畢業(yè)論文 -新

1、河 南 科 技 學(xué) 院成人教育本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))（ 2014 屆）論文題目：可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)綜合性實(shí)驗(yàn)的研究與設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張晨光專業(yè)：電氣工程及其自動化年級：完成時間：2016年4月13日可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)綜合性實(shí)驗(yàn)的研究與設(shè)計(jì)張晨光河南科技學(xué)院成人高等教育鄭州法商專修學(xué)院函授站（點(diǎn)） 電氣工程及其自動化 專業(yè) 2014 屆摘要 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，對同步發(fā)電機(jī)勵磁控制提出了更高要求。發(fā)電機(jī)在正常工作情況下，負(fù)載總在不斷地變化著。而不同容量的負(fù)載，以及負(fù)載的不同功率因數(shù)，對同步發(fā)電機(jī)勵磁磁場的反映作用是不同的，要維持同步發(fā)電機(jī)端電壓為一定水平，就必須根據(jù)負(fù)載的大小及負(fù)載的性質(zhì)隨時調(diào)節(jié)同步發(fā)

2、電機(jī)的勵磁。在各類電站中，勵磁系統(tǒng)是保證同步發(fā)電機(jī)正常工作，提高電網(wǎng)穩(wěn)定水平的關(guān)鍵設(shè)備。同步發(fā)電機(jī)勵磁的自動控制在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面都起著十分重要的意義。本文主要對可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，首先對可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)做了相關(guān)簡介并探討了可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)的國內(nèi)外未來發(fā)展形勢。本文著重在可控勵磁系統(tǒng)中的過勵限制方面作了重點(diǎn)分析，并設(shè)計(jì)了相關(guān)的一個過勵限制特性試驗(yàn)，對過勵限制系統(tǒng)加深了了解。 關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)；同步發(fā)電機(jī)；勵磁控制系統(tǒng)；過勵限制第1章 緒論1.1 發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)簡介同步發(fā)電機(jī)的勵磁裝置是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它是供給同步發(fā)電機(jī)的勵

3、磁電源的一套系統(tǒng)。勵磁裝置一般由兩部分組成，一部分用于向發(fā)電機(jī)提供直流電流以建立直流磁場，通常稱作勵磁功率輸出部分;另一部分用于在正常運(yùn)行或發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時調(diào)節(jié)勵磁電流以滿足安全運(yùn)行的需要，通常稱作勵磁控制部分(或稱控制單元，亦稱勵磁調(diào)節(jié)器)。 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與它的氣隙電勢Eq值的大小有關(guān)，而Eq的值是發(fā)電機(jī)勵磁電流IL的函數(shù)，改變勵磁電流就可影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性。因此對同步發(fā)電機(jī)的勵磁進(jìn)行控制，是對發(fā)電機(jī)的運(yùn)行實(shí)施控制的重要內(nèi)容之一。 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配。在某些故障情況下，發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電

4、力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵磁電流，以維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性?？梢?，同步發(fā)電機(jī)勵磁的自動控制在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性的方面都起著重要的作用。 同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分組成。如圖1-1所示。勵磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵磁電流;勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵磁功率單元的輸出。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。圖1-1 同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機(jī)容量較小，勵磁電流通常由與

5、發(fā)電機(jī)組同軸的直流發(fā)電機(jī)供給，即直流勵磁機(jī)方式。隨著發(fā)電機(jī)容量的提高，所需勵磁電流也隨之增大，而直流勵磁機(jī)由于存在機(jī)械整流環(huán)，功率過大時制造存在困難，因此在大容量的發(fā)電機(jī)組上很少采用。同步發(fā)電機(jī)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中的直流勵磁電流是通過把交流勵磁電源經(jīng)半導(dǎo)體整流后得到的。根據(jù)交流勵磁電源的不同種類，同步發(fā)電機(jī)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)又可分為兩大類：1.他勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)這類勵磁系統(tǒng)采用與主發(fā)電機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)作為交流勵磁電源，經(jīng)二極管、晶閘管或全控功率器件進(jìn)行整流后，供給發(fā)電機(jī)勵磁；這類勵磁系統(tǒng)由于交流勵磁電源取自軸功率，即主發(fā)電機(jī)之外的獨(dú)立電源，故稱為他勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)，簡稱他勵系統(tǒng)。用作勵磁電源的同軸交

