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摘 要

同步电机就是指转子转速与内部旋转磁场转速相同的交流电机，它可以通过调节励磁电流来改变电枢电流的相位同时改变同步电机的功率因数，这样可以根据各种实际工作环境满足电力系统的需求，在电力系统中同步电机被广泛应用为发电机为整个电网提供有功功率。作为电力系统的心脏，对于它的研究一般是先建立起对应的数学模型，然后应用仿真软件对其进行仿真分析。

本文在SIMULINK的仿真环境下，首先基于同步电机三阶数学模型，将其应用为电动机进行了模拟仿真，对空载与突然带负载进行了分析，后又基于dq0坐标下的空载标幺值数学方程，对一个810MVA的同步发电机进行仿真，建立了一个高阶的同步电机仿真模块，通过对原动机瞬间加大输出转矩来分析对同步电机转速和输出三相电压产生的影响。

关键词：同步电机 仿真 数学模型 建模

Comparative study on disturbance characteristics of different synchronous generator models

Abstract

Synchronous motor is refered to the rotor speed and uniform speed of the rotating magnetic field of AC motor, it can be adjusted by the excitation current to change the phase of the armature current and the power factor of synchronous motor, according to practical working environment so that it can meet the power system's demand, in the power system it is widely used. As the heart of the electric power system, the first of all is to establish the corresponding mathematical model, and then use the simulation software to simulate and analyze it.

This paper under the Simulink simulation environment, first synchronous motor bases on third order mathematical model, will be used as motor to make the simulation, for no-load and suddenly with a load disturbance is analyzed, and based on dq0 coordinates of the no-load p.u. value of the mathematical equation, is simulated by the mathematical model of a 810MVA synchronous generator, a higher-order synchronous motor simulation module is established,

By means of increasing the output torque of the prime mover, the synchronous motor speed and the output voltage of the three phase voltage are analyzed.

key word：Synchronous motor; Simulation; Mathematical model; Modeling

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究的意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本论文研究的内容 3

第二章 电力系统仿真与MATLAB 4

2.1电力系统的仿真 4

2.2 MATLAB软件介绍 5

2.3 基于MATLAB的SIMULINK仿真模块 6

第三章 同步电机的数学模型 9

3.1 理想同步电机 9

3.2 同步电机数学模型的建立 10

3.2.1 abc坐标下的有名值模型 11

3.2.2 dq0坐标下的有名值方程 12

3.2.4 dq0坐标下的同步电机空载方程 15

第四章 基于SIMULINK的同步电机建模仿真 20

4.1 低阶同步电机的建模仿真 20

4.1.1 原型机 20

4.1.2二级子系统的设计 21

4.2 低阶同步电机的扰动分析 26

4.3高阶同步电机的建模仿真 28

4.3.1原型机 28

4.3.2 PID调速器和原动机的设计 33

4.3高阶同步电机的仿真试验与分析 35

第五章 总结 38

致谢 39

参考文献 40

第一章 绪论

1.1研究的意义

同步电机就是指电机转子转速与旋转磁场转速相同的交流电机，同步电机的一个很大的特性在于可以通过励磁系统调节励磁电流，改变电枢电流的相位同时改变电机的功率因数。基于这个特点同步电机主要应用为电动机，发电机和调相器。在电力系统中，同步电机被广泛应用为发电机，为整个电网提供有功功率，所以在电力系统中占重要地位。

在电力系统高度发展的现今，电网的单机容量飞快增长以及越来越多的远距离输电是如今电力系统的现状。对于发电机在运行时遇到的线路扰动还有远距离输电在线路上发生的扰动的研究就显得十分有必要，发电机作为电力系统中的心脏，其模型的准确性很重要。由于电力系统事故所造成的损失很大，因此提高运行人员技术水平，防止事故发生及在事故发生后避免事故扩大就显得很重要，所以电力系统仿真迅速发展，它有着极佳的经济性、有效性以及时效性。

同步电机的数学模型是电力系统仿真研究的基础，所以如何选取以及选取怎样的数学模型就显得很重要。

同步电机的数学模型通常是由两部分组成即电压电流磁链方程和转子运动方程。对应于不同的假设条件，同步电机模型可以简化为各种实用模型。例如运算精度不高却又广泛应用于电力系统中的三阶数学模型，它是最简单的同步电机模型，忽略定子d轴绕组和q轴绕组的暂态同时忽略D轴和Q轴的阻尼绕组。但在转子运动方程会加入阻尼项来近似考虑。

然而在电力系统中，通常使用暂态参数和次暂态参数的同步电机模型，它是在原始派克方程的基础上通过引入不同的假设条件得到同步电机的各阶数学模型，所以通过对各阶同步电机模型的研究分析可以对电力系统仿真提供必要的理论依据。使用精确度不高的模型，很有可能会影响仿真结果从而影响人们对系统稳定性的判断。 因此，对不同同步发电机模型研究，就显得十分重要。

1.2国内外研究现状

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