励磁控制系统的传递函数

《电力系统自动装置原理》课程教学大纲一、课程基本信息
二、课程内容及基本要求
a)同步发电机的自动并列
➢自同期并列
➢准同期并列
➢恒定越前时间并列装置的合闸控制频率差控制
b)同步发电机励磁自动控制系统
➢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改善电力系统的运行条件对水轮发电机组实行强行减磁
c)励磁自动控制系统的动态特性
➢励磁控制系统的传递函数励磁自动控制系统的稳定性电力系统频率及有功功率的自动调节
➢电力系统的频率特性调速器原理电力系统频率调节系统及其特性电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
➢对汽轮机的影响
➢发生频率崩溃现象
➢发生电压崩溃现象
三、实践环节及基本要求：
详见《电力系统自动装置原理》实验教学大纲
四、学时分配表：
五、课程教学的有关说明
可对下述有关情况做出说明：
1．本课程自学内容及学时
2．课内习题课的安排及学时
3．利用现代化教学手段内容及学时4．对学生能力培养的要求等。

1、电力网与电力系统的区别在于电力网不包含（D 发电机和用户）。

2、负荷的变动情况可以分为几种不同的分量，下面哪种分量（C脉动分量）引起的频率变化可以通过二次调整来调节。

3、若上下平移与系统并联运行的发电机外特性曲线，将主要改变其（B无功功率）5、频率上升时，电力系统负荷总的吸收有功功率将（增加）6、自动准同步装置中频差检查时，如果超前相角脉冲先于超前时间脉冲出现，说明(|ωs|<|ωsy| )。

7、当励磁调节器中的调差单元退出工作时，其固有的无功调节特性是（B 下倾的）8、具有正调差特性的同步发电机，当输出的无功电流增大时，机端电压（A 减小）9、励磁调节器的综合放大单元中输入控制信号属于被调量控制量的是（A 基本控制量）10、在A和B两电网构成的联合电力系统中，设A系统负荷增加，使系统频率降低，而B 系统负荷不变，则( A和B系统调频均动作)11、设某台同步发电机直接与无穷大系统并列运行, 当调节该机组励磁电流时,可改变该发电机输出的(B无功功率)12、以高温高压火电厂为主的电力系统的自动低频减载装置的末级动作频率一般不低于（46~46.5Hz）13、造成系统频率偏离额定值的原因是（有功功率不平衡）14、半波线性整步电压形成电路中经过（积分电路）环节输出的电压波形为锯齿波。

15、当电力系统出现大量功率缺额时，为了及时有效地阻止系统频率的异常下降，需要（A 借助低频减负荷装置切除负荷）2、负荷变动的随机分量所导致的系统频率变化，可用下面哪种频率调节方式（一次调节）进行调节。

4、同步发电机自同步并列方式中，并列合闸前瞬间，发电机机端电压（A 取决于励磁电流的大小）5、三相全控桥式整流电路的逆变角β应为( β<90° )6、电力系统有功负荷的静态频率特性曲线是（A单调上升的）7、励磁调节器的综合放大单元中输入控制信号在异常情况下使用（C限制控制量）9、当励磁调节器中的调差单元退出工作时，其固有的无功调节特性是（ B 下倾的）11、造成电力系统频率上升的原因是(C 有功功率过剩)。

1.1 他励直流励磁机的传递函数建立如图3.1所示，图中u E ，u EE 分别为励磁机输出电压和他励绕组的输入电压。

他励绕组的电压平衡方程为：u EE =i R EE E +dL dEEtEφ当不计转速变化时，励磁机的内电动势与磁链φe成正比，近似地认为励磁机电压u E 正比于φE。

他励电流i EE 和u E 的关系取决于励磁机的饱和特性曲线，不计饱和时为一条曲线。

根据上述情况有下列关系：uE=K φE一、不计饱和时：u E =K i EEL EE =G1iEE函数为：G(s)=)()(s s uu EEE=s T E +11(励磁系统不计饱和的传递函数)如图3.1所示图3.1 他励直流励磁机的传递函数框图二、计饱和时定义饱和函数为：S E=II I BBA -传递函数为：G(s)=)()(s s uu EEE=S K TEE Es ,1++所以，他励直流励磁机的传递函数框图如图3.2.在图中考虑了励磁机端电压uE与其对应的同步发电机励磁电动势E de 的换算关系。

图3.2他励直流励磁机规格化框图1.2 励磁器各单元的传递函数1.2.1 电压测量比较单元电压测量比较单元由测量变压器、整流滤波电路及测量比较电路组成。

其时间常数T R 主要取决滤波的参数。

测量比较电路的传递函数可用下式表示)(s G R=)()(s s U Gde =s TK RR+11.2.2 综合放大单元综合放大单元、移相触发单元可以合并且近似地当作一个惯性环节。