6、流發(fā)電機(jī)稱為交流勵磁機(jī)。2.自勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)這類勵磁系統(tǒng)通常采用變壓器提供交流勵磁電源，勵磁變壓器接在發(fā)電機(jī)機(jī)端或廠用電母線上。因勵磁電源取自發(fā)電機(jī)自身或發(fā)電機(jī)所在的電力系統(tǒng)，故這種勵磁方式稱為自勵勵磁系統(tǒng)，簡稱自勵系統(tǒng)。1.2勵磁控制系統(tǒng)的作用1.2.1維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定水平在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行條件下，勵磁系統(tǒng)應(yīng)維持發(fā)電機(jī)機(jī)端（或指定控制點(diǎn)）電壓在給定水平。通常當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化時，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓將隨之變化，這時，勵磁系統(tǒng)將自動的增加或減少發(fā)電機(jī)的勵磁電流，使機(jī)端電壓維持在一定的水平上，保證有一定的調(diào)壓精度。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時，通過勵磁系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)作用，應(yīng)限制機(jī)端電壓不致過分升高。維持發(fā)電機(jī)機(jī)

7、端（或制定控制點(diǎn)）電壓在給定水平上是勵磁控制系統(tǒng)最基本和最重要的作用。1.2.2提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性當(dāng)系統(tǒng)受到小的擾動后，發(fā)電機(jī)能繼續(xù)保持與系統(tǒng)同步運(yùn)行特性稱為電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是增大輸送距離和提高輸送功率。這需要解決許多技術(shù)問題。而其中最重的和最基本的困難之一是同步發(fā)電機(jī)只具有較小的靜態(tài)穩(wěn)定性。但由于自動勵磁的調(diào)節(jié)裝置的出現(xiàn)，使這一問題得到了圓滿的解決。我們知道，對于一條交流輸電線路，在不計(jì)電阻損耗的前提下，其上流動的有功功率P與線路兩端電壓、，線路電抗X間的關(guān)系為： （1-1）其中，為兩端電壓之間的電角度差。在=時線路達(dá)到所能輸送的極限功率，即對于單機(jī)無窮大母

8、線系統(tǒng)，不考慮凸極效應(yīng)和定子電阻。發(fā)電機(jī)送出的有功功率P可用以下兩式表示 （1-2） （1-3）式中：為Eq與Us間的電角度差；為Ut與Us間的電角度差；Xd為發(fā)電機(jī)同步電抗；Xt為變壓器電抗；XL為線路電抗；Eq為發(fā)電機(jī)空載電動勢（勵磁電動勢）；Ut為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；Us為無窮大母線電壓。在發(fā)電機(jī)不進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)，即Eq=Eq0不變的條件下，極限功率角為=，線路所能傳送的靜穩(wěn)極限功率為： （1-4）當(dāng)有勵磁調(diào)節(jié)器，并且具有足夠能力維持發(fā)電機(jī)端電壓為恒定不變時，極限功率角為=，此時線路所能輸送的靜穩(wěn)極限功率為 （1-5） 由于同步發(fā)電機(jī)內(nèi)電抗較大，通常PmUt要大于PmEq。這樣，發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)

