系统的建模与仿真分析非常重要，可以帮助提高电力系统的效率，保证电力系统的稳定性和安全性。 一、电力系统的建模 电力系统的建模是指将电力系统的各个部分进行拆解和抽象，使得这些部分能 够通过一定的数学建模方式相互联系。电力系统的建模通常是从以下几个方面出发： 1. 发电机模型 发电机是电力系统的核心组成部分，其输出功率和电动势对整个电力系统的运 行稳定性和电能质量有着非常重要的影响。因此，发电机模型对电力系统的建模非常重要。通常，发电机模型可以分为几类，如同步发电机模型、感应发电机模型等。 2. 变压器模型 变压器是电力系统中运输能量的主要方式之一，其在电力系统的输电和配电环 节中发挥着非常重要的作用。变压器模型通常包括变流器、变压器核等组成部分。 3. 电力负载模型 电力系统的负载对于电能的稳定输出和电能质量的保证有着非常重要的作用。 如何对电力负载模型进行建模也是电力系统建模的一个重要方面。通常，电力负载模型可以分为不同的类型，如电阻性负载模型、电感性负载模型、电容性负载模型等。 4. 电力网络模型
电力系统中的电力网络是连接各个组成部分的核心部分，如何对电力网络进行 建模也是电力系统建模的重要方面。通常，电力网络模型可以表示为复杂的网络图，其中每个节点代表一个组成部分，每条边代表两个节点之间的连接。 二、电力系统的仿真分析 电力系统的仿真分析是采用电力系统建模的方式，通过一定的仿真分析方法， 对电力系统的运行模拟与分析。一般来说，电力系统的仿真分析可以从以下几个方面出发: 1. 種種电力系统参数的仿真分析 电力系统中的参数涉及到功率、电压、潮流、短路电流等多个方面。在电力系 统的仿真分析中，电力系统参数的仿真分析可以提供电力系统运行状态的实时监测和分析，发现潜在问题并进行预测和解决。 2. 电力负载仿真分析 电力负载对于电力系统的稳定性和电能质量有着非常重要的作用，因此对电力 负载进行仿真分析，可以更好地了解电力负载特性，预测负载需求变化，并进行相应的响应和调节，在保证电力系统稳定性和安全性的前提下，尽量提高电力负载效率和经济性。 3. 电力网络仿真分析 电力系统的各个组成部分之间通过电力网络进行连接，在电力网络的仿真分析 中可以了解各个节点之间的连接关系，及电力运输的途径和信号传输的状况。通过对电力网络的仿真分析，可以优化电力系统结构的设计，提高电力系统整体效率和稳定性。 三、电力系统建模与仿真分析的实际应用
2．1同步电机模型 同步电机是电力系统的主要元件，电磁暂态和机电互动现象十分丰富，模型的建立和求解往往决定着仿真的精度和能够反映实际系统动态过程的程度，因此，很多专家在同步发电机建模方面展开研究并取得多项成果。 同步电机是励磁控制系统的控制对象，又和励磁控制系统密切相关系。研究励磁系统的动态特性，离不开对同步电机动态特性的分析。同步电机的过渡过程比较复杂，通过以d,q 坐标系统推导出来的派克(Park)方程作为同步电机的基本方程，求出完整的动态模型；在某些特定的条件下，可由完整的动态模型得到简化模型。在小干扰情况下，可以将非线性的完整模型在工作点附近线性化，得出线性化模型：同样，在某些特定的条件下，还可以求得简化的线性模型。 同步电机dqO 坐标下的暂态方程称为派克方程，它是一组非线性的微分方 程组。由于dqO 三轴之间的解耦以及aqO 坐标下的电感参数是常数，因此派克变换及同步电机的派克方程在实用分析中得到广泛的应用。 同步电机具有三个定子绕组、一个转子绕组、两个阻尼绕组。六个绕组间 都有磁的耦合，加上转子位置不断变化，绕组间的耦合又必然是转子的位置函 数。