励磁控制系统的性能分析与改进

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1、中国电力教育2010年管理论丛与技术研究专刊励磁控制系统的性能分析与改进栾雪莲(华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206)摘要：本文首先建立了励磁控制系统的数学模型，对该数学模型的传递函数应用根轨迹进行稳定性、稳态性能和暂态性能分析，之后为了改善发电机空载运行稳定性，在发电机转子电压处增加一条电压速率负反馈回路，并仿真了在增加反馈回路后的根轨迹，分析了改善后励磁控制系统的动态性能，并证明在发电机励磁控制系统中，增加此校正环节后可以大大提高系统运行的稳定性。关键词：励磁控制系统；稳定性；根轨迹自动励磁控制系统中发电机是控制对象，励磁调节大倍数。器是

2、“控制器”，整流电路是励磁调节器的执行环节，4．同步发电机传递函数他们组成一个反馈控制系统，运行中对励磁控制系统动发电机空载时发电机的数学模型可简化，其传递函态性能指标有严格的要求，因此对其动态性能进行分析数可用一阶滞后环节表示：是非常重要的。【1．2j本文主要对励磁控制系统空载运行情况进行性能分析。co(s)赢5)一、数学模型的建立式中KG为发电机放大倍数；Td0为发电机转子励磁控制统框图如图1所示，各个单元的传递函数时间常数。可根据以下分析表示出来。J二、励磁自动控制系统的稳定性及动态特性对任一线性自动控制系统，求得其传递函数后，可根据特征方程式，按

3、照稳定判据来确定其稳定性。当系统稳定性不满足要求时，须采用适当的校正措施加以改善。本文利用根轨迹法能迅速地获得近似的结果。励磁自动控制系统的暂态性能指标有上升时间t，、超调量。和调整时间t。图1励磁控制系统框图稳态性能指标主要是稳态误差，本次设计的系统为零型系统，因而其误差系数为k=k∑，当系统输入信1．单元传递函数1号为单位阶跃函数时，稳态误差为：e(∞)_。G)=(1)1十Ap本设计励磁系统为三阶模型，但当一个三阶模型有式中为电压比例系数；TR为电压测量回路的时主导极点时可将模型降为二阶，由二阶模型所适应的公间系数，通常在0．02—0．06之间。式近

4、似的求系统的各暂态指标。各个性能指标是相互矛2．综合放大单元传递函数盾的，满足快速响应t，的系统，往往会有较高过调量。而K．GA(s)(2)存在过调的系统，往往无法保证满意的快速响应性和调整时间。我们的设计任务就是从中找出最佳的控制方案。式中KA为电压放大倍数；TA为放大器的常数，三、运用根轨迹法对典型机组的空载状态进行性能可近似认为TA=0。分析3．功率放大单元的传递函数1．作出系统的根轨迹11Gz(S)(3)(1)系统参数：TA=OS，Tz者s，拥6．32S，TR=0．04S，KG=1。最大可滞后的时间为：Tz刍(4)(2)建立数学模型。式中m为整流

5、控制相数；f为电源频率；Kz为放系统的开环传递系数为：作者简介：栾雪莲，女，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生。393励磁控制系统的性能分析与改进o(s)百丽(6)倾角：毳卢l=-q-仃，482=⋯7r，82：=÷仃。其中K∑=593．4∑闭环传递函数为：根轨迹分离点：由闭环特征方程得：K∑=K’￡／593．4=35．8，此即为实轴分离点所对应的x值。由自L，(s)()=控理论知，系统相当处于临界阻尼状态。Ke(0，35．8)段为过阻尼状态。L一(7)：_1、根轨迹与虚轴交点：由△(S)=一s+185．86s+(1高)(16·32)(1o·04s)

6、￡5384．73s+847．161+K∑=0故本方案建立的励磁系统模型为三阶模型。求得系统闭环特征方程是：*-61．2+185．86s+5384．73s+847．161+K=0(8)4(3)用根轨迹分析系统稳定性因为增益应大于零，故将K￡=一1舍去。开环传递函数：由上所述根轨迹如图2所示。593．4K由图2可知：系统当K《(0，1104．4)时，系统G。(s)=丽(9)是稳定的；当K>1104．4时，系统不稳定。K分别取不根轨迹的极点(起始点)为：sl=一150，2=一同数值时，系统的根轨迹如图3所示。25，S=一0．158。根轨迹的零点为无穷远处。分母

7、阶数n=3，分子阶数in=0，可知有3条渐近线。图2系统根轨迹图图3k取不同数值时的根轨迹394励磁控制系统的性能分析与改进2．用根轨迹进行系统性能分析表1对应不同Kz的各个性能指标仿真结果已知电力系统设计规程对励磁控制系统的要求J【∑上升时间t，调整时间t超调量p稳态误差P(O0)如下。300．45003．oo00O0．0323稳定指标：幅值裕量in,>lOdb，相角裕量y>500；600．182O0．380000．0164动态指标：超调量<15％～30％，调整时间t90O．11000．370o0．10610．11o0<10s；120O．O8lOO．2

8、1500．143l0．0083控制精度：稳态误差e(*)<1％。2lO0．049