9、器實(shí)際上起到了補(bǔ)償發(fā)電機(jī)內(nèi)電抗的作用。最初的復(fù)勵和電壓校正器由于允許的反饋增益系數(shù)較小，通常只相當(dāng)于補(bǔ)償?shù)裟且欢蝺?nèi)阻抗，這時靜穩(wěn)功率極限只提高到維持不變的功角特性最大值。靈敏快速的勵磁調(diào)節(jié)器可以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定，相當(dāng)于補(bǔ)償了全部發(fā)電機(jī)的d軸同步電抗，即達(dá)到線路靜穩(wěn)功率極限。1.2.3改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)遭受到大干擾（如短路，斷線等）時，能否維持同步運(yùn)行的能力?？偟膩碚f，調(diào)節(jié)勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的改善沒有對靜態(tài)穩(wěn)定那樣顯著。勵磁系統(tǒng)對提高暫態(tài)穩(wěn)定而言，表現(xiàn)在強(qiáng)行勵磁和快速勵磁的作用上。當(dāng)系統(tǒng)受到小的擾動后，發(fā)電機(jī)能繼續(xù)保持與系統(tǒng)同步運(yùn)行特性稱為電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性

10、?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是增大輸送距離和提高輸送功率。這需要解決許多技術(shù)問題。而其中最重的和最基本的困難之一是同步發(fā)電機(jī)只具有較小的靜態(tài)穩(wěn)定性。但由于自動勵磁的調(diào)節(jié)裝置的出現(xiàn)，使這一問題得到了圓滿的解決。只有勵磁電壓上升快速并且頂值電壓高的勵磁系統(tǒng)對于改善暫態(tài)穩(wěn)定才有較顯著的作用，快速強(qiáng)勵可減少加速面積，增加減速面積，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。由于提高勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵倍數(shù)受到勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)制造成本的制約以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時間常數(shù)較大使勵磁電流上升速度受到限制等原因，使得靠勵磁控制來提高暫穩(wěn)極限的幅度不可能像提高靜穩(wěn)極限那么顯著，但其提高暫穩(wěn)極限的效益還是明顯的。良好的勵磁控制在增加人工阻尼，消除第二擺

11、或多擺失步方面的作用則更為重要。1.2.4改善電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定是研究電力系統(tǒng)受到擾動后，恢復(fù)原始平衡點(diǎn)（瞬時擾動）或過度到新的平衡點(diǎn)（大擾動后）的過程穩(wěn)定性。研究的前提是：1.原始平衡點(diǎn)（或新的平衡點(diǎn)）是靜態(tài)穩(wěn)定的；2.大擾動的過程是暫態(tài)穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定問題，可以理解為電力系統(tǒng)機(jī)電震蕩的阻尼問題。當(dāng)阻尼為正時，動態(tài)是穩(wěn)定的；阻尼為負(fù)時，動態(tài)是不穩(wěn)定的；阻尼為零時，是臨界狀態(tài)。零阻尼或很小的正阻尼，都是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的不安全因素，應(yīng)采取措施提高系統(tǒng)的阻尼特性，即動態(tài)響應(yīng)特性。研究表明，按電壓偏差調(diào)節(jié)的比例式快速勵磁系統(tǒng)，會造成電力系統(tǒng)機(jī)電震蕩阻尼變?nèi)?。在一定的勵磁方式和勵?/p>

12、系統(tǒng)參數(shù)下，快速勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)作用，在維持發(fā)電機(jī)電壓恒定的同時，將產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用，當(dāng)系統(tǒng)總阻尼較小時，就容易導(dǎo)致低頻振蕩的發(fā)生。目前解決這一問題的方法，是在勵磁調(diào)節(jié)器上附加一個補(bǔ)償環(huán)節(jié)，稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。此外，采用現(xiàn)代控制理論的勵磁控制器，如線性最優(yōu)勵磁控制器、自適應(yīng)勵磁控制器和非線性勵磁控制器等勵磁系統(tǒng)，也能有效的抑制各種頻率的低頻震蕩。當(dāng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷發(fā)生突變、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)改變，以及電力系統(tǒng)遭受突然短路等故障時，電力系統(tǒng)能否繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，稱為電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性，這也是同步發(fā)電機(jī)的重要性能之一。增加勵磁自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)強(qiáng)勵能力，降低勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時間常數(shù)，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的

