基于MATLAB同步发电机励磁控制系统仿真.doc

同步发电机励磁控制系统是电力系统中的关键组成部分，用于维持发电机的电压稳定性和系统稳定性。MATLAB作为强大的数学和工程计算工具，广泛应用于此类系统的仿真分析。以下是对基于MATLAB同步发电机励磁控制系统仿真的详细说明： 1. **励磁控制目标**： - 维持发电机输出端电压在给定值，确保供电质量。 - 分配并联运行发电机的无功功率，优化电网运行条件。 - 提高系统的静态和动态稳定性。 2. **系统构成**： - 发电机功率励磁装置：为发电机转子磁场提供直流电源。 - 自动励磁调节器 (AVR)：包含调差环节、电压检测和综合放大等部分，形成闭环控制系统。 3. **控制原理**： - 通过电压互感器TV测量发电机电压Ug，并与设定电压Uref比较，得到偏差Uerr。 - AVR根据Uerr进行运算，通过功率放大环节调整励磁电流，从而改变发电机电压。 4. **数学模型与传递函数**： - 同步发电机的传递函数简化为一阶滞后环节，表示为：G(s) = Kg / (1 + Td0's)，其中Kg为放大系数，Td0'为时间常数。 - 电压测量单元传递函数：Gc(s) = Kc / (1 + Trs)，Kc为比例系数，Tr为滤波时间常数。 - 功率放大单元传递函数：Ga(s) = Ka / (1 + Ta s)，Ka为放大电压比例，Ta为时间常数。 5. **系统框图与动态方程**： - 整个励磁控制系统的传递函数可以通过各单元传递函数和系统框图推导得出。 - 动态方程通常表示为线性常微分方程形式：dx/dt = Ax + bu，其中A是状态矩阵，b是输入向量，x是状态变量，u是控制输入，y是输出变量。 6. **系统特性分析**： - **稳定性**：通过传递函数的极点位置判断，若最高阶数等于状态方程维数，则系统稳定。 - **能控性**：检查能控矩阵的秩，如果Rank(S)=状态方程维数，系统完全能控。 - **能观性**：检查能观矩阵的秩，如果Rank(V)=状态方程维数，系统完全能观。 7. **系统校正**： - 使用PID调节器（比例-积分-微分）改善系统性能，调节器传递函数为：Gp(s) = Kp + Ki/s + Kd*s。 - 通过调整PID参数（如Kp，Ki，Kd），优化系统频率响应，提升控制精度和快速性。 8. **仿真实验**： - 未校正和校正后的Bode图分析，比较前向通道增益和相位特性，评估系统性能改进。 通过MATLAB进行的励磁控制系统仿真，可以深入理解系统的动态行为，优化控制策略，为实际工程应用提供理论依据。