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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
基于matlab的同步发电机励磁系统仿真分析与调试
ABSTRACT
Synchronous 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
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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
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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
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