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1、硕士研究生学位论文X X 大 学论文题目论文题目(中文中文)：基于MATLAB的同步发电机励磁系统的建模仿真论文题目论文题目(外文外文)：Modeling and Simulation of excitation system of synchronous generator based on MATLAB/simulink研研 究究 生生 姓姓 名：名：XXXX学学 科、科、 专专 业：电气工程业：电气工程研研 究究 方方 向：向： 导导师师姓姓名名职职称称 ：论文答辩日期 年 月 日学位授予日期 年 月 日摘 要近些年来,电力系统发展迅速,基本形成了高电压、大机组、超远距离输送的模式。因此
2、,保证电力系统的安全、稳定、高效运行成为了研究的热点与难点。同步发电机励磁控制系统是同步发电机控制系统的核心。经过长年的研究证明,实现对同步发电机励磁的合理有效控制,是实现电力系统稳定运行要求的最快捷、最有效、最廉价的方法。传统PID控制需要线性的精确模型,无法实现对非线性对象的有效控制,不能及时应对系统运行中被控对象发生的改变,对于目前以至未来电力系统的发展特点,难以实现有效控制。模糊控制是一种智能控制方法,它不需要精确的数学模型,鲁棒性强,同时设计简单方便,易于实现。本文从同步发电机励磁控制系统原理入手,在深入学习PID控制与模糊控制理论之后,将两者结合起来,提出了基于模糊PID同步发电机
3、励磁控制策略。详细阐述了该模糊PID励磁控制器的设计过程,实现了针对同步发电机励磁控制这一非线性系统的实时在线控制。选取了多组参数对所设计的励磁控制器进行仿真,与常规PID控制效果进行比较分析。实验结果表明本文提出的基于模糊PID的同步发电机励磁控制效果良好,系统的动态特性和静态特性相对于传统PID励磁控制都得到改善,能够对系统运行状态的改变做出及时合理的调整,响应速度快,超调量小,调整时间短,使系统具有较强的适应和抗干扰能力,控制效果明显提高；对于传统PID控制无法解决的非线性问题,模糊PID控制依然有良好的控制效果,体现出解决非线性控制问题的优势。关键字：关键字：同步发电机；励磁控制系统；
4、MATLAB建模；PID控制；模糊控制AbstractIn recent years, the power system is developing fast. Basically formed a high-voltage, lager units, ultra-long-range transport model. Therefore, safely, stable and running efficiently to become the research focus and difficult about the power system. Synchronous generator
5、excitation control system is the core of the control system of synchronous generator. Through many years research have proved that, to achieve reasonable and effective control of synchronous generator excitation is to achieve power system stable operation of the requirements of the quickest, most ef
6、fective and cheapest way.Traditional PID control needs an accurate model of the linear. It can not achieve ffective control of the nonlinear object. And it can not respond promptly to the status change when the system running. To the present and future characteristics of the development of the power
7、 system, it is difficult to achieve effective control.Fuzzy control is an intelligent control method. It is not require a precise mathematical model, robustness, while the design is simple and convenient. Also, it is easy to implement.In this passage, it is starting from the synchronous generator ex
8、citation control system theory. After depth learning PID control and fuzzy control theory, proposed a synchronous generator excitation control strategy based on fuzzy PID, which combining the two. And then, elaborate the design process that based on the fuzzy PID excitation control. It is achieve th
