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1、硕士研究生选题报告及论文工作计划研究生姓名学号_院（系、所）_学科、专业_指导教师专业技术职务入 学 日 期2009年9 月2010 年 9 月 28 日拟选论文题目：大型发电机饱和参数对励磁系统控制规律影响的研究选题报告会地点：教五D108选题报告会日期：2010年9月28日文献综述与选题报告要求：1. 查阅并阅读一定数量的文献资料，其中，选题报告中引用的外文文献不少于10篇，写出文献综 述与选题书面报告，要求在3000字以上（不含图表）；2. 书面报告内容应包括：选题背景及其意义，国内外研究动态，本论文的主要研究工作、课题研 究内容，预期成果和可能的创新点等；3. 填好“选题报告及论文工作
2、计划”表，连同书面报告一起交院（系）由院（系）交研究生院（筹） 备案；4. 详细要求参见研究生培养方案和华北电力大学硕士研究生必修环节实施细则；5. 书面报告的格式见附件。阅读国内外文献情况：国内文献约 28篇，国外文献约 12 篇导师对选题报告的评语（就研究生对该研究领域国内外研究现状的了解情况、研究方 法、研究手段、预期成果予以评价）：导师签名：年 月 日评审小组对选题的意见（是否同意选定该课题、是否同意选题报告通过、以及对下一阶 段研究工作的建议；其他建议，如限期重作选题报告、终止培养建议等）：评审小组成员签名:论文工作计划论文工作的总体时间安排：1.2010年10月一2011年1月，继
3、续收集相关文献、资料，学习并掌握Matlab软件 仿真模块的搭建，使仿真得以在简单的状态下运行，调试励磁控制器运行参数， 比较不同励磁参数时仿真波形的变化；2.2011年2 3月，在仿真模型中加入电力系统稳定器，得到正常运行以及故障时的 仿真波形和控制曲线，分析整个励磁系统的性能；3.2011年4 6月，对前述工作进行总结，争取发表1篇论文；4.2011年7 11月，对不同的发电机励磁系统以及不同工况仿真结果进行对比分析;5.2011年11 12月，进行总结，撰写论文，准备答辩。论文实际工作预计完成日期：2011年12月工作条件（图书资料、实验设备、经费及其他条件）落实情况：论文选题来源、项目
4、所属类别（国家重点、部委、省（市）企事业委托、校重点、自选 等）及经费来源情况：1000MW级水轮发电机综合场及机网协调运行研究论文类型 基础（理论）研究 应用基础（理论）研究 应用研究 开发研究 其它附件： 大型发电机饱和参数对励磁系统控制规律影响的研究一、选题背景及其意义励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。 励磁系统由两部分组成：一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场， 通常称作励磁功率输出部分(或称励磁功率单元)。另一部分用于在正常运行或发生故障时 调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分(或称励磁控制单元或励 磁调
5、节器)，如图 1 所示。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的 作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数， 在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功 负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性。图 1 励磁系统结构框图目前，随着现代电力系统规模的不断发展，系统日益复杂，为确保电网安全运行，深 入研究安全稳定问题，防止出现大面积停电事故迫在眉睫。由于电网越大，并入大电网的 同步发电机缺乏足够的阻尼转矩，特别是采用仅以电压偏差为控制信号的快速励磁调节系 统时，有可能产生有害的负阻尼转矩，在大电网中容易发生低
6、频振荡等问题威胁电网安全 稳定运行，分析和解决这些问题是目前电网安全稳定运行的重要课题。二、国内外研究动态文献1 介绍了自动电压调节器(AVR)体现了线性单变量设计理论的励磁控制方式，它 采用机端电压偏差AVt作为反馈量进行比例(P)或比例-积分-微分(PID)调节。AVR的基本 功能是电压调节和无功功率分配,在一定程度上提高了系统的静态和暂态稳定性，但随着 系统规模逐步扩大，系统出现了阻尼特性恶化、低频震荡等现象，对于这些现象，比例调 节和PID调节没有良好的控制效果。对于上述现象，比例调节和PID调节没有良好的控制效果，为了解决这一问题，文献2介绍了发电机的励磁附加控制技术：电力系统稳定器
7、(PSS)。这种励磁控制技术除了保 留PID调节外，还增加了一个发电机转速偏差Ao、功率偏差AP或频率偏差Af作为输入 e 信号的二阶超前校正环节，其作用是增加对电力系统机电震荡的阻尼，以增强电力系统的 动态稳定性。文献3用实验证实了 PSS可使系统静态稳定极限达到线路功率极限。但是PSS参数 一经整定，对于系统较窄的振荡频率具有较好的效果，当系统的振荡频率在 PSS 有效抑制 频率范围之外时，将使 PSS 的控制效果减弱。由于控制系统的规模和复杂程度的不断增加，迫切需要一种能使用于多输入多输出的 动态系统的控制理论和实现方法，基于上述方法文献4系统的论述了线性最优励磁控制 器(Linear
8、Op timal Exci tat ion Con trollor，简称 LOEC)的模型和算法等。LOEC 是将 系统中可测量的状态变量适当的组合起来，根据状态变量积分偏差最小的原则，实现对发 电机励磁的大范围、长过程、多个振荡模式的控制方式。文献5指出PID、PSS和LOEC三种励磁控制器设计所依据的是电力系统在某一特定 状态下近似线性化的数学模型(其线性状态方程为U =AX+BU)，而电力系统是典型的非线性 系统，按照近似线性化的数学模型来设计的励磁控制器都存在一个共同的缺点：当电力系 统遭受大扰动，实际状态点偏离设计所选的平衡点较远、产生较大幅值的振荡时，励磁控 制器控制效果大为减弱。
