同步发电机仿真开题的报告

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1、东南大学成贤学院毕业设计（论文）开题报告电气工程系电气工程及其自动化专业课题名称： 同步发电机的建模与仿真学生姓名：学 号：起讫日期：设计地点：指导教师：专业签字：课题名称毕业设计（论文）开题报告同步发电机的建模与仿真一、选题背景与意义（300字左右）同步发电机是电力系统之中最常用的交流发电机，也是最复杂的元件，它的静态和暂态特性与其控制 和保护直接相关。同步发电机建模和仿真是电力系统研究的重要手段之一。通过本课题，能够基本掌握 同步发电机的电气参数特点、暂态和动态特定、励磁器和调速器的控制特点、故障分析等。随着MATLAB 软件的推出与发展，该软件强大的计算能力和完善的电力系统模型使得同步发

2、电机的建模与仿真问题变 得简捷而准确，MATLAB中的SIMULINK的仿真模型能够满足实际电力系统研究的需要。通过建立同步发 电机系统的MATLAB仿真模型，该模型层次分明，连接简洁，调试方便，同步发便于分析电机的各种静 态、暂态特性，励磁器和调速器及其参数的设定对发电机的作用和影响，使电机结构和内部电磁关系变 得清晰。同时，仿真结果对于同步发电机系统的参数设计、故障保护、设备运行可靠性等工作都具有重 要意义。二、课题关键问题及难点（300左右字）（1）熟悉和掌握电力系统暂态稳定性分析的基本理论、初步了解MATLAB7.8（2）掌握和了解电力系统暂态稳定性和分析发电机的暂态数学模型（3）对发

3、电机、变压器、线路及负荷的数学模型进行分析并分类整理；确定用于机电暂态分析的模型； 用MATLAB的Simulink建立用于暂态稳定性分析的模型；（4）学会使用MATLAB的simulink系统完成下列基本功能：1、同步发电机三相短路故障设置；2、对单机一无限大容量系统的暂态稳定性分析；3、对双机系统的暂态稳定性分析（5）用用MATLAB的simulink完成同步发电机本身及其控制系统（励磁器、调速器）的完整动态模型 及简化模型，内容包括描述方程式、等值电路、参数设置、分析方法及结果解读和应用；MATLAB以及 Simulink 应用。三、文献综述（或调研报告）（1200字左右）MATLAB是

4、一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环 境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括:：数学计算、运算法则的 推导、.模型仿真和还原、数据分析，采集及可视化、科技和工程制图、开发软件，包括图形用户界面的 建立。MATLAB是一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很 多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题，有时还能写入非交互式语言如C和Fortran等。 MATLAB的名字象征着矩阵库。MATLAB的一系列的特殊应用解决方案称为工具箱（toolboxes）H具 箱包含着M-file集，它使

5、MATLAB可延展至解决特殊类的问题。在工具箱的范围内可以解决单个过程， 控制系统，神经网络，模糊逻辑，小波，仿真及其他很多问题。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和 图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建 立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试 验平台，同时SIMULINK还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的Bode图和Nyquist图。Simulink 是用于仿真建模及分析动态系统的一组程序包，它支持线形和非线性系统，能在连续时间，离散时间或 两者的复合情况下建模。系统

6、也能采用复合速率，也就是用不同的部分用不同的速率来采样和更新。 Simulink拥有全面的库，如接收器，信号源，线形及非线形组块和连接器。在定义了一个模型后，就可 以进行仿真了，用综合方法的选择或用Simulink的菜单或MATLAB命令窗口的命令键入。使用scopes 或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步，可以改变其中的参数同时可以立即看到结果 的改变，仿真结果可以放到MATLAB工作空间来做后处理和可视化。同步发电机建模对于具有阻尼条的凸极机，由于空气隙旋转磁场总可以分解为两个轴线与转子正，交轴重合的脉动 磁场，因此模型得以建立。取定子各相绕组轴线及其磁链的的正方向，dq轴线

