发电机自复励励磁自动控制系统稳定性

电力系统自动化课程设计报告题目发电机自复励励磁自动控制系统稳定性分析系

别

电子与电气工程系

专

业

电气工程及其自动化班

级

0920***

学

号

0920*****

姓

名

*****

指导教师

******

完成时间

评定成绩

目

录第一章引言

31.1基本概念

31.2励磁控制系统控制任务

31.3励磁控制系统的稳定性

4第二章课程设计内容

42.1系统线性化

42.2稳定性分析

42.3稳态误差分析

52.4绘根轨迹分析

52.5增强系统稳定性的措施

7第三章课程设计总结

10参考文献

10第一章

引言1.1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。1.2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。1.3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

课程设计内容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。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稳定性分析如上图中,如果用G(s)表示前向传递函数,H(s)表示反馈传递函数，该系统的传递函数为=

则向前传递函数G(s)=则反馈传递函数H(s)=所以该系统的传递函数为励磁系统的参数如下：由上面的图可求得的系统的开环传递函数为G(s)H(s)==其中

K=4.32=4.32KA开环极点为s=-1,s=-0.12,s=-1.45,s=-25,它们是根轨迹的起始点。2.3稳态误差分析由自动控制理论知,闭环自动控制系统是稳定误码率差用下式表示:式中R(S)---系统的输入函数对应于本系统,分析误差率时输入函数取单位阶跃函数R(S)=1/S将其代入上式所得本励磁自动控制系统为无差调节系统.误差为02.4绘根轨迹分析为确定根轨迹的形状，需进行下列计算。（1）根轨迹渐近线与实轴的焦点及倾角：

按题设有σ==-6.89

k=0,1,2带入k值得β=；；（2）根轨迹在实轴的分离点：闭环特征方程为（1++0用给定值代入,得K=-(1+10.11s+15.2528s2+6.374s3+0.2312s4)×4.32

由,及K〉0解得s=-0.545,这就是根轨迹在实轴上的分离点（3）在jw轴交叉点得放大系数：闭环特征方程Φ(s)=0.994s4+27.536s3+66.01s2+43.675s+4.32+K运用劳氏判据得：S4

0.994

66.01

4.32+KS3

27.536

43.675

0S2

64.43

4.32+K

0S1

43.675-0.427(4.32+K)

0

0S0

4.32+K

0

0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，这样得出下列两式同时成立时本系统是稳定的：43.675-0.427(4.32+K)>0；4.32+K>0可解得K<98，即KA<23。由s2项的辅助多项式可计算根轨迹与虚轴交叉点。解得s=±j1.573因此，根轨迹与虚轴的交点为+j1.573，-j1.573。由此可画出改励磁控制系统的根轨迹图如下。由图可见，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，并且随着闭环回路增益的提高，其轨迹变化趋向转入右半平面，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。由此分析可知，在发电机励磁控制系统中，需增加校正环节，才能适应稳定运行的要求。2.5增强系统稳定性的措施根轨迹图说明，要想改善改励磁自动控制系统的稳定性，必须改变发电机极点与励磁机极点间根轨迹的射出角，也就是要改变根轨迹的渐近线，使之只处于虚轴的左半平面。为此必须增加开环传递函数的零点，使渐近线平行于虚轴并处于左半平面。这可以在发电机转子电压UE处增加一条电压速率负反馈回路，同样将其换算到Ede处后，其传递函数为KFs/(1+TFs),典型补偿系统框图如图4-17所示。由下图得到增加转子电压速率反馈后(TA=1s)励磁控制系统的等值前向传递函数为等值向前传递函数为G(s)=反馈传递函数为H(s)=于是得励磁控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=将已知数据及代入得G(s)H(s)=1.45×

……（1）式（1）说明，增加了电压速率反馈环节后，系统就有五个极点、三个零点。当值给定后，式（1）的所有极点就被确定了。轨迹的形状还与零点的位置有关，为此求式（1）的零点，方程可写为s(s+0.12)(s+25)+2.985×(s+)=0转化为1+=0……（2）其中K=2.985/K当TF=0.05时KF1=10得K1=0.014925,；当TF=0.05时KF2=500得K2=2.985×10-4

式（2）可视为开环传递函数G(s)H(s)=的闭环系统特征方程，作为G(s)H(s)的根轨迹，其轨迹上的没一点都是式（2）的根，也就是式（1）的零点。由式（2）可知，其零点的确切位置与K、T值有关。当0.12<<25时，G(s)H(s)的根轨迹如图1,2所示。因此，在发电机的励磁控制系统中，一般都附有励磁系统稳定器，作为改善发电机空载运行稳定性的重要部件。图1图2第三章:课程设计总结通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次设计不仅锻炼了我的独立工作和思考能力，还让我懂得了研究一个问题应该怎样做。通过对它的学习和分析可以使我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的作用。首先，对所要求的题目进行分析，找到解决问题的思路，借助资料和翻阅查找设计手册，对所要求的题目进行设计论证，最后得出结论。参考文献[1]电力系统