13、有效措施。1.2.5在并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)間合理分配無功功率多臺發(fā)電機(jī)在母線上并列運(yùn)行時，他們輸出的有功決定于輸入的機(jī)械功率，而發(fā)電機(jī)輸出的無功則和勵磁電流有關(guān)，控制并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間無功分配是勵磁控制系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能。各并聯(lián)發(fā)電機(jī)間承擔(dān)的無功功率的大小取決于各發(fā)電機(jī)的調(diào)差特性，即發(fā)電機(jī)端電壓和無功電流的關(guān)系。當(dāng)母線電壓發(fā)生波動時，發(fā)電機(jī)無功電流的增量與電壓偏差成正比，與調(diào)差系數(shù)成反比。通常我們希望發(fā)電機(jī)間的無功電流應(yīng)當(dāng)按照機(jī)組容量的大小成比例的進(jìn)行分配，即大容量機(jī)組擔(dān)負(fù)的無功增量應(yīng)大些，小容量機(jī)組擔(dān)負(fù)的無功增量相應(yīng)小寫，這樣就可使得各機(jī)組無功增量的標(biāo)幺值相等。由于勵磁調(diào)節(jié)器可對調(diào)差系數(shù)進(jìn)行調(diào)

14、節(jié)，所以就可以達(dá)到機(jī)組間無功負(fù)荷合理分配的目的。第2章 勵磁系統(tǒng)的過勵限制2.1 過勵限制的主要特性勵磁系統(tǒng)和有刷交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)采用發(fā)電機(jī)磁場電流作為過勵限制的控制量,無刷交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)采用勵磁機(jī)勵磁電流作為過勵限制的控制量。過勵反時限特性函數(shù)類型與發(fā)電機(jī)磁場過電流特性函數(shù)類型一致。因勵磁機(jī)飽和難以與發(fā)電機(jī)磁場過電流特性匹配時宜采用非函數(shù)形式的多點(diǎn)表述反時限特性。隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流特性表達(dá)式如下： (2-1)式中:為發(fā)電機(jī)磁場電流對額定磁場電流的比值;t為許可的過電流持續(xù)時間。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子僅有承受的持續(xù)時間的描述,缺少過電流特性的函數(shù)描述。勵磁系統(tǒng)功率單元(勵磁變壓器、整流橋

15、、勵磁機(jī)等)的過電流能力應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流能力,但是某些交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)的頂值電流可能小于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流能力,當(dāng)兩者不相同時按小者確定。按照繼電保護(hù)規(guī)定,轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)特性與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流特性一致。過勵反時限特性與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)特性之間留有級差,確保在保護(hù)動作之前限制動作。過勵反時限啟動值小于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)的啟動值,大于Ifn,一般為(105%110%)Ifn。啟動值不影響反時限特性,并當(dāng)磁場電流大于啟動值后進(jìn)入反時限計(jì)算。過勵反時限限制值一般比啟動值減少(5%10%)Ifn,以釋放積累的熱量,也可限制到啟動值,再由操作人員根據(jù)過勵限制動作信號減少磁場電流。限

16、制環(huán)節(jié)可以有不大于0.3 s時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié),以減少有功功率波動和無功功率超調(diào)。過勵限制信號測量誤差小于0.5%,時間誤差小于0.05%,有良好的調(diào)節(jié)參數(shù),使得限制過程快速而穩(wěn)定,過勵限制特性能夠通過試驗(yàn)證實(shí)。2.2限制過程過勵反時限限制動作轉(zhuǎn)為定磁場電流控制,磁場電流給定值(即限制值)瞬間給出,或者經(jīng)過一階慣性給出,有不同的響應(yīng),見表1。表1.勵磁系統(tǒng)突限方式緩限方式回到110%的時間Is下降過程增加的熱量I(%)回到110%Itm的時間Is下降過程增加的熱量I（%）自并勵勵磁系統(tǒng)0.421.80.474.66交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)0.241.11.151.30表1. 自并勵和交流勵磁機(jī)勵磁系

