同步发电机励磁系统的PID控制仿真.pdf

第19卷第2期电子设计工程2011年1月
Vol.19No.2ElectronicDesignEngineeringJan.2011

同步发电机励磁系统的PID控制仿真

李昂
（陕西理工学院电气工程系，陕西汉中723003）

摘要：励磁系统是同步发电机的重要组成部分，也是一个典型的反馈控制系统，单纯按机端电压偏差进行的PID控
制其阻尼特性较差，易产生低频振荡。本设计引入辅助控制环节—电力系统稳定器（PSS）增加正阻尼转矩，通过建立
基于MATLAB/Simulink的典型单机-无穷大系统发电机励磁系统的仿真模型，模拟了同步发电机在短路等大扰动下
暂态过程的运行特性，仿真结果表明该设计能够有效地提高系统的阻尼作用，改善发电机的运行特性，提高电力系统
的动态稳定性。
关键词：同步发电机；励磁系统；PID控制；电力系统稳定器；MATLAB/Simulink
中图分类号：TM921.5文献标识码：A文章编号：1674－6236（2011）02-0104-03
PIDcontrolsimulationofsynchronousgeneratorexcitationsystem

LIAng
（DepartmentofElectricalEngineering，ShanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723003，China）

Abstract:Excitationsystemisanimportantpartofsynchronousgenerator，anditisalsoatypicalfeedbackcontrolsystem，
simplybyterminalvoltagedeviationofthePIDcontrolthedampingcharacteristicsofpoor，easytoproducelow-frequency
oscillations.Thedesignoftheintroductionofauxiliarycontrolunit-powersystemstabilizer（PSS）istoincreasethedamping
torque，throughestablishedthesimulationmodelonthePIDcontrolinexcitationsystemofatypicalsingle-machineinfinite-
powersystembasedonMATLAB/Simulink，tosimulatethesynchronousgenerator'stransientoperatingcharacteristicsunder
largedisturbancesuchasshort-circuitfault，simulationresultsshowthatthedesigncanimprovethesystemdampingandthe
generatoroperatingcharacteristics，increasepowersystemdynamicstability.
Keywords:synchronousgenerator；excitationsystem；PID；powersystemstabilizer；MATLAB/Simulink

同步发电机是电力系统唯一的有功功率电源，也是重要目的[2]。优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性
的无功功率电源，其控制性能的好坏将直接决定电力系统的和稳定性，还可有效提高发电机及电力系统的经济指标。
安全与稳定运行。因此，电力系统的仿真大多离不开对同步励磁系统一般由励磁功率单元、励磁调节器两部分构
发电机进行的建模及仿真研究。成，发电机和它的励磁系统所构成的闭环系统称为励磁控制
同步发电机的控制主要是通过机械功率和励磁电压来系统，它是一个典型的反馈控制系统，其控制原理如图1所
实现的。其中，机械功率的调节由调速器的控制作用来实现，示。当发电机正常运行时，由励磁系统供给额定励磁电压/电
在研究电力系统电磁暂态过程时，一般不需考虑调速器的调流；当发电机由于某种原因导致其机端电压发生变化时，通
节作用，而认为机械功率是恒定的。因此，对励磁电压的调节过电压检测单元测量到的信号与给定的参考电压相比较，得
将直接影响发电机的运行特性。本文采用MATLAB6.5对发出的电压偏差信号也发生相应的变化，再经过综合放大单元
电机励磁系统进行仿真研究。的放大作用，形成控制信号，作用于励磁单元，以改变其输出
电压/电流，实现对励磁电压/电流的调节，达到自动调节发电
1发电机励磁系统控制原理及仿真模型
机电压的目的。
1.1发电机励磁系统及其控制原理
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其主要任