pid的发电机励磁系统控制设计(附件)
随着社会经济的发展，电力系统在当代社会的发展非常迅猛。互联网计算机技术、控制理论技术、电力电子等技术的发展也加进了励磁制造技术走向成熟、可靠、稳定。本课题是同步发电机励磁控制器。它是同步发电机整个控制系统的核心内容，这个系统是一个非常典型的反馈系统，它是基于PID的（比例、积分、微分）控制器，是最早实用化的控制器已有70多年的历史，到现在仍然还是各大企业应用中最为广泛的工业化控制器。PID的控制器还是比较简单易懂的，在PID控制器的使用过程中不需要精确的系统模型一些优先条件，所以成为了工业上应用最为广泛的控制器。本设计制作一个较为简单的PID控制的励磁控制系统的模型同时在Matlab中进行仿真。关键词 励磁，发电机，PID控制，Matlab仿真目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 课题研究的意义 4
1.4 本课题的研究任务及要求 4
1.5 本章总结 5
2 PID的发电机励磁系统控制及其相关技术的简介 6
2.1 发电机励磁系统的简介及原理 6
2.2 PID 7
2.3 Matlab 9
2.4 本章总结 11
3 PID发电机励磁控制系统的需求分析 12
3.1 系统所要实现的目标 12
3.2 技术的可行性 12
3.3功能需求分析 12
3.4 本章总结 12
4 PID发电机励磁控制系统的设计 13
4.1 总体设计 13
4.2 模块设计 14
4.2.1 总体模块 14
4.2.2 发电机模型 14
4.2.3 PID模型 16
4.2.4 Three-PhaseSeries RLC Load参数设定 18
4.2.5 Three-PhaseSeries RLC Load1参数设定 19
4.2.6 Three-Phase Transformer (Two Win
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
.1 总体模块 14
4.2.2 发电机模型 14
4.2.3 PID模型 16
4.2.4 Three-PhaseSeries RLC Load参数设定 18
4.2.5 Three-PhaseSeries RLC Load1参数设定 19
4.2.6 Three-Phase Transformer (Two Windings)参数设定 19
4.2.7 Three-Phase Fault参数设定 20
4.2.8 Three-Phase Source参数设定 21
4.3 本章小结 21
5MATLAB仿真 22
5.1仿真的参数设定及运行 22
5.2 三相扰动 22
5.3 单项扰动 23
5.4 PID的参数变化 23
5.4.1 PID积分环节参数的影响分析 23
5.4.2 PID微分环节参数的影响分析 25
5.4.3 PID增益环节参数的影响分析 26
5.5 本章总结 28
总结与展望 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 课题背景
随着经济以及电力行业的不断发展和壮大以及单机容量的机组的不断增大，这使得对我们对机组的要求各种要求也变得越来越高，这不仅仅是考虑的一些机组的可用率、运行效率和安全性因素，而且对机组的一些可靠性和经济性也提出的更加高的要求。发电机的核心控制系统是励磁控制系统，励磁系统的运行状态的优劣直接关系到发电机运行的可靠性和经济性。因此，为了保证励磁系统的安全、可靠的工作是至关重要的重要。我们对励磁系统进行以一些状态检测和诊断作用也更为有必要，这不单单能够减少设备维护的经济，还能非常有效果的提高系统的可靠性。同步发电机运行中的控制核心也是励磁系统，这使得对发电机的可靠性、安全性、经济性以及有关的其它特性有着更为直接的影响。为了能够使同步发电机正常运行，励磁系统能够相对稳点地提供同步发电机从空载及过载所需要的励磁电流。励磁系统可以直接通过调节发电机励磁绕组两端的励磁电压，来影响发电机的电动势，最终达到稳定端电压的目的。
当今社会各国的工业化以及自动化已然成为衡量各个国家和行业的现代化水平的一个重要的标志。而且各控制理论的发展也随着时代发展而发展，控制理论经过了三个发展阶段有古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。全自动洗衣机是智能控制理论的一个最为典型的事例。开环控制系统和闭环控制系统是自动控制系统的两种不同的分类。控制器、传感器、变送器、执行机构、输入和输出接口是每一种控制器必不可少的组成部分。每一种控制器的输出一般要经过输出接口、执行机构，然后被加到控制的机构上；有关控制系统的一些被控制的量要进过传感器和变送器，最后通过输入接口再送到控制器上。不同的控制系统，它们内部的有关的传感器、变送器、执行机构的各种情况也是不一样的。比如压力控制系统就需要采用压力传感器的有关设备；电加热控制系统的传感器就是温度传感器的一个分类。当前，PID控制及其控制器和有关智能的PID仪器仪表控制器市场上已经有很多种类的产品，大多数的控制产品在实际中都得到了最为广泛的应用，而且市场上有实力的各大公司也不断的开发了具有PID参数自整定的智能调节产品，其中PID控制器参数是自动调整，它是通过智能化进行自动调整、自我校正、自我适应算法来完成的。