17、統(tǒng)過勵反時限限制突限和緩限方式的差別由仿真可見,突限方式或者小延遲的緩限方式都可以接受。緩限方式可以減少有功波動,而緩限過程增加的熱量不大。2.3級差發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)按照發(fā)電機(jī)特性設(shè)定。過勵反時限與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)之間的級差需要考慮以下原則：1.測量偏差不至于引起保護(hù)先于限制動作；2.過勵反時限限制動作、電流回到長期值以下的過程中過熱的積累不導(dǎo)致保護(hù)動作；3.較小的級差,即過勵反時限限制設(shè)置較大的過熱量有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定。級差暫不考慮過勵保護(hù)的理由是：1.完善的監(jiān)測可以提前發(fā)現(xiàn)和處理將導(dǎo)致過勵的故障,使得過勵限制動作的時刻發(fā)生故障的概率大為減少；2.不良的限制失敗的判斷和通道切換在頂值

18、電流下需要超過1 s完成?？紤]測量偏差和限制過程熱量。如If=2,保護(hù)和過勵限制電流測量各有1.5%和-1.5%的誤差,并且各有0.2%和-0.2%的時間誤差,限制過程磁場繞組增加的過熱量約4.77%。設(shè)定級差為2 s。限制成功時刻離保護(hù)動作還有0.79S。上述條件下可以選擇頂值電流下過勵限制比保護(hù)提前2 s動作。提高電流測量準(zhǔn)確度,適當(dāng)減少限制過程時間,改進(jìn)限制失敗判斷方法,有可能將頂值電流下的級差進(jìn)一步減少。2.4以勵磁機(jī)磁場電流作為過勵限制控制量的過勵限制整定1.頂值電流瞬時限制值確定頂值電流瞬時限制值時需要考慮勵磁機(jī)的飽和。從勵磁機(jī)負(fù)載特性曲線上,由頂值電流倍數(shù)決定的發(fā)電機(jī)磁場電壓,獲

19、得頂值電流瞬時限制值。2.過勵反時限限制的最大過熱量確定過勵反時限限制的最大過熱量時,可以不計(jì)發(fā)電機(jī)磁場回路時間常數(shù)。其步驟如下：1)由勵磁機(jī)負(fù)載特性得到發(fā)電機(jī)磁場電壓倍數(shù)與勵磁機(jī)磁場電流倍數(shù)的關(guān)系。2)按照勵磁機(jī)的最大磁場電流、勵磁機(jī)連續(xù)運(yùn)行最大磁場電流和發(fā)電機(jī)頂值電流持續(xù)時間計(jì)算勵磁機(jī)磁場繞組過電流引起的最大過熱量Ce： （2-2）式中:Iefmax為勵磁機(jī)的最大磁場電流;Ief為勵磁機(jī)連續(xù)運(yùn)行最大磁場電流;tP為發(fā)電機(jī)的頂值電流持續(xù)時間。3)檢查勵磁機(jī)磁場過電流持續(xù)時間與發(fā)電機(jī)磁場過電流持續(xù)時間的配合情況,如不配合則調(diào)整Ce。4)按照Ce整定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)。5)按照級差2 s選取過

20、勵限制最大過熱量。2.5無發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)的處理當(dāng)不采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)時,過勵限制仍按照上述方法確定,即過勵限制與發(fā)電機(jī)過電流特性留有級差。2.6過熱量的釋放和再次過勵的條件一次過電流帶來的過熱量經(jīng)電流小于額定值而得到逐步釋放,過熱量最小等于0。再次過熱的能力等于設(shè)定的最大過熱量C減去剩余的過熱量。因此,較大的過熱量設(shè)定值在連續(xù)多次電網(wǎng)故障時提供較多的支持。2.7過勵保護(hù)GB/T 7409.12008中的過勵保護(hù)包含調(diào)節(jié)器的頂值電流保護(hù)和過勵反時限保護(hù)2種。勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的過勵保護(hù)主要完成通道切換,保持閉環(huán)控制運(yùn)行。仿真600 MW汽輪發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)誤強(qiáng)勵過程,120%Un(Un為額