要正确反映上述情况就需要七个非线性微分方程。 2．1．1同步电机基本方程 由同步电机在d,q 轴的park 微分方程组出发，电压和磁链方程(以标幺值形式)如(2．1)-(2．10)所示： 电压方程： 定子绕组：d q d d ri p U --=ωψψ （2.1） q d q q ri p U --=ωψψ （2.2） 励磁绕组： f f f f p r i U ψ-= （2.3） 阻尼绕组： d d d p i r 1110ψ-= （2.4） q q q p i r 1110ψ-= （2.5） 磁链方程： 定子绕组：d ad f ad d d d i X i X i X 1++-=ψ （2.6） q aq q q q i X i X 1+-=ψ （2.7） 励磁绕组：d ad f f d ad f i X i X i X 1++-=ψ （2.8） 阻尼绕组：d d f ad d ad d i X i X i X 111++-=ψ （2.9） q q q aq q i X i X 111+-=ψ （2.10） 其中，dt d p θθω==。式中各物理量的定义为：d i -负载电流d 轴分量；q i -负载电流q 轴分量；f i -励磁电流；d U -机端电压d 轴分量；q U —机端电压q 轴分量；f U -
发电机励磁系统建模及参数测试现场试验方案 1．概述 电网“四大参数”中发电机励磁系统模型和参数是电力系统稳定分析的重要组成部分,要获得准确、可信度较高的模型和参数,现场测试是重要的环节;根据发电机励磁系统现场交接试验的一般习惯和行业标准规定的试验内容,本文选择了时域法进行发电机励磁系统的参数辨识及模型确认试验;这种试验方法的优点在于可充分利用现有设备,在常规性试验中获取参数且物理概念清晰明了容易掌握;发电机励磁参数测试确认试验的内容包括：1发电机空载、励磁机空载及负载试验；2发电机、励磁机时间常数测试；3发电机空载时励磁系统阶跃响应试验；4发电机负载时动态扰动试验等;现场试验结束后,有关部门要根据测试结果,对测试数据进行整理和计算,针对制造厂提供的AVR等模型参数,采用仿真程序或其他手段,验证原始模型的正确性,在此基础上转换为符合电力系统稳定分析程序格式要求的数学模型;为电力系统计算部门提供励磁系统参数; 2．试验措施编制的依据及试验标准 1发电机励磁系统试验 2励磁调节器技术说明书及励磁调节器调试大纲 3GB/T7409.3-1997同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求 4DL/T650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 3试验中使用的仪器设备 便携式电量记录分析仪,8840录波仪,动态信号分析仪以及一些常规仪表; 4试验中需录制和测量的电气参数 1发电机三相电压UA、UB、UC录波器录制； 2发电机三相电流IA、IB、IC录波器录制； 3发电机转子电压和转子电流Ulf、Ilf录波器录制； 对于三机常规励磁还应测量： 1)交流励磁机定子电压单相Ue标准仪表监视 2)交流励磁机转子电压和转子电流Uef、Ief录波器录制； 3)永磁机端电压Upmg录波器录制和中频电压表监视； 4)发电机端电压给定值Vref由数字AVR直读； 5)励磁机用可控硅触发角由数字AVR自读； 对于无刷励磁系统除发电机电压电流外,仅需测量励磁机励磁电压电流；但需制造厂家提供励磁机空载饱和特性曲线及相关参数; 5．试验的组织和分工
