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科技与创新┃Science and Technology &Innovation·148·2020年第17期文章编号：2095－6835（2020）17－0148－02基于Matlab Simulink 的同步发电机励磁系统模型的研究岳文超（连云港供电公司，江苏连云港222000）摘要：介绍了电力系统动态建模方法，对同步发电机励磁系统的构建进行了深入研究。
着眼电网的实际需求，探究使用Maltlab Simulink 模拟程序搭建电源励磁系统的数学模型，模拟获得符合实际情况的调节器设置参数，调整各参数，从而得出符合实际的励磁系统的数学模型和参数，验证了Maltlab 对电力系统进行研究的有效性和可行性。
关键词：Matlab Simulink ；励磁系统；仿真计算；数学模型中图分类号：TM31文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.17.064随着电网的范围增大，网载负荷能力增强，电网安全也面临着挑战。
发电机的励磁控制系统可以稳定频率和电压的波动，改善动态品质，提高抗干扰能力，对防止电网事故扩大起着重要作用。
建立励磁系统模型进行研究，可以精确评估电网暂态稳定性，方便对电网进行事故预想。
以往的模型动态指标采用经验值或默认值，往往与实际不符，且软件复杂，不能满足一般工作人员的需求。
且Matlab 具有更好的兼容性和友好的人机互动，应用前景巨大。
所以，利用Matlab 对励磁系统模型进行分析，一方面，可以节省分析者的时间成本；另一方面，可以提升模拟分析的的精度和指导价值。
1励磁系统工作模型原理解析励磁系统由以下两部分构成：向发电机绕组提供可控直流电流，用于建立稳定的直流磁场，称之为励磁输出模块；在正常运行或发生事故时调节及励磁电流以满足相关需求，包括励磁调节、强励磁、强减磁和自灭磁等，称为励磁控制模块。
励磁调节器与发电机的电压、电流等状态量构建联系，以预先设置的调节参数对励磁功率模块发出控制信号，控制励磁功率模块的输出，从而控制整个发电系统。
浅谈广域测量技术在电力系统的应用在我国西电东送的原则下，随着特高压电网以及西气东送工程的建立和电网大规模的扩大，我国目前处在一个快速建设大规模电能传输的互联电网。
远距离的输电和互联电网加强了不同地方电网之间的联系，同时也带来了新问题，比如对电网安全性有影响的区间低频震荡，这需要电网的控制以及稳定运行有更高的要求。
广域测量技术是对运行在广阔地域的电力系统的状态进行分析、监测，为其控制服务以及实时运行的系统。
广域测量技术测量出来的信息有空间广域以及时间同步的优点，这对电力系统的可观性有了大大的改善。
广域测量技术得出的数据有三个特点：时间同步。
广域互联的电网会出现电网暂态的问题，这个问题是原来监测系统没有办法处理的，但是广域测量技术的时间按同步特点就能够对这些问题进行改善。
空间广域。
广域测量技术在时间同步的情况下，能够得到广域电网的数据，从而可以对其进行是实时监测以及处理。
对相角数据可以直接进行测量，和EMS比较其精度更加准确。
本文根据广域测量技术的工作原理及其结构，把最近几年其在电力系统上的状态估计、安全稳定控制、参数辨识、以及故障分析等应用一一介绍，并对电力系统中广域测量技术的前景做出进一步的展望。
1.PMU基本技术1.1相角测量算法实现广域测量技术应用的基础是PMU，而PMU的核心就是相角测量算法，PMU对测量出来数据的精度有大大的提高，精度对电力系统中的故障分析、继电保护及其稳定控制的准确性有着直接的影响。
为了提高其精度去满足工程的要求，一些学者提出了很多算法并且还有一定的效果。
就目前来看，通用的算法有：离散傅里叶变换法、瞬时值计算法、最小二乘法等。
当系统处在一个稳定状态的时候，以上的一些方法都可以满足工程的需要。
但是系统在动态情况下，怎样既快速又准确地测量出相角，是这些算法需要改进研究的地方。
1.2广域测量系统广域测量系统通常包括系统关键点的子站、调度中心的服务器以及联系它们的网络，拓扑结构通常选取主站——子站树状结构。