放大倍数为K A ,时间常数为T A 。

他们的合成函数是)(s G A =sTK AA +11.2.3 功率放大单元励磁调节器中的功率放大单元是晶闸管整流器。

晶闸管整流元件工作是断续的，而晶闸管的这一断续控制现象就有可能造成输出平均电压u d 滞后于触发器控制电压信号。

滞后时间为T Z 。

1.3 励磁控制系统的传递函数求得励磁控制系统各单元的传递函数后，可组成励磁控制系统的传递函数框图，如图3.3所示，在图中，如果采用G(s)表示前向传递函数，H （s ）表示反馈传递函数，则该系统的传递函数为)()(s s UU REFG=)()(1)(s H s G s G +为简化起见，忽略励磁机的饱和特性和放大器的饱和限制，则可得：G （s ）=ss S T TK T K K d EEAG A,01))(1(+++H(s)=STK RR +1图3.3励磁控制系统传递函数框图所以：)()(s s UU REFG=K K K TT T K T T K K RG A Rd EEARGAs s s ++++++)1)(1)()(1()1(,上式为同步发电机励磁控制系统的闭环传递函数。

辽宁工业大学电力系统自动化课程设计（论文）题目：励磁机励磁控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化学号： 080303109学生姓名：常佳宁指导教师：（签字）起止时间：2014.12.15—2014.12.26课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程学院Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要在电力系统运行中，同步发电机的励磁系统对于维持发电机端电压、分配并列运行机组之间的无功分配、提高电力系统稳定性等方面起着重要的作用。

并且，励磁控制系统是同步发电机的一个重要组成部分，在保证电能质量、无功功率合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要作用。

同步发电机励磁控制器是同步发电机控制系统的核心，本文采用了PID控制系统设计了100MW汽轮机组励磁机励磁控制系统，该系统是一个典型的反馈控制系统，PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

本设计进行了模糊自调整PID 控制设计，克服了传统PID 控制非线性差、对模型要求高的缺点,并深入进行了基于免疫算法的模糊PID 控制设计,把生物学中的细胞免疫原理用于模糊PID 控制器中，加强了控制器的自我校正能力，自适应能力，提高了控制精度和速度。

关键词：最优控制理论；励磁系统；仿真目录第1章绪论 (1)1.1励磁自动控制系统概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章发电机励磁系统设计 (3)2.1励磁控制系统功能 (3)2.2励磁控制系统总体设计方案 (3)2.3励磁控制系统测量比较单元电路设计 (4)2.3.1电压的测量 (5)2.3.2比较整定 (5)2.3.3比较整定电路的整定 (6)第3章系统传递函数的建立 (7)3.1他励直流励磁机的传递函数建立 (7)3.2励磁器各单元的传递函数 (8)3.2.1 电压测量比较单元 (8)3.2.2 综合放大单元 (8)3.2.3 功率放大单元 (9)3.3励磁控制系统的传递函数 (9)3.4同步发电机的传递函数 (10)第4章PID控制与系统的仿真分析 (11)4.1系统仿真模型的设计.......................... 错误！未定义书签。

电力系统自动化课程设计报告题目发电机自并励励磁自动控制系统稳定性分析系别电子与电气工程系专业电气工程及其自动化班级0920***学号0920*****姓名指导教师黄新完成时间评定成绩目录第一章引言--------------------------------------------------------------------------------------------3 1．1基本概述-----------------------------------------------------------------------------------31．2励磁控制系统控制任务-----------------------------------------------------------------31．3 励磁控制系统的稳定性----------------------------------------------------------------3 第二章课设内容-----------------------------------------------------------------------------------4 2．1系统线性化---------------------------------------------------------------------------------4 2．2 稳定性分析--------------------------------------------------------------------------------42．3稳态误差分析------------------------------------------------------------------------------52．4绘根轨迹分析------------------------------------------------------------------------------52．5增强系统稳定性的措施------------------------------------------------------------------6 第三章课设总结------------------------------------------------------------------------------------8参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------------9 第一章引言1．1基本概述同步发电机励磁控制系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成,它和同步发电机构成一个闭环反馈控制系统，如下图所示。

上海电力学院《自动控制原理》MATLAB仿真实验报告课程：自动控制原理题目：发电机励磁控制系统院系：电气工程学院班级：2010021姓名：学号：20102168发电机励磁控制系统（PID 、超前、滞后控制）仿真一、仿真模型图1发电机励磁控制系统模型如图所示为发电机励磁控制系统模型。

功率励磁装置的传递函数为11f T S+，发电机的等效传递函数为11d T S'+，10.05T s =，0.5f T s =，5d T s '=，20K =，分别用不同的控制器（PID ，超前，滞后）使系统相位域量50γ≥，误差系数大于40。

，在实验过程中比较不同控制器的特点。

二、系统控制器 （1） PID 控制器PID 控制器有三个可以调整的参数，即p K 、i T 和d T ，11c p d i G K T s T s⎛⎫=++ ⎪⎝⎭这种控制器既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。