同步发电机励磁控制系统的仿真研究 同步发电机励磁控制系统是电力系统中的重要组成部分，对于维持电力系统的稳定运行和确保电能质量具有重要意义。随着科学技术的不断发展，对于同步发电机励磁控制系统的研究也在不断深入。本文将介绍同步发电机励磁控制系统的研究现状，并提出一种仿真研究方案，通过实验验证该方案的有效性，最后总结文章的主要观点和成果，并指出不足之处和未来研究方向。 在现有的研究中，同步发电机励磁控制系统主要分为有功功率控制和无功功率控制两部分。有功功率控制主要是通过调节励磁电流来控制发电机的转速，从而维持电力系统的稳定运行。而无功功率控制则主要是通过调节励磁电流来控制发电机的端电压，从而确保电力系统的电压稳定。然而，现有的研究主要集中在有功功率控制上，对于无功功率控制的研究相对较少。 针对现有研究的不足之处，本文提出了一种仿真研究方案。在仿真环境中搭建了同步发电机励磁控制系统，并选取了相应的仿真参数。在仿真过程中，通过调节励磁电流来控制发电机的转速和端电压，并记录仿真结果。通过对比不同励磁电流下的仿真结果，可以得出励磁电流对发电机性能的影响。
在实验部分，本文选取了一台实际运行的同步发电机进行实验，通过调节励磁电流来控制发电机的转速和端电压，并记录实验结果。实验结果表明，随着励磁电流的增加，发电机的转速和端电压均有所增加。同时，本文还将仿真结果与实验结果进行了对比，发现两者具有较好的一致性。 通过本文的研究，可以得出以下同步发电机励磁控制系统对于电力系统的稳定运行和电能质量具有重要意义；现有的研究主要集中在有功功率控制上，对于无功功率控制的研究相对较少；通过仿真研究可以更加深入地了解励磁电流对发电机性能的影响；实验结果与仿真结果具有较好的一致性。 然而，本文的研究还存在一些不足之处。仿真研究是一种理想化的研究方法，与实际运行情况可能存在一定的差异。实验样本仅仅是一台实际运行的同步发电机，样本数量较少，可能无法全面反映实际情况。因此，未来的研究方向可以包括：进一步开展实际运行情况的调研和实验，增加样本数量，以提高研究的普遍性和可靠性；研究励磁控制系统的智能化算法，以进一步提高控制精度和响应速度；探讨新能源接入对同步发电机励磁控制系统的影响，以适应可再生能源的发展。同步发电机励磁控制系统在电力系统中具有重要的作用，本文通过仿
同步发电机励磁系统设计与仿真 摘要：同步发电机为电力系统提供能量，其控制性能将直接决定电力系统的安全性和稳定性。通过利用MATLAB对励磁控制进行分析和研究，可以灵活地应用MATLAB的SIMULINK仿真软件对系统的性能进行分析，通过这个软件工具，我们可以摆脱单调乏味的计算负担，把更多的精力投入到思考本质问题，研究和解决实际生产问题。 关键字：同步发电机励磁系统Simulink
一. 绪论 自从进入21世纪后,电力系统的发展正在以一个新的高度在发展,基本形成了高电压、大机组、超远距离输送的几类模式。因此,当今电力系统的研究的热点与难点就是保证安全、稳定和高效的运行，其中同步发电机励磁控制系统的设计与研发是同步发电机最为核心的部分，经过一代又一代的学者实践证明, 通过simulink进行仿真进而实现对同步发电机励磁的合理高效控制,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。 同步发电机是电力系统的能源供应，同步发电机励磁电流的供电和辅助设备统称为励磁系统。为了保证同步电动机的正常运行，励磁系统应能提供同步电动机所需的励磁电流从空载到满负荷和过载。