21、定電壓)延時0.2 s保護(hù)動作的誤強(qiáng)勵時間是0.54 s。在此期間有可能完成電壓互感器斷線、調(diào)節(jié)器死機(jī)、電源故障、同步故障等的判斷和通道切換。由于完善的監(jiān)測可以提前發(fā)現(xiàn)和處理過勵問題,過勵保護(hù)實(shí)際起后備保護(hù)作用。2.7.1頂值電流保護(hù)勵磁調(diào)節(jié)器的頂值電流保護(hù)對于高頂值勵磁系統(tǒng)是必備功能。實(shí)現(xiàn)運(yùn)行通道和非運(yùn)行通道同時進(jìn)行檢測,以提高檢測的可靠性。當(dāng)頂值電流瞬時限制失效時發(fā)出信號,切換通道,在備用通道中實(shí)現(xiàn)頂值電流限制。備用通道可以是自動通道,也可以是獨(dú)立的手動通道。由越過限制值的某個百分?jǐn)?shù)和延時來判斷限制是否失效,至切換的發(fā)電機(jī)磁場電流應(yīng)遠(yuǎn)小于300%Ifn,附加發(fā)熱應(yīng)可以忽略。仿真無刷交流勵磁

22、機(jī)勵磁系統(tǒng)在超過頂值電流10%Ifn、延時0.15 s完成通道切換時,磁場電流達(dá)到235%Ifn,轉(zhuǎn)子繞組附加發(fā)熱量約2.8%。對于高頂值勵磁系統(tǒng),也可以采取獨(dú)立的第2套過勵限制功能,設(shè)置相同的特性和參數(shù)。高頂值勵磁系統(tǒng)具有勵磁系統(tǒng)內(nèi)部或者外部的過電流切除調(diào)節(jié)器停機(jī)功能。2.7.2過勵反時限保護(hù)過熱量累計(jì)超過設(shè)定值某個百分?jǐn)?shù)(如10%)時判斷過勵反時限限制失敗,進(jìn)行通道切換?，F(xiàn)在有的調(diào)節(jié)器采用延時2 s觀察電流是否回到110%額定值以內(nèi),因其判斷時間長,勢必降低過勵反時限過熱量設(shè)定值,這樣,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流能力被削弱,對電力系統(tǒng)穩(wěn)定不利。2.7.3過勵報警信號為了及時調(diào)整勵磁以避免跳機(jī),可以設(shè)

23、置過勵報警,如1.2倍額定電流延時5 s報警,其相當(dāng)于轉(zhuǎn)子過負(fù)荷定時限保護(hù)功能。第3章 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置操作及維護(hù)3.1實(shí)驗(yàn)裝置操作說明實(shí)驗(yàn)開啟及關(guān)閉交流或直流電源都在控制屏上操作。1.開啟三相交流電源的步驟1)開啟電源前，要檢查控制屏下方“直流操作電源”的“可調(diào)電壓輸出”開關(guān)（右下角）及“固定電壓輸出”開關(guān)（左下角）都須在“關(guān)”的位置。控制屏左側(cè)安裝的自耦調(diào)壓器必須調(diào)在零位，即必須將調(diào)節(jié)手柄沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底。2)檢查無誤后開啟“電源總開關(guān)”，“停止”按鈕指示燈亮，表示實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)線已接通電源，但還不能輸出電壓。此時在電源輸出端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路接線操作是安全的。3)按下“啟動”按鈕，“

