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同步电机控制水力涡轮机系统仿真实验
08012306 欧阳书舟
一 实验目的
1.掌握MATLAB仿真与SIMULINK模块库的使用方法。
2.完成同步电机控制水力涡轮机系统结构图及仿真。
3.了解系统不同参数对结果的影响。
4.比较不同控制条件对系统稳定状态的影响，分析系统抗干扰能力。
二 实验内容
1.对nonlinear control of a hydraulic turbine and a synchronous generator系统进行仿真。
2.了解系统不同模块的功能。
3.了解系统的组成、参数对系统的影响。
三 实验准备
了解系统中的模块

(图31-1)
主要部分：
1) 同步电机

(图3-1-2）
输入部分：Pm，Vf
输出：m
其中Pm提供了电机的转矩，若Pm为正，则该电机为发电机；若Pm为负，则该电机为电动机。Vf为输入电压，为电机的励磁部分提供电压。M是一个输出向量，包含22个信号。
预先设定的参数：
（图3-1-3）
2) 非线性模块：

（图3-1-4）
非线性的控制器是用来测试非线性的水轮发电机系统。

（图3-1-5）
3) 函数模块：

（图3-1-6）
双击打开函数可知：
函数的方程式为sqrt(u[1]^2+u[2]^2)
4) 三个示波器分别显示
Vt：终端电压
Ef励磁电压
Rotor angle deviation：功率角
四 仿真过程
1.对基本水力涡轮机控制系统(图3-1-1)进行仿真。
1）未修改参数
双击示波器，得到的结果如下：
Ef励磁电压：

Vt 终端电压：

Delta 转子角度：

分析：根据上述波形我们可以知道Vt在0.3s左右达到稳定状态，而角度达到稳定状态需要较长的时间。根据demo中你的表述我们可以知道，系统机械时间常数远大于电气时间常数

1） 修改Vtref的值
对Vtref的值进行修改，改为1.06
修改后的波形图形如下
Ef励磁电压：

Vt终端电压：

Delta 转子角度

从图上我们可以看出，发生较大变化的是功率角。

2.对Power_regulator_0的仿真

由上图我们可以看出，本系统使用相同的励磁系统和水轮机模块来代替上述的非线性控制器。去掉控制器使之成为开环系统。

1）未修改参数：
Vt

转子角度：

此图对比用非线性控制器控制的系统我们可以看出，终端电压在大于0.4s后才趋于稳定，花费了更长的时间。

2） 修改参数Pm=0.2
Vt

转子角度

3） 修改参数Vf0=0.8
Vt

转子角度

发现Vt稳定时间大致不变，但是对于转子角度的影响比较明显

4） 同时修改参数Pm=0.3120 Vf0=0.7
Vt

发现Vt趋于稳定时间变为小于0.4s

3.对Power_regulator_p的仿真

由上图我们可以看出，本系统使用线性控制器来代替上述的非线性控制器。

1）未修改参数
Vt

转子角度

系统花费大概0.8s的时间才趋于稳定，线性控制器达到平衡之前会有一个比较大的上升，说明该系统没有非线性系统稳定

综上我们发现，对于用线性模块代替经典非线性模块控制电机的系统，系统的稳定时间会比经典控制系统所花的时间长，但修改不同的参数组合，则可以使系统较快地进入稳定状态。

五 实验小结
通过该实验，我初步了解了matlab仿真功能在电力系统控制中的应用，通过仿真可以很明显的看出不同参数条件下系统响应及达到稳态的时间不一样，而不同参数的组合，可以使得系统更快达到稳定。从这一点我明白了找到一个合理的参数组合是非常重要的。而一个好的控制系统需要多次的实验与比较，才能寻找到个合理的参数组合。但一个参数的失误可能导致整个系统的崩溃，所有在今后的学习中我一定会认真细致，追求最佳的结果。

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