22同步汽轮发电机自复励励磁自动控制系统动态分析.doc

辽 宁 工 学 院电力系统自动化课程设计（论文）题目：同步汽轮发电机自复励励磁自动控制系统动态分析院（系）：信息科学与工程学院专业班级： 电气工程 034 学 号： 030303103 学生姓名： 张 辉 指导教师： 任国臣 教师职称： 起止时间：06-12-18至06-12-24课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号030303103学生姓名张 辉专业班级电气工程034课程设计（论文）题目同步汽轮发电机自复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5，10，15，20，25，50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成绩： 指导教师签字： 年 月 日目录第一章引言111基本概述112励磁控制系统控制任务213 励磁控制系统的稳定性2第二章 课设内容221系统线性化222 稳定性分析323稳态误差分析424绘根轨迹分析425增强系统稳定性的措施6第三章课设总结6参考文献7第一章 引言11基本概述同步发电机励磁控制系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成,它和同步发电机构成一个闭环反馈控制系统，如下图所示。励磁功率单元向同步发电机磁场绕组提供直流励磁电流，励磁调节器根据输入信号和调节准则控制励磁功率单元输出的励磁电流，以满足同步发电机运行的要求。同步发电机励磁自动控制系统同步发电机励磁功率单元励磁系统自动励磁调节器12励磁控制系统控制任务优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可有效地提高系统的技术指标。根据运行方面的要求，励磁控制系统应该承担如下任务：1） 控制电压2）控制无功功率的分配3）提高电力系统的稳定性4）改善电力系统的运行条件励磁调节器的主要任务是检测和综合运行状态的信息，产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元。发电机励磁功率单元向同步发电机提供直流电流，除自并励励磁方式外，一般有励磁机担当的。13励磁控制系统的稳定性对于一个反馈控制系统来说，稳定性是首要问题。发电机励磁控制系统稳定性分析有两类方法。一类是间接法，它是求出描述励磁控制系统的微分方程的解或特征方程的根来分析稳定性的；另一类是直接法，它是利用劳斯判据或经典控制理论的根轨迹法来判别稳定性的。第二章 课设内容2 1系统线性化假设发电机空载额定状态运行，各环节的输入输出变化很小，在额定点附近可将速个自并励励磁系统性化，以促分析。 电压给定 综合放大 励磁单元KAUgd + Ud（s） Ul（s） Ug（S）- Ur（s）线性化后的同步发电机自并励励磁系统传递函数框图2.2 稳定性分析分析励磁自动控制系统先用自动控制理论对自动励磁系统进行稳定性分析，再应用劳斯判据判定系统稳定性，因为该系统由左端传递函数和右边的小闭环系统组成,而构成一个固定的闭环极点，所以只要右边的小闭环系统稳定，整个励磁系统就是稳定的。前向传递函数： 后馈传递函数： 闭环传递函数：由上式知，小闭的特征方程为：将己知数据s ，s ，s代人上式，得：本系统的积分时间常数Ti和动态放大系数Kp*。是可以整定的。Ti的可整定值为I s、2s、3s、4s、5s.Kp*的可整定值为5、10、15、20、25和50。判定系统是否稳定应计算出对应于不同的Ti保证系统稳定时Kp*的允许范围。下面以Ti1s为例说明用劳斯判据判定系统稳定性的方法。Ti=1s时,将Ti=1代入上式得根据上式列出劳斯表如下：S4 0.2522* 10.4452 Kp*S3 0.2626 1+ Kp* 0 10.4442-0.0010Kp* Kp* 0S1 0S0 Kp*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： 10.4442-0.0010Kp*0 0 Kp*0由以上式子可得 Kp*10.444 -10.181Kp*-10.4440 Kp*10.182 Kp*-1综合考虑上述计算结果，0Kp*10.182，对于Ti=1s时，本系统是稳定的。2.3稳态误差分析 阶跃输入时R(S)=1/S所以本励磁自动控制系统为无差调节系统。2.4 绘根轨迹分析 (1) 求系统的开环极点和开环零点 由上式得出系统开环零点Z1=1/Ti=-1(Ti=1s时)得出系统开环极点P1=0/ Ti=0 , P2=-1/=-1/10.24=-0.096P3=-1/ =-1/0.0245=-40.81P4=-1/=-1/0.001=-1000（2）渐近线与实轴交点和与实轴夹角 当K=0时，；K=1时，。（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人上式得：用试探法求得分离点d1=-0.05d2=-1.95d3=-24(5）根轨迹与虚轴交点 将S=jw代入式（1）得0.2522*+0.2626+10.4452+(1+Kp*)(jw)+Kp*=00.2522*-j0.2626-10.4452+j(1+Kp*)w+Kp*=0实部方程为：0.2522*-10.4452+Kp*=0虚部方程为： -j0.2626+j(1+Kp*)w=0求解以上两式得Kp*=10479,w=W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下，图中P5和Z2是由1/（T2S+1）确定的极点和零点，P5=Z2=-1/T2=-1/0.0121=-82.64可见，如果发电机、励磁机的时间常数所对应的极点都很靠近坐标的原点，系统的动态性能不够理想，并且随着闭坏回路增益的提高，使系统失去稳定。为了改善控制系统的稳定性能，必须限制调节器的放大倍数，而这又与系统的调节精度要求相悖。由此可知，在发电机励磁控制系统中，需要加校正环节，才能适应稳定运行的要求。25增强系统稳定性的措施 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，在励磁控制系统中通常用电压速率负反馈环节来提高系统的稳定性，即将励磁系统输出的励磁电压微分后，再反馈到综合放大器的输入端。励磁控制系统对电力系统稳定有很大的影响。励磁调节器的调节会使远距离输电并且联系薄弱的电力系统产生负阻尼效应，导致系统产生低频振荡；而增加适当补偿后却又能克服增长性的振荡，大有助于系统动态过程的稳定。第三章 课设总结通过对电力系统自动化这门学科的课程设计使我有更进一步了解和认识，再经过这几天的课程设计，学会了课堂上没学明白的，使我对这门课有了新的认识，也让我对电力系统产生更浓厚的兴趣。此课程的课程设计实际是作为电气工程及其自动化专业学生学习完电力系统自动化课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对电力系统基础理论和基本知识的理解，掌握运用电力系统基础合理论知识解决一些简单的基本电路问题的方法。虽说整个课设过程很辛苦，可是我们从中找到了乐趣、接触了实践，以前不是特别明白的地方也通过实践弄懂了。总的来说，这次课程设计使我 感受到了理论与实践相结合的目的及其重要意义，不但使我对所掌握的电力系统基础知识有了更深刻的认识，还提高了我的动手查阅资料的能力而且还锻炼了自己的独立思考能力。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。设计简洁、易懂 、不超出我的能力范围的内容不涉及，这写想法在我没设计此电路之前就已经有拉考虑，但是做完之后在失真度方面还是有那么一点欠缺，另外做为一名刚学习完电力系统自动化的我来说有一定的难度，但是这对于我掌握，理解学习过的知识有很大的帮助，对于思维 、逻辑及其理论知识的运用等多方面有了更加进一步的掌握，在做课设的过程中我查阅了很多老师的参考书通过参考及运用自己所掌握的知识完成了此次的设计，在这里我也感谢所有给予我关心帮助的老师和同学，希望以后有更多的机会来锻炼自己的综合素质，为以后的学习、生活打下良好的基础，在这次课设中也暴露了自己的一些缺点，基础知识不够扎实，我会在以后的日子里加以改正，来提高自己综合能力。在这门学科的课设中运用了电力系统分析与电力自动化相结合不仅仅对电力系统分析更进一步的学