发电机励磁系统建模及仿真

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。

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。

发电机励磁系统建模及参数测试现场试验方案一、引言发电机励磁系统是发电机的重要组成部分，负责提供稳定的励磁电流，以产生磁场来激发旋转母线产生电能。

励磁系统的建模及参数测试是确保发电机正常运行和电能输出的重要环节。

本试验方案旨在介绍发电机励磁系统建模及参数测试的具体步骤和方法，以保证测试过程准确、可靠。

二、试验目的1.建立发电机励磁系统的电路模型，以研究和优化发电机励磁控制策略；2.获取发电机励磁系统的相关参数，包括励磁电感、励磁电阻、励磁时间常数等，以指导实际运行和维护。

三、试验步骤1.参数检查与准备工作（1）检查发电机励磁系统的相关设备，包括励磁电源、励磁控制器等，确保其正常工作；（2）准备励磁电源的额定电压及额定电流；（3）进一步了解发电机的额定容量、充电时间等相关参数。

2.励磁系统建模试验（1）根据发电机励磁系统的具体结构和控制方式，建立励磁系统的电路模型；（2）根据建模结果，优化励磁系统的控制策略，如PID控制、模糊控制等。

3.励磁系统参数测试（1）将励磁电源的电压调整至额定电压，并将电流调整至0；（2）开始记录励磁电流、时间，并持续一段时间，以计算励磁系统的励磁时间常数；（3）在给定一定励磁电流的情况下，记录励磁电源的输出电压，以计算励磁系统的励磁电阻；（4）通过改变励磁电源的输出电流，记录励磁电流和励磁电压的关系，从而计算励磁系统的电感值。

四、试验数据处理与结果分析根据试验记录的数据，进行如下数据处理与结果分析：1.使用最小二乘法拟合得到励磁时间常数；2.根据励磁时间常数计算发电机启动所需的总时间；3.根据励磁电流和励磁电压的关系确定励磁系统的电感值；4.根据励磁电流和励磁电阻的关系确定励磁系统的励磁电阻。

五、试验安全措施1.在试验过程中，严格遵守相关电气安全操作规程，确保人员安全；2.在试验现场设置明显的安全警示标志，并保证试验区域的安全通道畅通；3.使用严密可靠的电气隔离装置，以防止电击事故的发生。

同步发电机励磁系统的PID控制仿真李昂【摘要】励磁系统是同步发电机的重要组成部分,也是一个典型的反馈控制系统,单纯按机端电压偏差进行的PID控制其阻尼特性较差,易产生低频振荡.本设计引入辅助控制环节一电力系统稳定器(PSS)增加正阻尼转矩,通过建立基于MATLAB/Simulink的典型单机-无穷大系统发电机励磁系统的仿真模型,模拟了同步发电机在短路等大扰动下暂态过程的运行特性,仿真结果表明该设计能够有效地提高系统的阻尼作用,改善发电机的运行特性,提高电力系统的动态稳定性.%Excitation system is an important part of synchronous generator, and it is also a typical feedhack control system,simply by terminal voltage deviation of the PID control the damping characteristics of poor, easy to produce low-frequency oscillations. The design of the introduction of auxiliary control unit-power system stabilizer (PSS) is to increase the damping torque, through established the simulation model on the PID control in excitation system of a typical single-machine infinitepower system based on MATLAB/Simulink, to simulate the synchronous generator's transient operating characteristics under large disturbance such as short-circuit fault, simulation results show that the design can improve the system damping and the generator operating characteristics, increase power system dynamic stahility.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)002【总页数】4页(P104-106,109)【关键词】同步发电机;励磁系统;PID控制;电力系统稳定器;MATLAB/Simulink 【作者】李昂【作者单位】陕西理工学院,电气工程系,陕西,汉中,723003【正文语种】中文【中图分类】TM921.5同步发电机是电力系统唯一的有功功率电源，也是重要的无功功率电源，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。

