同步发电机调速系统仿真设计-

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1、同步发电机调速系统仿真设计摘要频率是评价电能质量的指标之一。系统频率由发电机与负荷的有功功率平衡情况决定。由于电力系统的负荷随时都在变化，所以通过引入调速系统使电力系统的频率在规定范围内。本文在研究了大量文献的基础上，做了如下工作：论文首先介绍了频率对电力系统的影响以及研究调速器的意义以及发展。然后介绍了原动机在电力系统中的作用，水轮机、汽轮机系统的模型。本文采用模块化建模的方法，将调速系统分为调速器、原动机、发电机三个部分。分别对其建模，得到整个系统的模型。运用隐式梯形积分法将微分方程转化为差分方程。在研究水轮机模型时着重考虑了水锤效

2、应的影响，在研究汽轮机模型时考虑了蒸汽容积效应的影响。然后研究了加入同步发电机组的动态特性,通过改变汽轮机或水轮机开度改变输出的机械功率。然后通过改变调速系统的参数观察其动态特性的变化，得到了其对控制系统的影响。最后在控制理论角度，通过画系统开环的奈奎斯特图和波特图，闭环系统的零极点分析了其动态特性。关键词：频率；原动机；调速器；动态仿真；128目录中文摘要1英文摘要21引言31.1频率对电力系统的影响31.2调速系统的背景意义和国内外研究现状41.3原动机及其调速系统在电力系统中的作用61.4本文的主要工作72动态仿真数学模型的建立8

3、2.1调速系统工作原理82.2调速器的数学模型92.3原动机的数学模型122.4同步发电机转子方程163动态仿真的实现193.1隐式梯形积分法193.2水轮机调速系统微分方程203.3汽轮机调速器微分方程233.4同步发电机转子方程254动态仿真及分析304.1水轮机调速系统动态特性304.2汽轮机调速系统动态特性344.3不同调节参数下水轮机调速系统的动态特性374.4不同调节参数下汽轮机的调速系统动态特性415从控制理论角度分析调速系统的特性455.1根据开环函数的奈奎斯特图和波特图分析455.2根据闭环的零极点分析系统特性55结论

4、65谢辞66参考文献671281引言1281.1频率对电力系统的影响1.1.1频率变化的概述系统频率的变化是由于系统的负荷和原发电机输出功率功率之间失去平衡所致，而发电机的输出有功功率又是由原动机的输出有功功率决定的，因此调频和有功功率调节时不可分开的。由于电力系统的负荷是不断变化的，而原动机输出功率的变化是缓慢的,因此电力系统的频率波动是难免的。电力系统频率的变化，对生产率以及发电厂间的负荷分配都有直接的影响。所以，电力系统运行中的主要任务之一，就是对频率进行监视和控制。当系统机组输入功率与负荷功率失去平衡而使频率偏离额定值时，控制系

5、统必须调节机组的出力，以保证电力系统的频率的偏移在允许范围之内（一般允许偏差不得超过±0.2HZ，我国某些电力系统以±0.1HZ作为频率偏差合格范围的考核指标）。1.1.2频率调整的必要性电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响，所以必须保持频率在额定值50HZ上下，且偏移不超过一定范围、电力系统频率变动时，对用户的影响有：用户使用的电动机的转速与系统频率有关。频率变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品的质量。例如：纺织工业、造纸工业等都将因频率变化而出现残次产品。近代工业、国防和科学技术都已广泛使用电子设备，系

6、统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。雷达、电子计算机等重要设施将因频率过低而无法运行。频率变动对发电厂和系统本身也有影响：火力发电厂的主要厂用机械——风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正常运行。低频率运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至是叶片断裂。低频率运行时，发电机的通风量减少，为了维持正常电压，有要求增加励磁电流，以致使发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。低频率运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。

7、也为了不超越温升限额，不得不降低变压器的负荷。128频率降低时，，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水平的下降。总之，所有设备都是按系统的额定频率设计的，系统频率质量的下降将影响各行各业。而频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调速系统，或简称自动调速系统，特别是其中的调速器和调频器。1.2调速系统的背景意义和国内外研究现状1.2.1调速系统的背景意义随着人们生活质量的提高，人们对电能质量的要求也越来越高。而频率作为衡量电能质量的三大因素之一，对电力系

8、统的安全运行起决定性作用。在电力系统负荷发生改变时，系统发电机的有功功率和负荷的有功功率发生了不平衡，引起了系统频率的变化。调速系统的作用即使频率保持在一定范围内波动。调速系统可以分为一次调频和二次调频。一