当电力系统不能降低电网电压时，励磁系统应能迅速地激励励磁，从而提高系统的稳定性。当同步电动机发生短路故障时，应能迅速破坏磁场，以便迅速排除故障，并将故障限制在最小范围内。根据所采用的整流装置，电流励磁系统可分为两种：一种是以直流发电机为励磁源的直流励磁系统。另一种是硅整流装置，它将交流电转换成直流后直流励磁系统。无论哪种方式，同步发电机励磁系统都是通过调节发电机励磁绕组端部的励磁电压，从而影响发电机的电动势，达到稳定电压的目的。本文针对同步发电机论述了微机励磁装置的特点及发展现状，分析了微机励磁调节的原理和设计方法，并进行建模和仿真。
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。
电力系统自动化仿真实验报告
实验一：励磁自动控制系统仿真 （一）普通励磁自动控制系统仿真 励磁控制系统主要由励磁机、发电机、电压测量比较单元、综合放大单元、功率放大单元等组成。 励磁控制系统框图： 以上的放大单元分别取值为10、30、60，得到的曲线依次为： （1）放大单元值为10时 0246810 0.20.40.60.811.21.4 （2）放大单元值为30时 0246810 0.20.40.60.811.21.4 （3）放大单元值为60时
0246810 0.20.40.60.811.21.4 1.6 综以上图形，随着放大系数的增大，发电机电压与给定电压之间的误差在逐渐减小，但随着放大系数的增大系统的动态系能会变差，出现一定的振荡。 （二）加入PID 励磁自动控制系统仿真 励磁控制系统框图： （1）放大单元值为10 时 0246810 0.20.40.60.811.21.4
（2）放大单元值为30时 0246810 0.20.40.60.811.2 1.4 （3）放大单元值为60时 0246810 0.20.40.60.811.2 1.4 以上PID 模块的控制参数分别设置为：Kp ，Ki ，Kd 分别设置为1，0.1，0.15。 经过PID 校正后，由以上两种情况的图形对比知，调节时间与振荡次数较未校正前都有所减少。所以增设PID 校正后提高了系统的快速性和平稳性，提高了系统的性能。
二、三相桥式整流电路仿真 带阻感性负载的仿真 根据晶闸管三相桥式整流电路的结构，在模型窗口建立主电路仿真模型，绘制加入同步装置和脉冲触发器等的三相桥式整流系统模型如下图所示。 Continuous powergui i +- ia2 i +-ia1 i +- ia i +- i v +- Vca Vc v + -Vbc Vb v +-Vab Va v +-V g A B C + -Universal Bridge alpha_deg AB BC CA Block pulses Synchronized 6-Pulse Generator Scope RL 90Constant1 0Constant 交流电压源的参数设置, 三相电源的相位互差120，设置交流峰值电压为220V ，频率为50HZ 。负载参数的设置,R=10欧姆，L=10mh, C=inf.常数模块, 该模块只有一个输出端，所以只要改变参数对话框的数值的大小，即可改变触发信号的控制角。 仿真/参数窗口中，选择ODE23S 仿真算法，仿真时间为0~0.05S ，将相误差设置为1e-3(1*10-3)，开始仿真时间为0，停止时间为0.02。其它参数为默认值。当移相控制角从0~120°变化时整流器输入 的ｉa & i b & i c,负载电压，负载电流，同步脉冲触发器输出的脉冲.
