发电机自并励励磁自动控制系统动态分析.docx

电力系统自动化课程设计（论文）题目：发电机自并励励磁自动控制系统动态分析院（系）：专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室：学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目发电机自并励励磁自动控制系统动态分析课程设计（论文）任务基本参数：测量回路时间常数为s 发电机回路时间常数为s适应单元时间常数为s 积分单元时间常数可整定s, 动态放大系数可整定为10，20，30，40，50，100所给数值均为标幺值。设计要求1. 选择合理定态工作点，将系统线性化。2. 对不同的值分析系统的稳定性，确定的值。3. 分析系统在单位阶跃函数作用下的稳态误差。4. 作出对应不同的根轨迹。5. 分析系统的动态特性。指导教师评语及成绩平时考核： 设计质量： 论文格式： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日同步发电机励磁自动控制系统稳定性分析 12.2 系统稳定性分析32.3系统稳态误差分析52.4系统根轨迹分析62.5稳定欲度计算与措施72.6系统动态性能分析8第三章、设计总结.11参考文献11同步发电机励磁自动控制系统稳定性分析 分析励磁自动控制系统的特性可使用古典控制理论,也可以使用现代控制理论.这些理论通常适用于线性自动控制系统,对非线性系统是不适用的.而发电机励磁控制系统一般都是非线性环节.这就需要线性处理.线性处理时,首先要确定在那一点线性化,也就是首先确定系统各环节的定态工作点,然后假定在整个运行过程中各环节的输入和输出量在定态工作点附近变化的绝对值一直保持很小.这样就可以把本来是非线性的环节近似当成线性环节对待.分析发电机励磁自动控制系统,一般假定发嗲机在空载额定状态(即发电机空载定转速,额定定子电压)运行是各环节对应的输入输出为定态工作点,而且励磁系统的输入信号只有很小的变化.同时考虑到发电机空载运行时历次电流较小,可控硅整流电路的换相电抗压降不大,也可不计可简化为图(2)用标幺值表示在对励磁控制系统进行分析计算时,关心的往往是相对值,这时用标幺值表示励磁控制系统的数学模型会带来许多方便.是用有名值表示的.下面介绍一下换算标幺值的方法.选取基准值使用标幺值进行计算时必须合理选取基准值才能保证计算的正确性.现在选取发电机空载额定运行时各参数的运行值为该系统参数的基准值,关于基准值 的选取注意两点:发电机空载,额定电压下稳定运行时=0,那么为什么取的基准值=-1V而不是0V呢?这是因为如果把积分环节去掉,当=1时, =1V正好对应于发电机运行在空载额定电压.另外零不能作基准值的基准值选为+,是因为适应电路输入为1V时输出为,至于的值到底多少对于将有名值换算成标幺值的计算是无关紧要的,所以不必给出具体值.基准值符号基准值-10V+5V-1V-1V+1S有名值和标幺值换算换算方法是先求出有名值增量和标幺值表示的增量,再求出用标幺值表示的放大系数.现以综合放大单元的放大系数换算为理具体说明一下.给输入一个增量,例如从-7V增加到-6V则与此相对应, 的增量为：将和变成标幺值，有式中有名值表示时综合放大单元的放大系数标幺值表示时综合放大单元的放大系数，也是励磁系统的动态增益系数。这里需要强调的说明一下和的区别。是一个有名值计算所得的放大系数，它是表征放大单元电路自身特性的一个物理参数，说明当放大单元输入变化1V时，输出将变化是用标幺值计算所得的放大系数，它是表征励磁控制系统特征的一个参数。依照上述方法，对图，中的各环节进行换算后，除综合放大单元外，其余各环节用标幺值表示的放大系数均为1。这样，发电机励磁控制系统的增益就只由控制了。这无疑会给系统整定带来极大方便。2.2 系统稳定性分析 分析励磁自动控制系统的稳定性可以使用古典和现代控制理论介绍的方法。下面介绍用劳斯判据判定图系统稳定性的方法。用劳斯判据判定系统的稳定性时，首先求出系统的特征方程，然后根据特征方程列出劳斯表。如果表中第一列元素的值都是正的，则系统是稳定的，否则就不稳定。对于图所示系统，闭环传递函数有构成系统的一个固定闭环极点，其值为，且在复数平面的左半侧，所以只要右边的闭环系统是稳定的，系统就是稳定的。这样，判断图所示系统的稳定性只要判断右边的闭环系统（以下称小闭环）是否稳定就可以了。小闭环的前向传递函数G（S）。反馈传递函数H（S）和闭环传递函数（S）分别为由上式知，小闭环的特性方程为：将已知数据=0。0242S，0。