7、的正方向，励磁绕组以及正交轴阻尼绕组磁链的 正方向，如图（21）所示，定子各相绕组电流产生的磁通方向与各该相绕组轴线的正方向相反时，这 些电流为正值。换言之，定子各相正值电流将产生各该相负值磁链。转子各绕组电流产生的磁通方向， 与正轴或交轴正方向相同时，这些电流为正值。即，正值转子电流将产生正值转子绕组磁链。br-axis bs-axis kq-axis/、 /、ar-axis/ f/ XXfX A一as-axisd-axescs-axis r cr-axis图21定子、转子各相的旋转d, q坐标定位按图21的电磁量取向即可列出如下的同步电机电压方程和磁链方程: 电压方程:(2-1)X = T

8、Sabcs * Pbcsabcr r abcrabcr其中，p为求导算子，即p =d/dt, v为各绕组电压，z为各绕组电流，r为各绕组电阻，人为各绕组合成磁链，v l一人-asasasv -V,l -l,人-力abcsbsabcsbsabcsbsV力cscscs(2-2)v lf 一arararv -v,l -l,人 -力abcrbrabcrbrabcrbrvl力crcrcr(2-3)定义f为电流，电压，磁链的共同变量，则有fabcs=fas2 1登32 -5( f * f)+ (f - f)3 as 2 bs cs2 bs cs.1 _* JJ3( fbs fcs )(2-4)将abc模型

9、转换为dq模型可更方便地研究，abc轴上的变量转变成dq轴上的转换如下：2cC 2兀c 2兀f f cos 0* f cos(0) * f cos(0) (2-5-1)qs 3 asbs3 cs32八八2兀八2兀(2-5)1 f f sin 0* f sin(0) * f sin(0)(2-5-2)ds 3 asbs3 cs31 fs= 3fs * fbs * fcs(2-5-3)定义 a =幻2兀/3，将(2-5-1)j (2-5-2)可得f 二 f - jf =-f e-j0 * f e-j(0-2兀/3)* f e-j(0+2兀/3)(2-6)一 qdsqs ds 3 asbscs=e

10、-j0 f * af + a2 f = e -j0 fas 一 bs csabcs同理，.2f= 3e-j(。一。,)f + af + a2f = e-i(。一。,)f(2-7)定义其中，Ns，Nr分别为定子和转子的匝数 则有、其中转子方程:其中bJ abc r=fabc rA 2rr=rJA2,L = Lj(2-8)v = ri+ (L + L )pi + L pii+ jw(L + L )i+ L iqds s 一 qds Is m qds m qdrIs m 一 qdsm qdr(2-9)V = rfi + (Lf + L )pi+ L pi+ j()(L + L )i_+ L i qd

11、r r qdr Ir m qdr m 一 qdsr Ir m qdrm qds定子方程:*=r is ds+d人z7nmkdsdtqs Vqs=+dkqsdt+ mkds(2-10)V0 s=r is 0 s+dk0s dtkdsuqskl 0 s=L +1=LKs + Lm =y s(i + i) dsdr(i+ i)qsqr(2-11)匕 dr=rLdk+ drdt(m - m ) kr qrV，qr讨or=riv=叩。rdk+ qr dtdk + Or dt- (m - m ) k，(2-12)a=L i+ L (i+ i )drIr drm dsdr=L i+ L (i+ i()qrI

12、r qrm qsqr人=L i1 0 rIr 0 r(2-13)解方程很容易，在大多数情况下，中枢电流不存在。这种情况下中性轴分量上的电压v和v恒等于0， 因此剩下的四个方程可以表示为一个矩阵vdsvqsv，drv，1- qr -1r + L pLsLmP(- ) LLsr + L p( ) LLmpmLmpLmr + L p(一 ) LLmLmp( ) Lrr + L pI出Iqi driqr(2-14)以上即为同步电机数学模型。同步发用.机在运行过程中，其内部的磁场分布和感应电势的变化规律相当览杂,通常用一邹:一阶膏系数 成变系数的做分方程组来描述求解这类方程蜜佐筑的敬怯是通过TWjRew

