同步发电机励磁系统的建模及仿真.docx

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同步发电机励磁系统的建模及仿真

控制系统仿真结课作业

同步发电机励磁系统的建模及仿真

专业：

电气工程及其自动化

姓名：

学号：

指导教师：

同步发电机励磁系统的建模及仿真

发电机的三分之一故障来自于同步发电机的励磁系统，所以研究同步发电机励磁系统对于电力系统有

举足轻重的作用。

所谓同步发电机励磁系统就是向励磁绕组供给励磁电流的整套装置。

按照励磁功率产生

的方式不同，同步发电机的励磁方式可以分为自励式和他励式两种。

自励式是将发电机发出的交流电经过

整流后输送到同步发电机的励磁侧，而他励式是同步发电机的励磁侧单独采用直流励磁机或交流励磁机作

为电源供电。

以单机―无穷大系统为模型进行研究。

单机―无穷大系统模型是简单电力系统分析中最简单最常用的

研究对象，其示意图如图 1 所示，该仿真系统由同步励磁发电机、变压器、双回路输电线和无穷大系统构

成。

其中，同步励磁发电机参数为 200MVA、13800V、112.5r/min、50Hz,变压器参数为 Y―Y 型 210MVA。

　　　　　　　　　　　　　　图１　单机―无穷大系统示意图

建模及其仿真步骤如下。

1.选择模块

首先建立一个 Simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中，建立模型

所需的模块如下：

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1）选择 Machines 模块库下的 Synchronous Machine pu Standard 模块作为同步励磁发电机、

Excitation System 模块作为励磁控制器。

2）选择 Elements 模块库下的Three-PhaseTransformer （Two Windings） 模块作为三相升压变压

器、Three-PhaseSeries RLC Load 模块作为三相并联 RLC 负载接地、Three-Phase Fault 模块作

为任意相之间或者任意相与地之间的短路、 Ground 模块作为接地。

3）选择 Electrical Source 模块库下的 Three-Phase Source 模块作为无穷大系统。

4）选择Measurements 模块库下的 Voltage Measurement 模块作为电压测量。

5）选择 Math Operation 模块库下的 Gain 模块。

6）选择 Sources 模块库下的 Constant 模块。

7） 选择 Signal Routing 模块库下的 Bus Selector 模块作为输出信号选择器。

8） 选择 Sinks 模块库下的 Scope 模块。

2. 搭建模块

将模块放在合适的位置，将模块从输入端至输出端进行连接，搭建完的 Simulink 励磁系统模型如图

2 所示。

图 2Simulink 励磁系统模型

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3. 模块参数设置

（1）Synchronous Machine pu Standard 模块参数设置

双击 Synchronous Machine pu Standard 模块，弹出模块参数设置对话框如图 3 所示。

其中，Preset model：

用于选择点击型号。

Rotor type：

用于选择转子类型。

Nom power,L―L volt，and freq.[Pn （VA） Vn （Vrms） fn （Hz）]：

用于设置点击的额度功率、额定电压、

额度频率。

Reactances[Xd Xd’ Xd’’ Xq Xq’’ X1] （pu）：

用于设置点击电感量。

d axis time constants：

用于设置 d 坐标的时间常量。

q axis time constants：

用于设置 q 坐标的时间常量。

Time constants [Td’ Td’’ Tgo’’ ] （s）：

用于设置时间常量。

Stator resistance Rs （p.u.）：

用于设置电机定子电阻。

模块的具体参数设置如图 3 所示。

图 3 Synchronous Machine pu Standard 模块参数设置对话框

-3-

（2）Excitation System 模块参数设置

双击 Excitation System 模块，弹出模块参数设置对话框。

模块的具体参数设置如图 4 所示。

图 4 Excitation System 模块参数设置对话框

（3）Three-PhaseTransformer （Two Windings） 模块参数设置

双击 Three-PhaseTransformer （Two Windings） 模块，则弹出模块参数设置对话框。

模块具体

参数设置如图 5 所示。

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图 5 Three-PhaseTransformer （Two Windings） 模块参数设置对话框

（4）Three-PhaseSeries RLC Load 模块参数设置

分别双击 Three-Phase Series RLC Load 模块和 Three-Phase Series RLC Load1 模块，

则弹出模块参数设置对话框。

模块的具体参数设置如图 6 和 7 所示。

图 6 Three-PhaseSeries RLC Load 模块参数设置对话框

图 7 Three-PhaseSeries RLC Load 模块参数设置对话框

（5）Three-Phase Fault 模块参数设置

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双击 Three-Phase Fault 模块，则弹出模块参数设置对话框。

模块的具体参数设置如图 8 所示

图 8 Three-Phase Fault 模块参数设置对话框

（6）Three-Phase Source 模块参数设置，模块的具体参数设置如图 9 所示。

图 9 Three-Phase Source 模块参数设置对话框

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（7）Voltage Measurement 模块参数设置，模块的具体参数设置如图 10 所示。

图 10 Voltage Measurement 模块参数设置对话框

（8）Gain 模块参数设置，具体参数设置如图 11 所示。

图 11 Gain 模块参数设置对话框

（9）Constant 模块参数设置，设置 Constant 模块中的 Constant Value 为 1.0，设置 Constant1

模块中的 Constant Value 为 1.0。

（10）Bus Selector 模块参数设置，具体参数设置如图 12、13 所示。

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图 12 Bus Selector 模块参数设置对话框

图 13 Bus Selector 模块参数设置对话框

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4. 仿真参数设置及其运行

设置仿真参数的 Start time 为 0、Stop time 为 10，Solver options 的步长选择变步长

Variable-step，解算方法 Solve 选择二阶隐式龙格-库塔解算器 ode23tb，保存系统模型并仿真，仿真结果

如图 14~17 所示。

图 14 Scope 显示的仿真结果

图 15 Scope1 显示的仿真结果

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图 16 Scope2 显示的仿真结果

图 17 Scope3 显示的仿真结果

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