001S，=10，42S代入上式，得：本系统的积分时间常数和动态放大系数是可以整定的，的可整定值为1S，2S，3S，4S，5S， 的可整定值为109。20。30。40。50和100。判定系统是否稳定，应计算出对应于不同的保证系统的稳定时的允许范围，。下面为例说明用劳斯判据判定系统稳定性的方法。将代入式得根据上式列出劳斯表如下：根据劳斯判据，劳斯表中第一列元素的值为正时系统是稳定的，这样得出下列三式同时成立时本系统是稳定的：由式得：综合考虑上述结果，010182时，对于S，本系统是稳定的。比照S时的计算，可以求出为其它值时保证系统稳定的允许范围。2.3系统稳态误差分析稳定误差分析由自动控制理论知，闭环自动控制系统的稳定误差用下式表示：式中为系统的输入函数。对应于本系统，分析误差时输入函数取单位阶跃函数，将其代入式中得：所以本励磁自动控制系统为无差调节系统。不难看出，误差为零主要是由积分单元决定的。.3、系统稳态误差分析稳态误差分析 阶越输入时R(S)=1/S 0 因为无积分单元2.4、系统根轨迹分析绘根轨迹 即 根轨迹起点： P1=-2, P2=-1, P3=-20根轨迹终点： Z=实轴根轨迹： - -20， -2 - -1根轨迹渐近线： 根轨迹出射角： 当K=0时，；K=1时，。根轨迹分离点： 令 则 解得： S1=-1.5 S2=-13.8(舍)将S=jW代入特征方程 得： (1+0.5jW)(1+jW)(1+0.05jW)-80=0即 解得 W1=7.87 W2=0(舍) =-0.432.5稳定欲度计算与措施（1-80）（1.5+3.48）=0-278.42-116.52+0.5=0求导取极值：-556.8-116.52=0=0.21即=0.21时系统可获得最大稳定欲度通过上述对同步发电机励磁自动控制系统稳定性的分析可以看出，当KP过大时，励磁调节器动作过频，对系统稳定不利。KP过小则系统动态调节性不好 ，超调量大，过渡时间长，调节速度慢。所以应在KP 允许的范围内选择适当的值，使系统综合稳定性能最佳。2.6系统动态性能分析系统的动态特性可以用根轨迹法和频率响应法分析计算。由于根轨迹法具有简便，直观的特点，是分析发电机励磁自动控制系统动态特性时常用的方法。用根轨迹法分析和估算系统动态特性时首先根据系统开环传递函数作出系统的根轨迹图。然后根据根轨迹图和自动控制理论中给出的性能指标估算公式进行估算。求系统的根轨迹图由图求出闭环传递函数为：由上式知，系统闭环极点中有一个是“”，它同和无关。系统的其它闭环极点可由图中右侧的闭环用根轨迹法求出来。由于本系统中积分时间常数有五个可整定值，所以可以做出五张根轨迹图。根据五张根轨迹图可以求出不同时的系统动态指标，从中找出理想的作为本系统实际的整定值。求系统的开环极点和开环零点根据图写出本系统右侧闭环的开环传递函数由上式得出系统开环零点得出系统开环极点（2）求渐近线与实轴的交点和与实轴的夹角交点式中开环极点的值； N开环极点的个数，本系统N=4 开环零点的值 M开环零点的个数，本系统M=1将和的值代入上式得3）。求实轴上的根轨迹，若实轴上的某一区域右边开环实数零点和极点个数之和为奇数，则该区域必是根轨迹。4）。根轨迹的分离点，分离点的坐标D是下列方程的解：将本系统已知数据代入上式得：用试探法求得分离点5）求根轨迹与虚轴的交点，闭环特征方程中，S=j时的W即是根轨迹同虚轴的交点。将代入式得实部方程为：虚部方程为：求解以上两式得即为根轨迹与虚轴的交点。根据以上计算结果，作出本系统的根轨迹如图所示。图中和是由确定的极点和零点，=-1系统的动态特性作为根轨迹后，采用自动控制理论中有关通过根轨迹图分析系统动态特性和求取动态性能指标的方法，就可以对励磁控制系统的动态特性进行分析和估算。是=1S的根轨迹。分析时还应做出等于2S。3S。4S。5S。时的根轨迹。这样就可以求出对应不同和时的超调量。 调节时间和摆动次数N，并可以求出和的最佳整定值。由根轨迹图求系统性能指标的方法。第三章、设计总结通过此次电力系统自动化课程设计，使我有很多深刻的感受，首先，通过此次课程设计不仅使对学过的知识有了进一步的加深理解和巩固，而且还从其它文献资料上学到很多新的知识，其中有些知识是很实用的，但又是从课上学不到的，这使我眼大开，增加了知识面的深度和广度， 电力系统自动化是电气工程及其自动化专业的一门核心课程，也是一门实用性较强的一门课程，通过对它的学习和分析可以使我们对电力系统自动化控制过程有一个理性的认识。对今后的学习和工作中处理分析研究各种问题有着重要作用。参考文献（1）孙雅明 电力系统自动控制与装置 北京：水利电力出版社1990（2）胡寿松、 自动控制原理 北京：科学出版社2002（3）商国才 电力系统自动化 天津：天津大学出版社1999