金玉成，孟凡東，靳麗娟（.哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱50040；.哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱50040）

基于MATLAB的發(fā)電機調速器隨動系統(tǒng)仿真

金玉成1，孟凡東1，靳麗娟2
（1.哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱150040；2.哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱150040）

應用M ATLAB軟件對水輪發(fā)電機調速器隨動系統(tǒng)進行仿真建模，通過對系統(tǒng)參數的調試和合理整定，輸出結果能快速響應給定值，又不會發(fā)生超調現(xiàn)象，能夠保證隨動系統(tǒng)達到良好的控制效果。

調速器；隨動系統(tǒng)；仿真

我國電力部門規(guī)定，大電網允許的頻率偏差為0.2Hz。水輪發(fā)電機調速器通過控制主接力器的位置來保證機組頻率的輸出穩(wěn)定，其控制系統(tǒng)是用來檢測被控參量（轉速、功率、水位、流量等）與給定參量的偏差，并將它們按一定特性轉換成主接力器行程偏差的一些設備所組成的系統(tǒng)［1］。在機械液壓隨動系統(tǒng)的設計中，各液壓組件的計算選型是一項較復雜和煩瑣的工作，在采用MATLAB仿真軟件后，只需建立一個符合實際的模型，通過數次仿真，檢測隨動系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數、增益、滯環(huán)等對系統(tǒng)的影響，并優(yōu)選出一組最佳的參數［2］。

1　建立模型

根據水輪發(fā)電機調速器控制策略建立調速器控制系統(tǒng)數學模型，見圖1。

圖1　調速器控制系統(tǒng)數學模型Fig.1 Speed ControlSystem Mathem aticalModel

為簡單起見，假設導葉接力器給定位置為正向最大位移，即，Y/Ymax=1。

a.比例閥始終保持開/關方向最大流量不變時，主配壓閥閥芯均在T1時間達到開/關方向最大位移（實際上由于對開關機時間的調整，主配壓閥開放向和關方向最大位移不一定相等，其對應達到最大位移的時間也不一定相等）。b.主配壓閥閥芯的位移正比與其向導葉接力器腔注入的壓力油的流量。c.主配壓閥始終保持開/關方向最大流量不變時，導葉接力器均在T2時間達到開/關方向最大位移。d.為了簡化分析，所有量均取為相對值。

圖2　建立仿真模型Fig.2 Sim ulation Mode l

比例閥傳遞函數為：

輸入：作用于比例閥的電壓；

輸出：比例閥注入主配壓閥的壓力油流量，限幅于［-1，1］，即電壓近似正比于流量，零電壓對應零流量，作用于比例閥的最大正/負向電壓對應比例閥注入主配壓閥的開/關方向最大流量。

輸入：比例閥注入主配壓閥的壓力油流量；

輸出：主配壓閥閥芯相對于平衡位置的變化或主配壓閥注入導葉接力器開/關方向壓力油流量，限幅于［-1，1］。

輸入：主配壓閥閥芯相對于平衡位置的變化或主配壓閥注入導葉接力器開/關方向壓力油流量；輸出：導葉接力器實際位置變化［0，1］。

根據以上數學模型，如果不考慮非線性環(huán)節(jié)的限幅作用，可得傳遞函數：

2　系統(tǒng)仿真

假設阻尼比分別取0.8和1.1，為了達到書中要求近似曲線可取ωn為0.4，Y/Ymax為導葉接力器位置相對值，導葉的初始開度為0，給定位置為最大位置Ymax，用Matlab仿真見圖3。

圖3　Matlab仿真曲線Fig.3 The Matlab Simulation Curve

由圖3可見，當阻尼比=0.8時，有超調，但進入穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)定義為Y/Ymax進入區(qū)間［0.98～1.02］）間較快，大約為10s；當阻尼比=1.1時無超調，但進入穩(wěn)態(tài)時間較慢，大約為18s。

圖4　輸入信號為sin（2π·f·t）時的系統(tǒng)響應進入穩(wěn)態(tài)的幅值頻率特性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時，在對應相同頻率f的情況下，輸入正弦信號的衰減幅度小于阻尼比=1.1時輸入正弦信號的衰減幅度；在頻率f的低頻段，當=0.8和=1.1時，輸入正弦信號幅值幾乎都沒有失真，因為此時輸入信號變化很慢；當頻率f=0.2時，其周期為5s，輸入正弦信號為sin（2π·0.2·t），無論在=0.8時還是在=1.1時，其穩(wěn)態(tài)幅值均衰減為約0.1。

3　結論

由以上建模及仿真試驗看出，通過調節(jié)參數的合理整定，輸出結果能快速響應給定值，又不會發(fā)生超調現(xiàn)象，能夠保證隨動系統(tǒng)達到良好的控制效果。

［1］魏守平.水輪機調節(jié)系統(tǒng)仿真［M］.武漢：華中科技大學出版社，2011.

［2］季衛(wèi)，黃宇.MATLAB軟件在水輪機調速器設計上的應用［J］.長江科學院院報，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，黑龍江人，工程師，從事水輪機自動化設計工作。