同步发电机励磁建模

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1、2．1同步电机模型同步电机是电力系统的主要元件，电磁暂态和机电互动现象十分丰富，模型的建立和求解往往决定着仿真的精度和能够反映实际系统动态过程的程度，因此，很多专家在同步发电机建模方面展开研究并取得多项成果。同步电机是励磁控制系统的控制对象，又和励磁控制系统密切相关系。研究励磁系统的动态特性，离不开对同步电机动态特性的分析。同步电机的过渡过程比较复杂，通过以d,q坐标系统推导出来的派克(Park)方程作为同步电机的基本方程，求出完整的动态模型；在某些特定的条件下，可由完整的动态模型得到简化模型。在小干扰情况下，可以将非线性的完整模

2、型在工作点附近线性化，得出线性化模型：同样，在某些特定的条件下，还可以求得简化的线性模型。同步电机dqO坐标下的暂态方程称为派克方程，它是一组非线性的微分方程组。由于dqO三轴之间的解耦以及aqO坐标下的电感参数是常数，因此派克变换及同步电机的派克方程在实用分析中得到广泛的应用。同步电机具有三个定子绕组、一个转子绕组、两个阻尼绕组。六个绕组间都有磁的耦合，加上转子位置不断变化，绕组间的耦合又必然是转子的位置函数。要正确反映上述情况就需要七个非线性微分方程。2．1．1同步电机基本方程由同步电机在d,q轴的park微分方程组出发，电压

3、和磁链方程(以标幺值形式)如(2．1)-(2．10)所示：电压方程：定子绕组：（2.1）（2.2）励磁绕组：（2.3）阻尼绕组：（2.4）（2.5）磁链方程：定子绕组：（2.6）（2.7）励磁绕组：（2.8）阻尼绕组：（2.9）（2.10）其中，。式中各物理量的定义为：-负载电流d轴分量；-负载电流q轴分量；-励磁电流；-机端电压d轴分量；—机端电压q轴分量；-励磁绕组电压；-励磁绕组电阻；-直轴阻尼绕组电流；-交轴阻尼绕组电流；-直轴电抗；-直轴反应电抗；-交轴电抗：-交轴反应电抗；-直轴阻尼绕组电抗；-直轴阻尼绕组电阻；-交轴

4、阻尼绕组电抗；-交轴阻尼绕组电阻：-直轴磁链；-交轴磁链；-励磁绕组磁链；-直轴阻尼绕组磁链；-交轴阻尼绕组磁链。若采用功率不变的坐标变换，并取定子额定相电压有效值和额定电流有效值作为定子电压和电流的基值，它等于以单相额定功率为基准的电磁转矩标么值的l／3，则以三相额定功率为基准的电磁转矩标么值方程为：（2-12）转子运动方程是同步发电机的又一个基本方程，它是按牛顿运动定律对转子系统的动态描述。全部用标么值表示的转子运动方程为：（2-13）式中为机械转矩，为阻尼转矩，D为阻尼系数，为同步电机转子惯性时间常数。此外，还有一个运动方程

5、是功角和转子电角速度之间的关系应满足下式：（2-14）式(2.1）-（2.14)组成了同步电机的标准数学模型。一单机对无穷大电力系统示意图及系统各元件参数如下：

6、400KM~

7、~P=200MVSn=infUn=13.8kVUn=220kV系统各元件参数：发电机：Pn=200MVAUn=13.8kV主变压器：k=13.8/230Pn=210MVA线路：L=400km无穷大系统：Sn=infUn=220kV4.1仿真模型的建立各主要元件的选择和参数设置如下：同步发电机参数设置：发电机额定功率，Pn=200MVA；发电机额定电压，Un=

8、13.8kV；发电机直轴同步电抗，（标幺值）Xd=1.81；发电机直轴暂态电抗，（标幺值）Xd,=0.3；发电机直轴超暂态电抗，（标幺值）Xd,,=0.23。汽轮机及其调速系统参数设置：汽轮机调节增益，Kp=3；汽轮机初始机械功率（标幺值），），Pm=0.5；励磁系统参数设置：低通滤波器时间常数，Tt=0.02S；励磁调节器增益，Ka=300；励磁调节器时间常数，Ta=0.02S；励磁机增益，Ke=1.0；励磁机时间常数，Te=0.5S；三相主变压器参数设置：变压器额定功率，Pn=210MVA；变压器额定电压，U1=13.8kV，

9、U2=230kV。输电线路参数设置：正序电阻：R1=0.1273Ω/km；零序电阻：R0=0.3864Ω/km；正序电抗：X1=0.9973（Ω/km）；零序电抗：X0=4.1264（Ω/km）；线路长度：L=400km。电力系统分析元件设置：电力系统分析元件是Matlab中分析电路和电力系统的工具，利用它可以完成系统稳态工作点的计算，仿真初始值的设置以及其他方面的系统时域分析。其设置过程如下：选择LoadFlowandMachineInitialization子菜单；将发电机设置为PV节点发电机；设置发电机的初始功率和端电压。参

10、数设置完毕后，程序自动算出系统的稳定运行工作点，同时计算出调速系统和励磁系统的初始值。此时可以验证所建立的模型是否与实际系统运行情况相符合，如果计算的结果与实际情况有很大的误差，则需要考虑重新选择模型和设置参数。图5.2转子角偏移量图5.3转子角速