永磁直驱风电系统建模及其机电暂态模型参数辨识程玮;陈宏伟;石庆均【摘要】Aiming at the characters of direct-driven wind-power system with permanent magnet synchronous generator (PMSG) based on back-to-back pulse width modulation(PWM) converter, the wind turbine, the control strategies of turbine-side converter and grid-side con verter were analyzed. PMSG detail model using Matlah/Simulink was established. Based on this, electromechanical transient model for di rect-driven wind-turbine generator was constructed according to 3 orders synchronous generator model. Particle swarm optimization ( PSO) al gorithm was used to identify the parameter for the mathematical model. The simulation results show that the detail model can reflect direct- driven wind-power system' s operation as wind speed changing, while it can track the maximum power point. The electromechanical transient model coincides with the detail model well. It reflects the active and reactive power of the direct-driven wind-power system when grid voltage is changed. The parameter identification using PSO is effective. The results indicate that the detail model can be used to refine power output control strategy, the electromechanical transient model can be used to study direct-driven wind-power system interacted with the grid.%针对基于双脉宽调制(PWM)变换器的永磁直驱风电系统的运行特性,分析了风力机特性、电机侧变换器和电网侧变换器的控制策略,利用Matla/Simulink建立了反映电力电子开关动作的永磁直驱风电系统详细模型,并在此基础上根据同步电机3阶暂态模型,建立了直驱风机的机电暂态数学模型,采用粒子群算法(PSO)对模型进行了参数辨识.仿真结果表明,该详细模型能够描述永磁直驱风电系统对不同风速的响应,实现风能的最大功率跟踪；机电暂态数学模型与详细模型特性接近,能够从总体上反映永磁直驱风电系统对端电压变化的有功、无功响应,PS0参数辨识有效.研究结果表明,所建立的详细模型能够用于控制方式的研究以改善输出特性,机电暂态模型能够用于研究电网与永磁直驱风电系统的相互影响.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2012(029)007【总页数】4页(P817-820)【关键词】双脉宽调制变换器;机电暂态;参数辨识;粒子群算法【作者】程玮;陈宏伟;石庆均【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言当前，变速恒频(variable-speed constant-frequency，VSCF)风力发电系统已被广泛应用，其特点是通过先进的变速和变桨技术，在风速变化时调节发电机转速处于相应的最佳值从而最大限度地捕获风能，提高了风力发电的效率，且低风速情况下风机转速下降，从而大大降低了系统的机械应力和装置成本。
永磁同步电机矢量控制分析一、本文概述永磁同步电机（PMSM）作为一种高性能的电机类型，在现代工业、交通以及新能源等领域的应用日益广泛。
其矢量控制技术，即通过对电机电流的精确控制，实现对电机转矩和磁场的独立调节，从而实现电机的高效、稳定运行。
本文旨在全面分析永磁同步电机的矢量控制技术，包括其基本原理、控制策略、实现方法以及在实际应用中的优缺点，为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。
本文将对永磁同步电机的基本结构和工作原理进行简要介绍，为后续的分析奠定理论基础。
然后，将重点讨论矢量控制技术的理论基础和实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、电流环和速度环的设计与控制策略等。