发电机励磁系统图解
上图为三机励磁系统（主要内容在左半边以及中下部），带厂用电备励。

先说备励：厂用380伏经Q3刀闸到T1感应调压器，隔离变压器T2，交流三相保险，二极管（6只）整流桥，投退刀闸Q6（和Q4，Q5的切换有操作流程的），ELE是线性灭磁回路。

主励部分：400HZ的永磁机，输出电压大概在350V～450V之间（东电、哈电、上电、北重、济电均不一样），T10是同步变压器（采集励磁调节器需要的同步信号，时序、相序、电压值等，但主要是相序）。

中间的很多框图表示的是以前的模拟调节器，现在主流是下面的数字调节器，调节器发出触发脉冲信号（和同步时序配合好的）给中间的两个可控硅整流桥（Q2+A+Q5 Q1+B+Q4)中的可控硅（内部还有脉冲变压器，6脉冲变对应各自的可控硅），整流桥输出直流电压（带很大的三次谐波的）给100HZ的励磁机转子供电（0V～
1.35×450V可调。

励磁机后面就很简单了，励磁机发出三相电经两个二接管整流桥（通常被称为死硅）整流为直流给发电机转子供电，调节发电机的无功输出值，SD是负极单相灭磁开关（其实灭磁开关的种类很多的），转子两侧并联的是灭磁回路（线性电阻灭磁+过压气隙放电保护，实际上中国的30万机组肯定没有这个回路，这个图应该从老外的早期研究中抄来的，太老了）。

最后，多说一句，三级励磁应该是小机组用的，2000年后，10万以上的机组肯定用自并励方式。

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。

发电机励磁控制系统的研究一、引言发电机是电力系统中的重要设备，其励磁控制系统对发电机运行稳定性和电力系统的可靠运行起着至关重要的作用。

随着电力系统的发展和扩大，在线培台中断的时间更长，电能质量的要求也越来越高。

对发电机励磁控制系统的研究和优化变得尤为重要。

二、发电机励磁系统的基本原理发电机励磁系统是保证发电机电磁特性和电气性能的重要部分，能够稳定发电机的电压和频率，提高负荷响应速度，保证电力系统的稳定运行。

励磁系统一般由励磁电源、励磁调节器、励磁控制模块等组成。

1. 励磁电源励磁电源是提供励磁磁场所需的直流电源，其运行稳定性和可靠性对发电机的励磁效果起着至关重要的作用。

2. 励磁调节器励磁调节器是根据发电机的输出电压和负载变化，对励磁电源进行调节，以维持发电机的稳定运行。

3. 励磁控制模块励磁控制模块负责监测和控制励磁系统的运行状态，根据外部反馈信号和设定参数，对励磁电源进行调节，以满足系统对发电机电压和频率的要求。

发电机励磁系统的目标是保证发电机输出的电压和频率稳定，负载响应速度快，同时控制系统的稳定性和可靠性也是非常重要的。

随着电力系统的不断发展，发电机励磁控制系统的研究也在不断深入。

目前，国内外学者从不同的角度对发电机励磁控制系统进行了深入研究，并取得了一系列的成果。

1. 励磁系统的建模与仿真在发电机励磁控制系统的研究中，建立准确的励磁系统数学模型是非常重要的。

通过对励磁系统的建模和仿真，可以分析励磁系统的稳定性和运行特性，为系统的优化设计和控制提供依据。

2. 干扰和故障分析在电力系统中，各种干扰和故障可能对发电机励磁系统的运行造成影响，甚至引起系统的不稳定。

研究人员通过对不同干扰和故障情况下励磁系统的响应和稳定性进行分析，可以提出相应的应对措施，保证系统的可靠运行。

3. 励磁系统的优化设计四、发电机励磁控制系统的未来发展方向随着电力系统的不断发展，发电机励磁控制系统也面临着新的挑战和机遇。