9、e real-time online control of nonlinear system. Selected some sets of parameters to simulate the excitation controller which designed with conventional PID control effect. Experimental results show that the synchronous generator excitation control based on the fuzzy PID has a good effect. The dynami
10、c characteristics and static characteristics of the system compared to the conventional PID excitation control have improved. To the changing of the system can make timely and reasonable adjustment, fast response, small overshoot, short adjustment. So that the system has strong adapted ability and a
11、nti-jamming capability, control has improved obviously. Fuzzy PID control for nonlinear problems that the traditional PID control can not be solved, still have good control effect, reflecting the advantage to solve nonlinear control problems.Key words: Power system stability; Nonlinear system; Excit
12、ation control; PID control;Fuzzy control目目 录录1 绪论.41.1 国内外研究现状.41.2 未来走向.72 发电机励磁系统的作用及分类.82.1 励磁系统作用.82.1.1 维持电压水平 82.2 励磁系统分类 92.2.2 他励旋转硅整流器励磁方式(无刷励磁系统) .103 同步发电机励磁系统建模123.1 发电机模型和励磁系统123.2 主励磁系统(励磁电源)的数学模型123.3 励磁调节器(AVR)数学模型.154 同步发电机模糊PID励磁控制器设计.194.1常规PID控制器原理与设计204.1.1 PID控制原理 204.2 基于模糊PID
13、控制器的同步发电机励磁控制器设计.225 系统仿真实验与结果分析235.1 Simulink环境下的同步发电机励磁控制建模235.2模糊控制器设计.275.2.1模糊拉制器的组成原理 275.2.2参数整定原则 275.2.3 仿真实验 .285.2.4发电机时间常数突变情况的仿真实验及结果分析 296 总结与展望346.1本文总结.346.2进一步工作的展望.351 绪论1.1 国内外研究现状早在20世纪70年代美国电力科学院(EPRI)就已提出用在线测试技术测试电机参数，并强调电机参数与运行方式密切相关，其后Demello、Dandero、Bollinger、UTA和GE公司先后对四大参数
14、(指发电机、励磁机、原动机和调速器、负荷模型的有关参数)开展工作。在现场测试方面，日本的日立公司和关西电力公司于1981年对全套发电机组参数进行了现场在线测试。在此基础上，IEEE所属电力系统各分委会自1972年起相继发表了有关励磁系统、原动机及调速器和负荷的数学模型。在四类参数测试中，励磁系统参数测试工作研究较多，现已形成了一套成熟的技术。在国内，清华大学电机系较早开展辨识技术的研究和应用H1，取得了可喜成果。上世纪90年代以来，东北、华北、西南等地区的电力试验研究院和电力公司都做过励磁系统参数辨识的工作阳1，用的方法主要是时域法和频域法。在励磁系统参数估计方面，国外进行了许多工作，1975
15、年M。J。Gibbard等人提出了时域和频域的测量方法儿“阳1。时域辨识法首先做阶跃响应试验，以便对系统特性有初步的了解，然后向被测的励磁系统注入PRBS(二位式伪随机信号)，利用模拟乘法器和积分器完成数据处理计算，求出系统的脉冲响应，由于条件的限制，这种方法的计算速度慢，精度不高。频域辨识法采用FRA(频率响应分析仪)，用不同频率的小正弦信号做输入，逐点测试，做出系统的频率响应曲线，进一步拟合出参数。采用这种在离散频率下进行量测的频率响应分析仪，一方面在信号频率和大小的选择方面必须小心，特别是在系统谐振频率附近。在接近发电机系统低频振荡频率(约0。22Hz)时，需要十分小心。一般没有专门的保
16、护措施，试验很难将频率引向高于7Hz处。另一方面，由于离散化逐点测量，现场试验时间长，对电力系统正常运行影响大，却很难保证测量的同时性，试验的精度难以很好地保证。在发电机参数估计方面，1979年余耀南教授提出了一种基于最小二乘法判据的发电机参数估计方法，以后又有人进一步研究了发电机参数的估计方法。1982年K。E。Bollinger等人提出用FFT(快速傅立叶变换)辨识法测试励磁系统参数的方法1，采用的仪器是FRA03(频率响应分析仪，实质上是一种FFT分析仪)，输入信号采用PRBS码，整个频谱上的响应是同时获得的，缩短了实验时间，对系统扰动小，由于随机频率的干扰，输入信号和系统产生谐振的可能性很小。该方法的测试对象是励磁系统的简单支路。它每次只测某一单个环节(按一阶惯性环节等效)的频率特性，从Bode图进行作图分析，手工计算得到参数。这种方法需要作进一步改进，因为：采用作图法不能保证一定的精度，且待测系统的阶数增高时，无法用作图法求解。该方法逐渐测试求出每一单个环节的参数，因此要求出整个系统的全部参数，测试时间仍然不能缩短。