在此基础上，本文将深入分析矢量控制技术在永磁同步电机中的应用，包括其在提高电机效率、优化动态性能以及提升系统稳定性等方面的作用。
本文还将对矢量控制技术在永磁同步电机应用中的挑战和前景进行探讨。
一方面，将分析当前矢量控制技术在实际应用中面临的主要问题，如参数敏感性、控制复杂度以及成本等；另一方面，将展望未来的发展趋势，如智能化、集成化以及优化算法的应用等。
本文将对永磁同步电机矢量控制技术的未来发展提出展望，以期为该领域的进一步研究和应用提供参考。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高功率密度的电机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。
其基本原理主要基于电磁感应和磁场相互作用。
PMSM的核心部件是永磁体，这些永磁体通常嵌入在电机的转子中，形成固定的磁场。
当电机通电时，定子中的电流会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与转子中的永磁体磁场相互作用，使得转子开始旋转。
通过精确控制定子中的电流，可以实现对转子旋转速度、方向和扭矩的精确控制。
在PMSM中，矢量控制是一种重要的控制策略。
矢量控制通过独立控制电机的磁通和扭矩分量，实现了对电机的高效、高性能控制。
附录一算例系统Ⅰ1.算例系统的数学模型算例系统采用的是文献[1]第12章所使用的单机无穷大系统，图fl-1为其系统单线图。
系统基准频率是60Hz。
下面分别介绍潮流计算和发电机初始状态计算，全部计算基于标幺值。
︒∠0.E~图fl-1 单机无穷大系统单线图1.1.潮流计算已知发电机机端电压幅值为E t=1.0，无穷大母线电压ẼB=0.995∠0°，发电机有功出力P t=0.9，无功出力Q t=0.3。
设δ0为发电机机端电压相角，X∑为发电机端口到无穷大母线之间的电抗之和，则根据下列公式：P t=E t E BX∑sinδ0可得到δ0=sin−1（P t X∑E t E B ）=sin−1（0.9×0.651×0.995）=36〫。
1.2.发电机初始状态计算：发电机参数如下表所示：表f-1 发电机参数表由潮流结果可知，发电机定子电流Ĩt=(P+jQ)∗Ẽt∗计算得Ĩt=0.9−j0.31∠−36〫=0.949∠17.57°设δq为发电机q轴相对于无穷大母线电压的角度，机端电压、电流与发电机内电势的关系，如图fl -2所示。
tI dqi d i qtE e d e qt aI R 'QE 'td j I x 'E q E qEd E '图fl -2 同步电机的向量图E Q 是发电机等值电路中一个虚拟的计算用的电势E ̃Q =E ̃t +(R a +jX q )Ĩt 计算得E ̃Q =1∠36〫+(0.003+j1.76)×0.949∠17.57〫=2.204∠81.94°。
也就是说δq =81.94°机端电压E ̃t 的直轴分量和交轴分量：e d =E t sin （δq −δe ）=1×sin (81.94°−36°)=0.718e q=E t cos（δq−δe）=1×cos（81.94°−36°）=0.696定子绕组出口电流Ĩt直轴分量和交轴分量i d=I t sin(δq−δe+∅)=0.949sin(81.94°−36°+18.49°)=0.856i q=I t cos(δq−δe+∅)=0.949cos(81.94°−36°+18.49°)=0.411暂态电势的计算公式为Ẽ′=Ẽt+(R a+j X d′)Ĩt得Ẽ′=1∠36〫+(0.003+j0.3)×0.949∠17.57〫=1.125∠49.84°不计发电机的饱和效应，空载电势E q的计算E q=E Q+I d(X d−X q)得E q=2.204+0.856×（1.81−1.76）=2.24681.3.发电机动态模型发电机转子运动方程dΔωdt =1M(T M−T e−K DΔω)dδdt=(ω−1)ω0其中T M------标幺机械转矩T e------标幺电气转矩K D ------机械阻尼转矩系数 ω------转子角速度 P M ---原动机功率 P e ----电磁功率δ--------转子相对于同步旋转参考轴的角位移，单位为电气弧度。
