焦雨庆同步电机控制水力涡轮机系统仿真实验

1、同步电机控制水力涡轮机系统仿真实验 姓名：焦雨庆 学号：08013314 日期：2015年10月23一 实验目的1.掌握MATLAB仿真与SIMULINK模块库的使用方法。2.完成同步电机控制水力涡轮机系统结构图及仿真。3.了解系统不同参数对结果的影响。4.比较不同控制条件对系统稳定状态的影响，分析系统抗干扰能力。二 实验内容1.对nonlinear control of a hydraulic turbine and a synchronous generator系统进行仿真。2.了解系统不同模块的功能。3.了解系统的组成、参数对系统的影响。三 模块分析1) 同步电机输入：Pm，Vf输出：m

2、其中Pm提供了电机的转矩，若Pm为正，则该电机为发电机；若Pm为负，则该电机为电动机。Vf为输入电压，为电机的励磁部分提供电压。M是一个输出向量，包含22个信号。2) 非线性模块：非线性的控制器是用来测试非线性的水轮发电机系统。3) 函数模块：（图3-1-6）双击打开函数可知：函数的方程式为sqrt(u12+u22)4) 三个示波器分别显示Vt：终端电压Ef励磁电压Rotor angle deviation：功率角四 仿真过程1.对基本水力涡轮机控制系统进行仿真1）未修改参数结果如下：Ef励磁电压：Vt 终端电压：Delta 转子角度：分析：根据上述波形我们可以知道Vt在0.3s左右达到稳定状

3、态，而角度达到稳定状态需要较长的时间。根据demo中的表述我们可以知道，系统机械时间常数远大于电气时间常数。1） 修改Vtref的值对Vtref的值进行修改，改为1.05修改后的波形图形如下Ef励磁电压：Vt终端电压：Delta 转子角度从图上我们可以看出，发生较大变化的是功率角。2.对开环水力涡轮机控制系统的仿真由上图我们可以看出，本系统使用相同的励磁系统和水轮机模块来代替上述的非线性控制器。去掉控制器使之成为开环系统。1）未修改参数：Vt转子角度：此图对比用非线性控制器控制的系统我们可以看出，终端电压在大于0.4s后才趋于稳定，花费了更长的时间。2） 修改参数Pm=0.2Vt转子角度3）

4、修改参数Vf0=0.8Vt转子角度发现Vt稳定时间大致不变，但是对于转子角度的影响比较明显4） 同时修改参数Pm=0.3120 Vf0=0.7Vt发现Vt趋于稳定时间变为小于0.4s 3.对采用线性控制器的系统的仿真由上图我们可以看出，本系统使用线性控制器来代替上述的非线性控制器。1）未修改参数Vt转子角度系统花费大概0.8s的时间才趋于稳定，线性控制器达到平衡之前会有一个比较大的上升，说明该系统没有非线性系统稳定综上我们发现，对于用线性模块代替经典非线性模块控制电机的系统，系统的稳定时间会比经典控制系统所花的时间长，但修改不同的参数组合，则可以使系统较快地进入稳定状态。五 实验小结 以前使用MATLAB更多地是用在处理数学问题和优化问题，通过本次实验后发现MATLAB的仿真功能在电力系统的控制中也有着广泛的应用。一个运行良好稳定的系统不仅要有科学完善的结构设计还要有合理最优的参数设置。闭环系统可以提高系统的稳定性和抗干扰能力，而参数的设置会直接