基于MATLAB的发电机调速器随动系统仿真

金玉成，孟凡东，靳丽娟（.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨50040；.哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨50040）

基于MATLAB的发电机调速器随动系统仿真

金玉成1，孟凡东1，靳丽娟2
（1.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040；2.哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨150040）

应用M ATLAB软件对水轮发电机调速器随动系统进行仿真建模，通过对系统参数的调试和合理整定，输出结果能快速响应给定值，又不会发生超调现象，能够保证随动系统达到良好的控制效果。

调速器；随动系统；仿真

我国电力部门规定，大电网允许的频率偏差为0.2Hz。水轮发电机调速器通过控制主接力器的位置来保证机组频率的输出稳定，其控制系统是用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统［1］。在机械液压随动系统的设计中，各液压组件的计算选型是一项较复杂和烦琐的工作，在采用MATLAB仿真软件后，只需建立一个符合实际的模型，通过数次仿真，检测随动系统中各环节的时间常数、增益、滞环等对系统的影响，并优选出一组最佳的参数［2］。

1　建立模型

根据水轮发电机调速器控制策略建立调速器控制系统数学模型，见图1。

图1　调速器控制系统数学模型Fig.1 Speed ControlSystem Mathem aticalModel

为简单起见，假设导叶接力器给定位置为正向最大位移，即，Y/Ymax=1。

a.比例阀始终保持开/关方向最大流量不变时，主配压阀阀芯均在T1时间达到开/关方向最大位移（实际上由于对开关机时间的调整，主配压阀开放向和关方向最大位移不一定相等，其对应达到最大位移的时间也不一定相等）。b.主配压阀阀芯的位移正比与其向导叶接力器腔注入的压力油的流量。c.主配压阀始终保持开/关方向最大流量不变时，导叶接力器均在T2时间达到开/关方向最大位移。d.为了简化分析，所有量均取为相对值。

图2　建立仿真模型Fig.2 Sim ulation Mode l

比例阀传递函数为：

输入：作用于比例阀的电压；

输出：比例阀注入主配压阀的压力油流量，限幅于［-1，1］，即电压近似正比于流量，零电压对应零流量，作用于比例阀的最大正/负向电压对应比例阀注入主配压阀的开/关方向最大流量。

输入：比例阀注入主配压阀的压力油流量；

输出：主配压阀阀芯相对于平衡位置的变化或主配压阀注入导叶接力器开/关方向压力油流量，限幅于［-1，1］。

输入：主配压阀阀芯相对于平衡位置的变化或主配压阀注入导叶接力器开/关方向压力油流量；输出：导叶接力器实际位置变化［0，1］。

根据以上数学模型，如果不考虑非线性环节的限幅作用，可得传递函数：

2　系统仿真

假设阻尼比分别取0.8和1.1，为了达到书中要求近似曲线可取ωn为0.4，Y/Ymax为导叶接力器位置相对值，导叶的初始开度为0，给定位置为最大位置Ymax，用Matlab仿真见图3。

图3　Matlab仿真曲线Fig.3 The Matlab Simulation Curve

由图3可见，当阻尼比=0.8时，有超调，但进入稳态（稳态定义为Y/Ymax进入区间［0.98～1.02］）间较快，大约为10s；当阻尼比=1.1时无超调，但进入稳态时间较慢，大约为18s。

图4　输入信号为sin（2π·f·t）时的系统响应进入稳态的幅值频率特性Fig.4 The Input Signal Issin（2π·f·t）Am p litude Frequency Characteristics In Steady State Response of The System

阻尼比=0.8时，在对应相同频率f的情况下，输入正弦信号的衰减幅度小于阻尼比=1.1时输入正弦信号的衰减幅度；在频率f的低频段，当=0.8和=1.1时，输入正弦信号幅值几乎都没有失真，因为此时输入信号变化很慢；当频率f=0.2时，其周期为5s，输入正弦信号为sin（2π·0.2·t），无论在=0.8时还是在=1.1时，其稳态幅值均衰减为约0.1。

3　结论

由以上建模及仿真试验看出，通过调节参数的合理整定，输出结果能快速响应给定值，又不会发生超调现象，能够保证随动系统达到良好的控制效果。

［1］魏守平.水轮机调节系统仿真［M］.武汉：华中科技大学出版社，2011.

［2］季卫，黄宇.MATLAB软件在水轮机调速器设计上的应用［J］.长江科学院院报，2000，17（5）：44-45，51.

Generator Governor Servo System Sim ulation Based on MATLAB

JINYu-cheng1，MENGFan-dong1，JIN Li-juan2
（1.Harbin Mechanical-Electric Machinery Co.Ltd，Harbin 50040，China；2.Harbin Electric PowerEquipmentCo，Ltd，Harbin 150040，China）

This paper introduces the simulation modeling of the hydraulic servo system of the governor for hydro-turbine generator unit based on MATLAB.By the regulation of the system parameters，the output of the hydraulic servosystem isoptim ized.

Governor；Hydraulic servo system；Simulation

TP273.2

A

1674-8646（2015）05-0056-02

2015-03-11

金玉成（1983-），男，黑龙江人，工程师，从事水轮机自动化设计工作。