浅析同步发电机励磁系统建模 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。 因此，励磁系统建模已成为实际运行系统提高稳定分析水平的关键。实际上，励磁系统建模方法很多，但一般都局限于小范围或某类机组励磁系统的建模。本文介绍的励磁系统实测建模定位于区域电网范围，建立发电机励磁模型，注重收集与励磁系统建模有关的技术资料、试验数据和现场测辨数据，克服了某些机组因技术资料不完整给建模带来的困难，能及时发现实际励磁系统与设计不一致和某些励磁调节器参数设定不当的情况。 一、基本资料的整理和收集 励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、
稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成，对于各个单元中所涉及的到的主要设备，要做好建模所需资料的整理和收集比如发电机、励磁机、调节器、整流变压器及整流器等资料。 二、建立励磁系统原始模型参数 按照DL/T650-1998的要求，励磁系统包括励磁调节器的模型参数应当由制造厂提供，并且保证其正确性，由于现场情况各有不同，故不能一步到位，但情况大致可分为三种，第一种情况有的励磁系统模型参数与制造厂提供的不同，究其原因可能是制造厂没有进行励磁系统模型参数的确认。第二种情况是有些励磁调节器已经数字化，或者是由单片机编程实现的，没有一一对应的传递函数环节。第三种情况是时间较长，模型资料已经遗失。针对第一种情况只需要完成励磁原始模型参数的确认。而对于后两种情况需通过参数实测和幅值实测来获取。 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
励磁系统建模实验方案 目录
1.实验目的 0 2.实验内容 0 3.实验依据 0 4.实验条件 0 5.设备概况及技术数据.............................................................. 错误!未定义书签。 6.实验内容 (4) 7.实验分工 (5) 8.环境、职业健康安全风险因素辨识和控制措施 (6) 9.实验设备 (7)
1.实验目的 对被测试机组的励磁系统进行频率响应以及动态响应测试，确认励磁系统模型参数和特性，为电力系统分析计算提供可信的模型数据。 2.实验内容 2.1励磁系统模型传递函数静态验证实验。 2.2发电机空载特性测量及空载额定状态下定子电压等各物理量的测量。 2.3发电机时间常数测量。 2.4 AVR比例放大倍数测量实验。 2.5系统动态响应测试（阶跃实验）。 2.6 20%大干扰阶跃实验。 2.7对发电机进行频率响应测试。 3.实验依据 Q/GDW142-2023《同步发电机励磁系统建模导则》 设备制造厂供货资料及有关设计图纸、说明书。 4.实验条件 4.1资料准备 励磁调节器制造厂应提供AVR和PSS模型和参数。 电机制造厂应提供发电机的有关参数和特性曲线。
4.2设备状态规定 被实验发电机组励磁系统已完毕所有常规的检查和实验，调节器无异常，具有开机条件。 5.设备概况及技术数据 容量为135MW ，励磁系统形式为自并励励磁方式，励磁调节器采用南瑞电控公司生产的NES6100型数字励磁调节器。其励磁系统结构框图如图1： 图1 励磁系统框图 5.1励磁调节器模型： 图2 励磁调节器模型 励磁调节器内部参数如下表：
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。 二、基于模糊PID控制的无刷励磁同步发电机励磁系统的设计 1.模糊PID励磁控制器设计 常规PID控制器主要由给定输入与系统输出之间的误差及其微分、积分的线性组合来产 生输出信号的，其结构简单，稳定性好，可靠性高，工作原理见图1。 对于模糊PID励磁控制器的设计，首先，确定设定输入输出和语言值，将两个输入、三 个输出的基本论域都定义为[-3，3]，并采用三角形绿树函数将论域划分为7个模糊子集，得 到负大（NB）、负中（NM）、负小（MS）、零（Z）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PB）这七个语言变量，保证模糊论域所含元素个数式中为模糊语言变量个数的2倍，之后 根据相关公式确定量化因子、输出变量的比例因子，并对量化因子和比例因子进行合理选择，以提高励磁控制器的优良程度。