当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。

只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。

PID 控制器特别适用于过程的动态特性是线性的而且控制性能要求不太高的场合。

（2） 超前校正控制器超前校正装置的主要作用是通过其相位超前效应来改变频率响应曲线的形状，产生足够大的相位超前角，以补偿原来系统中元件造成的过大的相位滞后。

利用其相位超前特性，可以增大系统的稳定裕度，提高动态响应的平稳性和快速性；对提高系统稳态精度作用不大，系统抗干扰能力有所下降（一般用于稳态精度已基本满足要求，但动态性能差的系统）；利用校正函数()11c p TSG s K TSα+=+，()1α>求得参数进行校正。

2014/10/11目录1、电力系统稳定概念； 2、电力系统负阻尼概念 3、小干扰稳定和PSS模型； 4、PSS时域试验； 5、结束语。

1.1、电力系统稳定分类过去分类 电力系统稳定分为三个电量的稳定： 电压稳定（电压恒定、无功充裕、否则恶性循环电压崩溃，必须强励） 频率稳定（频率恒定、有功平衡、安稳装置切机、自动减载） 功角稳定（P、Q变化）。

励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。

频 率稳定由调速器负责。

功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。

静态稳定：系统受到小扰动后系统的稳定性（要求稳定余度大、极限功率大）； 暂态稳定：大扰动后系统在随后的1－2个周波内的稳定性（必须继电保护） 动态稳定：微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产 生的稳定性（没有自动装置，就没有动态稳定问题。

要求必须有良好的阻尼和 PSS）。

现在分类：小扰动稳定：静态稳定和动态稳定，前者不采取稳定措施的自我稳定，后 者是自动装置调节过程中产生的稳定问题；大扰动稳定：大扰动全过程的稳定性，需要采取稳定措施。

大扰动前期相 当于暂态稳定，后期是动态稳定。

1.2、静稳和动稳比喻静态稳定：倒着放的圆锥体最差，轻轻一碰就到下，不倒翁的静稳 最合适。

静稳最好静稳最差动态稳定：是指电力 系统受到小的或大的 干扰后，在自动调节 和控制装置的作用下， 保持长过程的运行稳 定性的能力。

蒙着眼睛没有恐高 症，睁着眼睛看悬 崖就会有恐高症， 动态稳定就是因自 动调节所产生。

静稳最合适1.3、AVR提高静态稳定分析随着P增加，AVR为抵消发电机去磁作用 而不断增加励磁电流，也相应增加发电 机功角曲线高度，也就提高了静稳极限经典分析图P3 P2 P1δ1 Eq恒定(励磁 电流恒定)Eq’恒定Ug恒定P1=(EqU/XΣ )Sinδ （手动励磁下的P1不变）P2=(Eq’U/XΣ )Sinδ （在突然扰动过程中的 Eq称为Eq′，尽管励磁处 于自动运行，但是Eq′变 化基本不变。

大唐河南发电有限公司设备管理知识试题库（1、中国大唐集团公司防止电力生产事故的二十五项重点要求）（第11部分防止发电机励磁系统事故）一、填空题1、励磁系统的灭磁能力应达到国家标准要求，且灭磁装置应具备独立于调节器的灭磁能力。

灭磁开关的弧压应满足误强励灭磁的要求。

2、励磁调节器与励磁变压器不应置于同一场地内，整流柜冷却通风入口应设置滤网，必要时应采取防尘降温措施。

3、励磁变压器的绕组温度应具有有效的监视手段，并控制其温度在设备允许的范围之内。

4、当励磁系统中过励限制、低励限制、定子过压或过流限制的控制失效后，相应的发电机保护应完成解列灭磁。

5、励磁系统电源模块应定期检查，且备有备件，发现异常时应及时予以更换6、励磁功率柜冷却风机的电源应采用双电源，切换回路应独立，电源切换回路不存在切换不成功的隐患。

应在机组启动前、检修后对电源切换回路进行实际传动试验。

7、励磁系统的二次控制电缆均应采用屏蔽电缆，电缆屏蔽层应可靠接地。

8、励磁系统如设有定子过压限制环节，应与发电机过压保护定值相配合，该限制环节应在机组保护之前动作。

9、励磁系统应具有无功调差环节和合理的无功调差系数。

接入同一母线的发电机的无功调差系数应基本一致。

10、并网机组励磁系统应在自动方式下运行。

如励磁系统故障或进行试验需退出自动方式，必须及时报告调度部门。

11、进相运行的发电机励磁调节器应投入自动方式，低励限制器必须投入。

12、励磁系统各限制和保护的定值应在发电机安全运行允许范围内，并定期校验。

13、励磁系统应具备防误操作功能，对于防跳闸继电器误动、磁场开关误操作、励磁误退出等功能必须具备，宜具备防接点粘连功能。

14、励磁系统应做到充分的双重化设计，通道电源的消失、通道板卡故障、通讯故障等故障发生时，励磁系统应能可靠切换至备用运行。

15、励磁调节器与励磁变压器不应置于同一场地内，整流柜冷却通风入口应设置滤网，必要时应采取防尘降温措施。

二、单项选择题1、交流电路中常用P、Q、S来标示有功功率、无功功率、是在功率，而功率因数是指（B）。