基于MATLAB的同步发电机励磁系统仿真研究

１６９　柬工案技术　电力技术　基于ＭＡＴＬＡＢ的同步发电机励磁　系统仿真研究　汪夏斌　（广东惠州天然气发电有限公司，广东惠州５１６０８２）　摘要：发电机的励磁系统可以将机端电压维持在一个相对稳定的水平，这对于保证发电机正常运行是至关重要的。另外，励磁系统还有助于　发电机的暂态稳定。本文在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ试验环境下搭建了最为典型的单机一一无穷大系统仿真模型，并在此模型的基础上研究系统发生　三相短路故障时发电机励磁系统的动态调节特性，以便为更深刻地理解发电机的励磁性能对电机本身的影响做好铺垫。　关键词：ＭＡＴＬＡＢ；同步发电机；励磁系统　ＤＯＩ：１０．１６６４０／｝．ｃｎｋｉ．３７—１２２２／ｔ．２０１７．０２．１５０　１　引言　同步发电机作为电网能最的注入者而注定成为电网中的重要元　件，其运行性能好坏将直接关系到整个电力系统是否能够保持安全稳　定运行”　，同步发电机的合理控制为此显得颇为重要。虽然调节机械　功率和励磁电压是发电机控制的最主要的两个方法，但是由于调节机　械功率需要调整过程缓慢的调速器，因此在研究励磁系统的控制时可　以将调速器认为不动作。这样，励磁控制和机械功率控制便可以解耦　分析。　发电机的励磁系统在维持发电机机端电压水平恒定和合理分配并　联机组无功方面具有突出贡献，并且对于电力系统的稳定运行也有相　当重要的作用　。三相短路故障已成为公认的电网最为严重的事故之　它一旦发生便有可能造成大面积停电，严重威胁电网的安全稳定　运行。因此，本文通过仿真研究发电机励磁系统对发电机三相短路过　渡过程的影响具有重要意义。　一，２仿真模型　一　本文为了重点研究励磁系统对发电机暂态稳定的影响而简化了电　力系统模型，在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｔｄｉｎｋ环境下构建如图１所示的单机一　无穷大系统仿真模型。　一～　　荡现象，这是由于励　磁电压的剧烈变化　导致，说明励磁系统　调节过程有可能引　：Ｆ＝＝＝＝　＝■——　二＝：＝＝＝＝＝＝＝　＝＝　］　发系统振荡。　ｌ　ｎ＾ｎ＾ｊ　１　ｔ　～，一—　＿ｖ　……——一一—一＿＿　由图３—２和图　３—３还可以看出，发　电机出口发生三相　短路瞬间时功角同　样发生了振荡现象，　图３—２三相短路时转速、功角与有功输出　机端电压大减，输　出的有功Ｐｅｏ猛减后　开始波动，１５．１ｓ时　刻故障消失，在励　磁系统强励调节作　用下输出的有功Ｐｅｏ　在机端电压恢复后　也很快恢复了正常　值；机端线电压Ｖｔ　在１５ｓ时刻因为短路　故障而由额定值１陡　图３—３三相短路时机端电压　降至Ｏ．４，之后由于　强励的启动，机端线电压Ｖｔ不再急剧下降，而是开始在０．３附近减幅　波动，１５．１ｓ时刻故障消失后机端线电压Ｖｔ在强励作用下迅速恢复到　额定值１。转子转速ｗ在短路时由于发电机负载大减，因此开始加速，　在强励的作用下才被控制住，由于惯性较大经１５ｓ时间减幅波动才稳　定在额定值１。　由上述仿真结果可以看出，励磁系统在系统发生三相短路故障时　对发电机进行强励调节能使发电机较快地恢复机端电压，并且保持发　此仿真模型由实际电网简化而来，简化后保留了发电机、励磁控　电机有功功率的正常输送和可以有效提高发电机的暂态稳定性。　制系统、变压器、双回线路、负荷和无穷大系统。　图１　单机无穷大简化模型　３仿真分析　罩　三　ｊ　４总结　本文基于ＭＡＴＬＡＢ构建了单极一无穷大系统模型并且对发电机出　线首端发生三相短路故障时励磁系统的调节过程进行了仿真研究。研　究结果表明，励磁系统的强励调节可以使三相短路故障时发电机机端　电压尽快恢复，并且保证发电机有功功率正常输送，这对于提高发电　机的暂态稳定性具有较大帮助。　参考文献：　案例：设置同步发电机在１５秒时刻出线首端发生三相短路故障，　研究励磁系统在发电机三相短路故障过渡过程中的调节作用。　由图３－１可以看出，当同步发电机１５ｓ时刻出线首端突然发生三　相短路时的励磁电压　Ｖｆｌ快速上升到最大　电压值５，这说明了　励磁系统在三相短　路瞬态进行了强励　调节来阻止机端电　压迅速跌落。另外，　还可以看出励磁电流　ｌｆｄ的波形出现了振　［１］杨培宏．发电机励磁系统对电网稳定性的影响［Ｄ】．包头：内蒙古　科技大学，２００８．　［２］丁志东，刘国海．同步发电机励磁对稳定性影响的研究［Ｊ］．大电　机技术，２００７（０４）：６０－６４．　图３１　三相短路时励磁电压与励磁电流　—