第二，采用Matlab仿真软件建立模糊控制器的隶属函数曲线，也可以通过FIS编辑器得到模糊控制器各个参数的输出曲面，并建立模糊控制器模糊规则， 得到针对常规PID控制器三个参数的模糊控制表。第三，模糊控制器通过模糊规则进行模糊 推理，之后得到一个输出变量的模糊量，得出修正参数，此时采用Mamdani模糊推理法来对PID的三个参数进行在线调整，使模糊量能够得以输出和控制最终得到基于模糊PID的无刷 同步发电机励磁系统的控制输出： 式中，μ（t）、e（t）——PID控制器的输出和输入；Kp0、Ki0、Kd0——PID控制器初始 参数；Kp、Ki、Kd——PID控制器实时参数；Up、Ui、Ud——输出的模糊变量，Kup、Kui、
励磁系统参数实测与仿真建模综合实验指导书 徐俊华李啸骢编 广西大学电气工程学院 电力系统动模—数模一体化仿真实验室
目录 第一章前言 (1) 第二章励磁系统参数实测试验 (2) 2.1设备参数 (2) 2.1.1 模拟水轮发电机组参数 (2) 2.1.2 励磁变压器参数 (3) 2.1.3 PT、CT及转子分流器参数 (3) 2.1.4 A VR参数 (3) 2.2励磁系统参数实测试验 (4) 2.2.1 发电机空载特性试验 (4) 2.2.2 发电机空载时间常数Tdo’测试 (4) 2.2.3 励磁系统开环放大倍数测试 (5) 2.2.4 小阶跃响应试验 (5) 2.2.5 大阶跃响应试验 (5) 第三章试验结果分析 (6) 3.1确定发电机励磁回路基值及饱和系数 (6) 3.2调节器最大内部电压V AMAX和最小内部电压V AMIN (7) 3.3换相电抗的整流器负载因子K C（标幺值） (7) 3.4可控硅整流器的最大/最小触发角计算 (7) 3.5最大输出电压V RMAX和最小输出电压V RMIN (7) 3.6发电机电压测量环节等值时间常数 (8) 第四章BPA仿真建模及小干扰校核 (8) 4.1BPA仿真建模 (8) 4.2励磁系统模型小干扰校核 (9) 参考文献 (10)
第一章 前言 发电机励磁控制对于电力系统的稳定性起着重要的作用，在研究分析电力系统稳定性时需要掌握励磁控制系统的特性及参数，并建立准确可信的模型。以往计算常常将电力系统暂态过程中励磁系统的作用简化维持暂态电动势不变，不计及励磁系统的具体模 型参数，即采用q E '恒定的模型。许多研究报告已指出，对于快速励磁系统，采用q E '恒定的模型将导致计算结果偏保守，对于常规三机励磁系统则偏冒进。早在上世纪60 年代末IEEE 就提出了励磁系统的数学模型，并先后作了三次更新，我国在90 年代初提出了稳定计算用的励磁系统模型，并一直在进行改进。随着全国联网工程的实施，互联电网的动态稳定性及电压稳定性问题越来越突出，电力系统四大元件（发电机、励磁系统、调速系统及负荷）的模型和参数对系统计算结果的影响已变得不容忽视。为了提高电力系统计算分析结果的准确度和可信度，近年来，我国电力系统正积极推进四大元件的实测建模工作，特别是对于励磁控制系统，无论是暂态过程计算还是小干扰稳定分析，其模型参数的准确性对计算结果影响尤为突出。专业工作者已经越来越认识到，通过开展励磁系统参数测试，建立适合于电力系统稳定计算用的真实可信的励磁系统数学模型，是一项迫切的基础工作，是提高系统运行稳定性，挖掘稳定储备和改善系统动态特性的有效手段。2006 年国家电网公司颁发了“发电机励磁系统建模导则”，为实施发电机励磁系统建模和模型参数运用提供了指导性的技术原则和基本方法。 本实验针对广西大学电力系统动态模拟实验室发电机励磁系统，展开励磁系统参数实测及仿真建模工作，将实际电力系统中的实验项目引入课堂教学，使学生加深对相关理论知识的理解并提高工程应用能力。 整个实验主要包含以下几方面的内容：首先进行励磁系统参数实测相关的实验；其次对实验数据进行分析处理；接着根据数据处理结果，在BPA 数字仿真平台中搭建稳定计算用仿真模型；最后对建立的仿真模型进行小扰动校核，建立了可运用于电力系统稳定综合计算分析的励磁系统数学模型。