9、如果能够在设计中直接采用对于小扰动和大扰动下的动态过程都 是精确的电力系统的非线性模型，其控制效果应能令人满意。由于电力系统具有高度的非线性特性，当系统的运行点改变时，系统的动态特性会显 著改变，此时，单一变量的控制方式和线性控制器就难以满足电力系统稳定的要求，只有 非线性控制方式的控制器才能有效地提高电力系统稳定能力。文献6-10虽然在理论上证明这些控制方式对电力系统具有较好的控制效果，但是 由于其理论尚未完全成熟，其数学工具又具有一定的抽象性、复杂性，使得非线性励磁控 制方式的推广应用受到了严重的影响，到目前为止仍停滞在理论研究阶段。综上所述，结合研究题目，从理论和仿真两方面进行探讨，如何
10、应用先进的励磁控制 系统，引进高性能的励磁调节器和PSS装置，抑制电网低频振荡等问题，提高电网运行的 安全稳定性是今后研究的重点。三、课题研究内容本选题从电机基本理论出发，采用Matlab建立考虑饱和参数影响下发电机及其励磁 系统仿真模型，并研究饱和参数下发电机励磁系统的控制规律，具体如下：(1) 确定不同工况下，考虑饱和时大型发电机的参数。(2) 用Matlab搭建单机无穷大系统，同时依据问题研究的侧重点，忽略原动机的出力 变化，供给同步发电机恒定的机械功率，这时候的整个机组工作在恒功率运行状态；(3) 从仿真模型中暂时摘掉故障点和电力系统稳定器等附加设备，使仿真得以在最简 单的状态下运行，
11、调试励磁控制器运行参数，比较不同励磁参数时仿真波形的变化，找到 PID 最佳调节参数值；(4) 加上故障点运行，调整故障参数,观察故障点对系统运行的影响，改变故障参数， 观察系统仿真波形的变化。(5) 摘掉故障点，在仿真模型中加入电力系统稳定器(比较三种类型的PSS:发电机转 速偏差AW、功率偏差AP和频率偏差Af作为输入信号)，得到正常运行以及故障时的仿e 真波形和控制曲线，分析整个励磁系统的性能。四、研究方案，工作特色及难点(一) 研究方案(1) 熟练使用 MatLAB 软件，利用 SimPowerSystems 工具箱构造含有励磁控制器的单机 无穷大系统仿真模型。(2) 掌握基本概念和原
12、理(如：PID控制原理、PSS原理)。(3) 确定不同工况下，考虑饱和时大型发电机的参数。(4) 确定发电机饱和参数对励磁系统控制规律的影响。(二) 工作特色用Matlab对不同的发电机励磁系统以及不同工况进行仿真，通过对仿真结果的分析比较，得到每一种系统的优点和不足，使同步发电机励磁系统的性能达到最优。(三) 难点(1)如何确定不同工况下，考虑饱和时大型发电机的参数。(2)大型发电机饱和参数对励磁系统控制规律的影响。五、预期成果和可能的创新点(一)预期成果(1) 建立考虑饱和参数影响下发电机及其励磁系统仿真模型。(2)总结不同工况对发电机饱和参数的影响规律。(3) 得到发电机参数变化对励磁系
13、统控制规律的影响。(二)可能的创新点(1)建立考虑饱和参数影响下发电机及其励磁系统仿真模型。(2)研究饱和参数对于发电机励磁控制规律的影响。六、主要参考文献1 韩英铎，谢小荣，崔文进同步发电机励磁控制研究的现状和走向J清华大学学报(自然科学版)，2001,41(4/5)：142-146.2 杨滨，吕鸣镝，刘俊.PSS及最优励磁方式对电网稳定影响的分析J黑龙江电力2003,25 (6)：477-480.3 F.D.Demello,C.Concondia.Concepts of synchronous machine stability as affected by excitation cont
14、rol.IEEE Tran PAS,1969.64 卢强，王仲鸿，韩英铎.输电系统最优控制.北京：科学出版社， 19875 李家坤同步发电机励磁控制方式发展综述J.电力学报，2005(1)6 任婕基于非线性理论的同步发电机励磁控制研究D.湖南大学硕士学位论文，2004.37 李啸骢，程时杰，等.一种高性能的非线性励磁控制J.中国电机工程学报，2003，23(12)8 王世俊，陈树棠变参数PID调节的仿真研究J福州大学学报(自然科学版)，2000，289 周学松，等微机非线性励磁控制的理论研究J.中国电力，1997, 30(3):3610 T. Lahdhiri， A. T. Alouani.
15、Design of a robust nonlinear excitation controller for a single machine infinite-bus power system.IEEE Transactions on Industry Applications， 2002， 4， Vol21， No4:22823211 朱方，赵红光，刘增煌，寇惠珍.大区电网互联对电力系统动态稳定性的影响J.中国电机工程 学报， 2007， (01)12 N. Kakimoto, etal, Transient stability analysis of multimachine power systems by Lyapunovs directmethod,IEEETrans.PowerApp.Syst.vol.PAS-99,no.5,SepOct1980.13 A. Ghosh,G.Ledwich,0.P.Malik,GS.Hope,Powersystemstabilizerbasedonadaptive control techniques, IEEE Trans. On PAS, Vol. PAS-103(8), 1984, pp.