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．试验的组织和分工参加发电机励磁系统模型参数确认试验的单位有：发电厂、励磁调节器制造厂、山东电力调度中心、山东电力研究院等;因有关方面提供的机组参数不完整或不正确,使励磁系统参数测试工作有一定的难度和风险性,为保证试验工作的正常顺利进行和机组的安全,应建立完善的组织机构,各部门的职责和分工如下：1)电厂生技部负责整个试验的组织和协调;2)电厂继电保护班负责试验的接线及具体安全措施;3)电厂运行人员负责常规的操作及机组运行状态的监视;4)山东电力研究院负责试验方案的编制、现场试验的技术指导、试验数据的分析处理及报告的编写;5)AVR供货商技术人员负责数字AVR在试验过程中的具体操作;6．试验应具备的条件1）励磁系统的一、二次回路绝缘检查合格,螺丝紧固;2）励磁调节器应完成静态调试及整组开环特性检查3）调节器自动和手动调节方向正确,与自动准同期装置配合调压方向正确;4）与机组保护及热工DCS配合、励磁开关、信号保护回路传动逻辑正确;5）备用励磁屏的开关的合跳正常,二极管整流桥通流检查正常6）准备好试验仪器、仪表、录波器;7）AVR厂方专家应到现场并确认本方案;8）机组大、小修工作结束,能满足本试验所需的各种工况条件;机组空载额定工况、机组带负荷运行;9）发电机并网前试验约为6～8小时,机组并网后试验时间约为4～6小时,试验地点一般安排在机组单元控制室AVR附近;7．试验前的准备工作1组织参加试验的人员学习本措施,应熟知试验内容和过程;2提前准备好试验仪器,并按试验要求接线;3各电厂专工或责任工程师应组织有关人员查阅电机制造厂和AVR厂家提供的技术说明书、相关的图纸资料和本次试验前最近的试验数据,认真填写基本参数表格;8．试验内容及步骤8．1励磁机空载试验自并励及无刷励磁系统本节可略去不做8.1.1机组起动前用数字表在AVR输出侧及灭磁开关下口检查并记录交流励磁机和发电机励磁绕组直阻值,并折算到75度;Ref=Rf=8.1.2永磁机外特性试验汽轮机冲转过程中记录转速和永磁机电压关系曲线：额定工况下,准确记录永磁机输出电压,此为计算AVR最终限制的依据;8.1.2励磁机空载特性测定1)分发电机灭磁开关,合整流柜交流侧开关,合励磁机灭磁开关,接入模拟负载电阻;调节器置手动,或备用励磁;调节励磁机励磁,使励磁机交流电压在0～1.3UenV范围内;记录励磁机励磁电流、电压,励磁机电枢三相交流电压;记录见下表;2值,为阶跃试验时参考;用备励感应调压器可不必记录8.1.3励磁机时间常数测定调节器一置定控制角方式;进行阶跃试验,励磁电压小于1/2额定值;录制励磁机电压、电流和转子电压波形;8.1.4移相特性测定起励建压,调节励磁给定,做空载特性曲线;记录发电机定子电压、转子电压、转子电流、励磁机电压、励磁电流、副励磁机电压等;记录发电机定子电压Ug和给定值Uref在下列范围内的数值为调差测量准备;发电机空载电压为额定时及带50％和100％有功时,记录一下参数：励磁调节器单套在自动方式PID运行,整定好阶跃量,数值为2～10％额定机端电压值,阶跃量选取的原则是当阶跃量较小时,AVR中所有的限制不动作,当阶跃量较大时,个别已知限制器允许动作;准备好录波器,录取发电机电压、励磁机励磁电流、电压曲线;给定电压阶跃量分别为5%;录波量：发电机电压、转子电压、励磁机励磁电压;8.2.4相频特性试验发电机空载额定工况运行,由制造厂提供AVR电压相加点的接口PID环节输入信号的总加点,并将AVR允许的外部模拟信号增益数值调到最小;用频谱分析仪将白噪声信号输入上述电压相加点,注意观察发电机电压不应有较大的扰动;测量发电机励磁系统频率特性,记录于下：包括：PID参数、调差、最大最小控制角、强励限制值、过励限制、低励限制、反馈类型、反馈系数等;8.2.6实测重叠角8.3.1系统阻抗测量1)记录电厂N台机的运行状态3～5Mvar.3)记录无功调节前后机端电压的变化抗为有名值,需换算到标幺值;1)控制发电机有功功率接近于零,无功功率接近额定;2)AVR单柜运行,投入无功补偿功能;3)缓慢增加无功补偿的量值,注意控制无功不超过额定值,机端电压不超过额定电压的1.05倍;一旦发电机输出无功发生晃动,应立即减小补偿度;4)记录AVR的给定值Vref始终不变、无功补偿度和无功、电压的变化; VrefPU=8.3.3静差率测定励磁调节器在自动方式PID运行,调差率置零;发电机带额定有功和额定无功功率运行,记录此时发电机端电压及电压给定值及转子电流,在发电机空载试验中得到该给定值对应的发电机电压,算出电压静差率;P=Q=Ugn=Uref=Ifn=8.3.4发电机带负荷阶跃扰动试验1)AVR保持单套运行,2)整定好阶跃量,数值不超过2％～4％额定值;3)启动录波器,进行阶跃扰动试验,检查系统阻尼情况;8.3.5相频特性试验1)发电机带有功负荷80％以上,有制造厂提供AVR电压相加点的接口PID环节输入信号的总加点,并将AVR允许的外部模拟信号增益数值调到最小;2)用频谱分析仪将白噪声信号输入上述电压相加点,注意观察发电机无功不应有较大的扰动;3)测量发电机励磁系统在PSS未投入时的电压相频特性,记录于下：9.1试验前做好事故预想,并准备好应急方案;9.2试验过程中遇有紧急或特殊情况,应立即停止试验;9.3做好试验的组织工作,与试验有关的各部门及人员应服从统一指挥;。