MATＬAＢ/Simｕｌink 电力系统建模与仿真 试验汇报 姓名：＊*＊**＊ 专业:电气工程及其自动化 班级:＊*＊****＊*****＊**＊** 学号:＊****＊＊*＊***＊＊*****
试验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真 １．1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 运行MAＴLAB软件，点击Simulink模型构建,根据电路原理图，添加下列模块： （1）无穷大功率电源模块(Three-phase source) （2）三相并联RLＣ负荷模块(Three－Pｈａse Paraｌlel RLＣLoad） （3）三相串联ＲLC支路模块（Tｈreｅ-Phａｓe SeｒiｅｓＲLC Branｃh） （4）三相双绕组变压器模块(Three-Pｈａse Tｒansfoｒmer (Two Wｉｎdings）) （5）三相电压电流测量模块（Threｅ-Pｈaｓe V-I Mｅasuｒement） （6）三相故障设置模块（Ｔhｒee－Ｐｈａse Fauｌt) （7）示波器模块（Sｃope） （8）电力系统图形顾客界面(Pｏwerguｉ） 按电路原理图连接线路得到仿真图如下： 1.2 无穷大功率电源供电系统仿真参数设置 1.2.1电源模块 设置三相电压1１0ｋＶ,相角0°,频率50Hz，接线方式为中性点接地旳Ｙ形接法，电源电阻0.0052９Ω，电源电感0.０00１４0H，参数设置如下图：
1.2.2变压器模块 变压器模块参数采用标幺值设置,功率20MVＡ，频率50Hz,一次测采用Y型连接,一次测电压1１０kV，二次侧采用Ｙ型连接,二次侧电压1１kV，通过标幺值折算后旳绕组电阻为0.００33，绕组漏感为０.052,励磁电阻为9０９.０9，励磁电感为106.3，参数设置如下图: 1．2.３输电线路模块 根据给定参数计算输电线路参数为:电阻8.5Ω，电感0.064L,参数设置如下图:
课程设计报告 课程名称电力系统自动装置原理 设计题目发电机励磁系统数学建模 及PID控制仿真 设计时间2016-2017学年第一学期 专业年级电气133班 姓名姚晓 学号2012012154 提交时间2016年12月30日 成绩 指导教师陈帝伊谭亲跃 水利与建筑工程学院
发电机励磁系统数学建模及PID控制仿真 摘要：本文主要进行了发电机励磁系统的数学建模和PID控制仿真。励磁系统在电力系统的规划与控制领域都有非常重要的作用，精确的模型结构与参数是选择有效控制手段和整个电力系统仿真准确性的基础。文中通过对励磁系统建模及仿真的研究，在整理系统稳定性判断理论发展的基础上，运用MATLAB软件仿真，论证了PID励磁调节可有效地改进励磁控制品质,仿真试验是调整励磁系统参数的有效措施。 关键字：电力系统、励磁系统、根轨迹、PID、仿真
目录 第一章绪论 (4) 1.1本课题研究意义 (4) 1.2本文主要内容 (4) 第二章发电机励磁系统的数学模型 (6) 2.1励磁系统数学模型的发展 (6) 2.2发电机励磁系统原理与分类 (6) 2.3发电机励磁系统的数学模型 (7) 2.3.1励磁机的传递函数 (7) 2.3.2励磁调节器各单元的传递函数 (12) 2.3.3同步发电机的传递函数 (14) 2.3.4励磁稳定器 (14) 2.4励磁控制系统的传递函数 (15) 第三章励磁控制系统的稳定性 (16) 3.1传统方法绘制根轨迹 (16) 3.2用MATLAB绘制根轨迹 (18) 第四章PID在发电机励磁系统中的应用 (19) 4.1同步发电机的励磁系统的动态指标 (19) 4.2无PID调节的励磁系统 (19) 4.2.1源程序 (19) 4.2.2数值计算结果 (21) 4.3有PID调节的励磁系统 (22) 4.3.1源程序 (23) 4.3.2数值计算结果 (24) 第五章总结与体会 (26) 参考文献 (27)
硕士研究生学位论文 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
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日