1.2 国内外研究现状
目前生产的发电机绝大多数是相复励系统，它的稳态和动态的电压调节的特性比较其他的要差。为了提高复励系统的性能国内以及国外都在开发和研究无刷励磁的系统。国内外开发的无刷的励磁发电机一般都是向着50Hz、60Hz的通用F级绝缘和体积小、重量轻、效率高的发展方向，比如德国西门子公司的IFC5系列发电机。它为了提高励磁系统可靠性，它的转子采用整体性比较好的凹凸结构以及导热性、热固定性能好的绝缘胶，因而其整体性能相对较好，绕组两端端部比较短，超速性能进一步加强；发电机采取断路保护和断路保护具有短路、过载、欠压等保护功能，随着人们的保护特性的要求不断提高，所以现在向着PID发电机励磁系统的控制发展方向。
1.2.1 国外研究现状
国外自从这个世纪80年代开始就已经广泛用电力系统稳定器的技术，并且已经达到实用的阶段，而且取得了很好效果。前苏联的学者列别节也夫、波特维尼克在1938到1950年期间首次提出了同步发电机在人工稳定区间来工作的这一概念，在当时指出只要在自动励磁调节器具有无失灵区的作用和性能条件下，即使是在最简单的发电机电压偏差反馈调节控制的规律作用下，也能够可使发电机稳定地扩展进行运行，直到转子的功率角α大于90度的区域中。另外在无励磁调节的情况下，发电机的运行的功角为α等于90度的区域，所以当我们假设自动励磁调节是没有任何惯性的时候，常规PID控制的快速励磁性能能够大大提高发电机组织的静态稳定。美国在1969年基于多元函数分析的方法给出了同步发电机转子所产生磁场的电磁惯性带来的滞后的作用，通过机—电的耦合现象引起机组的“负阻尼”的现象，这有可能导致电力系统的振荡的幅值不断的加大。同时还提出一种新的技术，就是利用自发电机转速或者机端频率的制稳信号，通过“稳定函数”的动态校正法和加在励磁调节器上用作附加调节信号的励磁控制的方式，在文中被称为电力系统的稳定器的作用。在文献中强调，这种“稳定函数”形式以及参数的选择是同电力系统时时运行结构和及时情况相关联的有这不可分割的作用。我们希望将来能够寻求一种新函数，这种函数能满足电机及电力系统广泛运行方式下的稳定函数，但是这样的函数现在当前还并没有找到。在文本中1981年做了进一步的使用方法说明分析。在具体的实际使用中，根据它是在线性化的和特定的系统结构模型的基础上设计的，因此这与实际使用情况并不相符合，它工作的鲁棒性还没有能得到解决。这样来说，这种鲁棒性问题存在于在实际应用
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 课题研究的意义 4
1.4 本课题的研究任务及要求 4
1.5 本章总结 5
2 PID的发电机励磁系统控制及其相关技术的简介 6
2.1 发电机励磁系统的简介及原理 6
2.2 PID 7
2.3 Matlab 9
2.4 本章总结 11
3 PID发电机励磁控制系统的需求分析 12
3.1 系统所要实现的目标 12
3.2 技术的可行性 12
3.3功能需求分析 12
3.4 本章总结 12
4 PID发电机励磁控制系统的设计 13
4.1 总体设计 13
4.2 模块设计 14
4.2.1 总体模块 14
4.2.2 发电机模型 14
4.2.3 PID模型 16
4.2.4 Three-PhaseSeries RLC Load参数设定 18
4.2.5 Three-PhaseSeries RLC Load1参数设定 19
4.2.6 Three-Phase Transformer (Two Win
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
.1 总体模块 14
4.2.2 发电机模型 14
4.2.3 PID模型 16
4.2.4 Three-PhaseSeries RLC Load参数设定 18
4.2.5 Three-PhaseSeries RLC Load1参数设定 19
4.2.6 Three-Phase Transformer (Two Windings)参数设定 19
4.2.7 Three-Phase Fault参数设定 20
4.2.8 Three-Phase Source参数设定 21
4.3 本章小结 21
5MATLAB仿真 22
5.1仿真的参数设定及运行 22
5.2 三相扰动 22
5.3 单项扰动 23
5.4 PID的参数变化 23
5.4.1 PID积分环节参数的影响分析 23
5.4.2 PID微分环节参数的影响分析 25
5.4.3 PID增益环节参数的影响分析 26
