同步发电机励磁控制研究

论文总字数：15538字

目 录

摘要………………………………………………………………………1

Abstract…………………………………………………………………2

0 引言…………………………………………………………………3

1 同步发电机励磁控制概述及原理……………………………………3

1.1 同步发电机励磁控制概述………………………………………………………………3

1.1.1同步发电机励磁控制的发展……………………………………………………3

1.1.2同步发电机励磁控制系统的任务………………………………………………4

1.1.3对励磁控制器的基本要求………………………………………………………5

1.2 同步发电机励磁控制系统数学模型……………………………………………………5

1.2.1同步发电机励磁控制系统框图…………………………………………………5

1.2.2同步发电机传递函数……………………………………………………………6

1.2.3电压测量单元……………………………………………………………………6

1.2.4功率放大单元……………………………………………………………………6

1.3 励磁控制系统的动态特性及其对电力系统稳定的影响………………………………6

2 常规PID控制器原理…………………………………………………8

2.1传统PID控制系统原理框图……………………………………………………………8

2.2传统PID控制系统基本原理……………………………………………………………8

3 模糊控制发展及原理…………………………………………………9

3.1 模糊控制的发展…………………………………………………………………………9

3.2模糊控制的组成及主要步骤…………………………………………………………10

3.3模糊控制的特点………………………………………………………………………10

4 模糊PID控制器设计………………………………………………11

4.1 模糊控制器的基本组成………………………………………………………………11

4.2模糊PID控制原理………………………………………………………………………12

4.3建立各变量隶属度函数………………………………………………………………12

4.4建立模糊规则…………………………………………………………………………13

5 系统仿真及仿真结果………………………………………………15

5.1同步发电机励磁系统建模……………………………………………………………15

5.2 系统仿真结果与对比分析……………………………………………………………18

5.3 加入干扰情况下的系统稳定性仿真实验及结果分析………………………………19

6 总结与展望…………………………………………………………20

6.1 本文总结………………………………………………………………………………20

6.2 未来展望………………………………………………………………………………21

参考文献………………………………………………………………22

致谢……………………………………………………………………24

同步发电机励磁控制研究

许湛扬

,China

Abstract : Synchronous generator excitation control system is an indispensable part of power system, it can not only guarantee the system's reliability, improve power quality, but also improve the economics of the power system, provide favorable conditions for the complexity of China's modernization construction of large power grids.The excitation control system should undertake the task that assuming control of voltage and reactive power control and distribution, improving the stability of parallel operation of static and transient stability and dynamic stability tasks.

In this paper, fuzzy control technique is applied to the study of excitation control system.The establishment of a new type of excitation control system is based on fuzzy logic. The terminal voltage excitation controller use the actual error on the setpoint and its rate of change as the feedback signal, the control signal exported by fuzzy logic algorithms is acted on the excitation system, enabling real-time control of the generator excitation system.

Key words: Synchronous generator PID control fuzzy control

0引言

在我国工业生产中，PID控制技术有着十分深远的影响，尤其在化工，冶炼等工业过程中，许多工业数据仍然是以PID类型的控制理论为基础的，在中国未来发展过程中，对控制的要求会越来越高，控制对象会更加复杂而多样，但是以PID为理论基础的各种控制器仍占据着工业控制的主导地位。

随着中国科技的迅速发展，工业生产中对自动控制的各方面要求将会越来越高，传统PID控制是依赖被控对象的具体线性关系来给出相应的控制策略，然而，事实上大部分工业控制过程都存在着不同程度的非线性过程，有的甚至毫无规律可循，亦或是一些过程难以构建合适的数学模型，因此，传统的PID控制器无法得到具体的线性关系从而对这些工业过程进行精确而实时的控制，但是，本文中即将介绍的模糊控制是不依赖具体的数学模型，却能实现对一些复杂过程的精确控制的，它非常适用于针对上述难以建立具体模型的对象进行有效控制，所以它正在越来越广泛地应用于各种工业生产控制过程之中。

模糊控制是一种智能控制方法，由于模糊控制主要是模仿人类大脑对工业过程中测量数据的波动做出的判断，在通过神经控制四肢实施控制措施的工作过程，所以模糊控制与一些人的智能思考方式极为相似，可以有效地解决对复杂非线性系统以及难以构造数学模型的系统的控制问题，具有鲁棒性强，简单方便，易于工作人员掌握等优点，非常符合当代电力系统运行要求。

基于模糊PID的同步发电机励磁控制系统，不但克服了PID控制难以对复杂系统实施控制的弊端，同时，继承了其简单方便易于理解的优点，增强了系统的抗干扰能力，为电力系统的可靠性及稳定性的提高做出巨大贡献。另外，模糊PID励磁控制方法为未来电力系统的控制指明了方向，为我国电力事业的发展提供了良好的契机与铺垫，相信在不久的将来，中国电力事业必定会更上一层楼。

1 同步发电机励磁控制概述及原理

1.1 同步发电机励磁控制概述

1.1.1同步发电机励磁控制的发展[^[1]]

近年来，我国电力事业极速发展，2014年我国总发电量达55459亿千瓦，全国发电装机总容量已经达到13.6亿千瓦，居全国第一，预计2020年，我国发电量达到7.4万亿千瓦，达到全面小康用电需求。当前，国内电网发展相当迅速，已经有了现代化电力系统的一些雏形，但仍然面临一些新的挑战，例如无功功率分配不均，电力设备超负荷运作状态，维持系统电压水平等，这些问题涉及到各个领域范畴，需要统筹规划、总体建设、科技研发与管理应用等众多领域的人才。

同步发电机运行特性与短路阻抗，负载特性，空载电动势等有密切的联系，空载电动势是决定其运行特性的主要因素，影响着电力系统的状态，而的值与励磁电流遵循某种特定的函数关系，所以把握励磁电流规律，并实施实时准确的控制是保证发电机正常稳定运行的重要因素，所以，优秀的励磁系统可以使电力系统的可靠性更上一个台阶，它不仅是衡量电力系统的品质的重要标准，也是电力系统向更高层次发展的一大挑战。

同步发电机励磁电流可以改变电网电压水平及无功功率，当电力系统处于故障或不正常运行状态时，电压水平的降低会导致其稳定性下降，更有甚者，可能导致系统电压崩溃，造成严重的事故，所以，当系统检测出故障时发电机要迅速强行励磁，以保证电力系统电压水平不会超出给定范围之外[^[2]]。所以，实际过程中对于同步发电机励磁系统的并网有着极为严格的程序，并网前，我们要求要保证发电机电压水平维持在给定值，并网后则与系统中所有机组并联运行。可见，对同步发电机励磁电流实施有效地控制对提供优质电能，合理分配无功功率，减少故障的影响范围等方面都起着至关重要的作用。

从以上分析可得出，励磁系统在电力系统中扮演着十分重要的角色，是保证电力系统稳定，可靠，提高电能品质的重要环节，较传统的控制措施，它具有经济性好，控制效果优异，实施简单等特点，所以，我们需要研究设计更加优秀的励磁控制原理，完善励磁控制系统，提高其的控制效果，使之满足现代化工业系统的运行要求[^[3]]。

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