13、或C语言编秽术数 值解或用MATLAB语言编程求解口达祥做降了馈程大、调试;困建、运算速度舞慢等映点外，其物理解丈 也不壤清晰，而2通翔性粒差L3t&本文根据同米发电机的等效电路，应用MARIKR/SIMLLIXK,建立f 同步发电机的SIMULINK模型，诙模葬拿叛分明、连接荷洁、无孺蚊程、调试方便，这就使电机结发和内部 株磁关系的概念变得清晰.并大大提高了运算速度#1同步发电机的电路模型本一文研究的是转报式的凸横同步发也机.除x/k三相定子统组外还有转了上的刷畿境蛆和阴尼蜂组。 在.舛标系值系统下，同步发电机在的。坐标系中的期槌方程可表述为商=一邳i细+里* 房十尖过i讶典=一以.+里 曲

14、 二一-珈M嫉拘=-工函垃1 时函+ .叼1有嬉M =一 面玷*工1拒房 +工1村3dlAlq Haq Fq，11 q- I f其中，他、冉、腐、做f、阳八内v个剧表示d辅定于烧组W输定于统组、零轴定于统甑，励I敏彘组念轴）用轴 物尼绕玺和彳独阴尼蔬尘的磁链&由此可得到d帼、彳朝和零轴回谶的电压方程。以十韧为例,电压方程 为吟=P岛1& 一 中国一门中习丁 =P（ - % +工四）弟+中户、 riQ #（丁11* -匚的打七* P-q。- 皿小卒根据该式可得到同步发电.机的g袖等效电路，如图1所示。同理建可得到d轴等效电路（胳）*根据该等数电篇可建史同步发电机d辅和/轴韵SFMUUNK模该等效

15、电路使用的是 也口坚标系蛾中的 J 毯 数匚由电机坐所蜜换的理论司知.用教学的方桂可以 牌单迥完成从 呻坐弥系到 必 坐标系的转顿.根 蝎该教学表达式.可整立相疵的坐唯变换模垸曰利用 MATL.IBTIMULWK中用方隹图进行建 模的图形搂口，困用其中的的能函数库.逸择所需簇的 模决，也立同步衣电机的d轴于携映g轴于模以及坐标变换于模块等在此基础上.裾到系统主模关 抻分层结利的模型，物理概念非常清晰，容.房之间渣过欢志该模块来连接和查带，咎模块的拒纳结构早 作用直观明r 其中，图2息系统狗主魏块忌3宅岫于模块uS 2 同推发电机靠算SJWULINK至收块囤3同步魏电机q辍孑蝶块2 同步发电机的

16、SI Mb LINK模型1 MATLAB Simulink 使用手册，Maths Works 公司，20102 李光琦编.电力系统暂态分析M.北京：中国电力出版社.19953 胡虔生、胡敏强、杜炎森合编.电机学M .北京：中国电力出版社.20014 李宏伟、梁军、黄海静等编.基于MATLAB的多机电力系统建模与稳定性分析J .继电器，2004,32 (15)： 795 Power System Block set for Use with Simulink , User s Guide Version 1M . 19986 于永源、杨绮雯编 电力系统分析 北京：中国电力出版社.2007四、方案

17、（设计方案、研制方案、研究方案）论证（不少于100字）（1）熟悉和掌握同步发电机的参数、等值电路；掌握和了解同步发电机的基本方程、动态模型；了解同 步发电机简化模型；（2）学习掌握和应用MATLAB中的Simulink，会建立两个基于MATLAB Simulink用于暂态稳定性分析的系统模型（单机、双机系统）（3）撰写一篇有关该系统模型的使用说明（内容包括建立系统接线图、录入数据、启动计算、输出结果、解读输出报告等）（4）撰写一篇应用研究论文四、工作计划（不少于300字）1. 熟悉和掌握同步发电机的参数、等值电路；2. 掌握和了解同步发电机的基本方程、动态模型；3. 了解同步发电机简化模型；4. 继续阅读有关课题的书籍及文献；5. 翻译一篇与课题有关的英文文献；6. 掌握励磁器、调速器数学模型；7. 学习MATLAB SIMULINK的使用方法；8. 学习DEMOS使用SPS建立简单的系统模型；9. 通过SPS建立单机无穷大系统；10. 构建（新建）一个励磁系统；11. 单机无穷大系统模型数据录入；12. 双机系统模型数据录入；13. 仿真模型调试；14. 使用说明书整理；完善分析模型，论文撰写；毕业论文答辩以及后期修改指导教师意见：签名：年 月 日