5.5 本章总结 28
总结与展望 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 课题背景
随着经济以及电力行业的不断发展和壮大以及单机容量的机组的不断增大，这使得对我们对机组的要求各种要求也变得越来越高，这不仅仅是考虑的一些机组的可用率、运行效率和安全性因素，而且对机组的一些可靠性和经济性也提出的更加高的要求。发电机的核心控制系统是励磁控制系统，励磁系统的运行状态的优劣直接关系到发电机运行的可靠性和经济性。因此，为了保证励磁系统的安全、可靠的工作是至关重要的重要。我们对励磁系统进行以一些状态检测和诊断作用也更为有必要，这不单单能够减少设备维护的经济，还能非常有效果的提高系统的可靠性。同步发电机运行中的控制核心也是励磁系统，这使得对发电机的可靠性、安全性、经济性以及有关的其它特性有着更为直接的影响。为了能够使同步发电机正常运行，励磁系统能够相对稳点地提供同步发电机从空载及过载所需要的励磁电流。励磁系统可以直接通过调节发电机励磁绕组两端的励磁电压，来影响发电机的电动势，最终达到稳定端电压的目的。
当今社会各国的工业化以及自动化已然成为衡量各个国家和行业的现代化水平的一个重要的标志。而且各控制理论的发展也随着时代发展而发展，控制理论经过了三个发展阶段有古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。全自动洗衣机是智能控制理论的一个最为典型的事例。开环控制系统和闭环控制系统是自动控制系统的两种不同的分类。控制器、传感器、变送器、执行机构、输入和输出接口是每一种控制器必不可少的组成部分。每一种控制器的输出一般要经过输出接口、执行机构，然后被加到控制的机构上；有关控制系统的一些被控制的量要进过传感器和变送器，最后通过输入接口再送到控制器上。不同的控制系统，它们内部的有关的传感器、变送器、执行机构的各种情况也是不一样的。比如压力控制系统就需要采用压力传感器的有关设备；电加热控制系统的传感器就是温度传感器的一个分类。当前，PID控制及其控制器和有关智能的PID仪器仪表控制器市场上已经有很多种类的产品，大多数的控制产品在实际中都得到了最为广泛的应用，而且市场上有实力的各大公司也不断的开发了具有PID参数自整定的智能调节产品，其中PID控制器参数是自动调整，它是通过智能化进行自动调整、自我校正、自我适应算法来完成的。
1.2 国内外研究现状
目前生产的发电机绝大多数是相复励系统，它的稳态和动态的电压调节的特性比较其他的要差。为了提高复励系统的性能国内以及国外都在开发和研究无刷励磁的系统。国内外开发的无刷的励磁发电机一般都是向着50Hz、60Hz的通用F级绝缘和体积小、重量轻、效率高的发展方向，比如德国西门子公司的IFC5系列发电机。它为了提高励磁系统可靠性，它的转子采用整体性比较好的凹凸结构以及导热性、热固定性能好的绝缘胶，因而其整体性能相对较好，绕组两端端部比较短，超速性能进一步加强；发电机采取断路保护和断路保护具有短路、过载、欠压等保护功能，随着人们的保护特性的要求不断提高，所以现在向着PID发电机励磁系统的控制发展方向。
1.2.1 国外研究现状
国外自从这个世纪80年代开始就已经广泛用电力系统稳定器的技术，并且已经达到实用的阶段，而且取得了很好效果。前苏联的学者列别节也夫、波特维尼克在1938到1950年期间首次提出了同步发电机在人工稳定区间来工作的这一概念，在当时指出只要在自动励磁调节器具有无失灵区的作用和性能条件下，即使是在最简单的发电机电压偏差反馈调节控制的规律作用下，也能够可使发电机稳定地扩展进行运行，直到转子的功率角α大于90度的区域中。另外在无励磁调节的情况下，发电机的运行的功角为α等于90度的区域，所以当我们假设自动励磁调节是没有任何惯性的时候，常规PID控制的快速励磁性能能够大大提高发电机组织的静态稳定。美国在1969年基于多元函数分析的方法给出了同步发电机转子所产生磁场的电磁惯性带来的滞后的作用，通过机—电的耦合现象引起机组的“负阻尼”的现象，这有可能导致电力系统的振荡的幅值不断的加大。同时还提出一种新的技术，就是利用自发电机转速或者机端频率的制稳信号，通过“稳定函数”的动态校正法和加在励磁调节器上用作附加调节信号的励磁控制的方式，在文中被称为电力系统的稳定器的作用。在文献中强调，这种“稳定函数”形式以及参数的选择是同电力系统时时运行结构和及时情况相关联的有这不可分割的作用。我们希望将来能够寻求一种新函数，这种函数能满足电机及电力系统广泛运行方式下的稳定函数，但是这样的函数现在当前还并没有找到。在文本中1981年做了进一步的使用方法说明分析。在具体的实际使用中，根据它是在线性化的和特定的系统结构模型的基础上设计的，因此这与实际使用情况并不相符合，它工作的鲁棒性还没有能得到解决。这样来说，这种鲁棒性问题存在于在实际应用
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