24、啟動”按鈕指示燈亮，只要調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的手柄，在輸出口U、V、W處可得到0450V的線電壓輸出，并可由控制屏上方的三只交流電壓表指示。當(dāng)屏上的“電壓指示切換”開關(guān)撥向“三相電網(wǎng)輸入電壓”時，三只電壓表指示三相電網(wǎng)進(jìn)線的線電壓值；當(dāng)“指示切換”開關(guān)撥向“三相調(diào)壓輸出電壓”時，表計(jì)指示三相調(diào)壓輸出之值。4)實(shí)驗(yàn)中如果需要改接線路，必須按下“停止”按鈕以切斷交流電源，保證實(shí)驗(yàn)操作的安全。實(shí)驗(yàn)完畢，須將自耦調(diào)壓器調(diào)回到零位，斷總開關(guān)。 2.開啟單相交流電源的步驟1)開啟電源前，檢查控制屏下方“單相自耦調(diào)壓器”電源開關(guān)須在“關(guān)”位置，調(diào)壓器必須調(diào)至零位。2)打開“電源總開關(guān)”，按下“啟動”按鈕，并將“單

25、相自耦調(diào)壓器” 開關(guān)撥到“開”位置，通過手動調(diào)節(jié)，在輸出口a、x兩端，可獲得所需的單相交流電壓。3)實(shí)驗(yàn)中如果需要改接線路，必須將開關(guān)撥到“關(guān)”位置，保證操作安全。實(shí)驗(yàn)完畢，將調(diào)壓器調(diào)回到零位，最后，關(guān)斷“電源總開關(guān)”。3. 開啟直流操作電源的步驟1)在交流電源啟動后，接通“固定直流電壓輸出”開關(guān)，可獲得220V（額定電流為1.5A）不可調(diào)的直流電壓輸出。接通“可調(diào)直流電壓輸出”開關(guān)，可獲得40220V（額定電流為3A）可調(diào)節(jié)的直流電壓輸出。固定電壓及可調(diào)電壓值可由控制屏下方中間的直流電壓表指示。當(dāng)將該表下方的“電壓指示切換”開關(guān)撥向“可調(diào)電壓”時，指示可調(diào)電源電壓的輸出值，當(dāng)將它撥向“固定電

26、壓”時，則指示輸出固定的電源電壓值。2)“可調(diào)直流電源”是采用脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源，輸入端接有濾波用的大電容，為了不使過大的充電電流損壞電源電路，采用了限流延時保護(hù)電路。所以本電源在開機(jī)時，約需有34秒鐘的延時后，進(jìn)入正常的輸出。3)可調(diào)直流穩(wěn)壓輸出設(shè)有過壓和過流保護(hù)告警指示電路。當(dāng)輸出電壓調(diào)得過高時（超過240V），會自動切斷電路，使輸出為零，并告警指示。只有將電壓調(diào)低（約240V以下），并按“過壓復(fù)位”按鈕后，才能自動恢復(fù)正常輸出。當(dāng)負(fù)載電流過大（即負(fù)載電阻過?。^3A時，也會自動切斷電路，并告警指示，此時若要恢復(fù)輸出，只要調(diào)小負(fù)載電流（即調(diào)大負(fù)載電阻）即可。有時候在開機(jī)時出現(xiàn)過流告

27、警，這說明在開機(jī)時負(fù)載電流太大，需要降低負(fù)載電流。若在空載下開機(jī)，發(fā)生過流告警，這是由于氣溫或濕度明顯變化，造成光電耦合器TIL117漏電使過流保護(hù)起控點(diǎn)改變所致，一般經(jīng)過空載開機(jī)(即開啟交流電源后，再開啟“可調(diào)直流電源”開關(guān))預(yù)熱幾十分鐘，即可停止告警，恢復(fù)正常。3.2實(shí)驗(yàn)的基本要求可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生掌握系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法與操作技能。通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)設(shè)備擬定實(shí)驗(yàn)線路，選擇所需儀表，確定實(shí)驗(yàn)步驟，讀取實(shí)驗(yàn)所需數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，得出必要的結(jié)論，從而完成實(shí)驗(yàn)報告。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生必須集中精力，及時認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)按實(shí)驗(yàn)過程提出下列基

28、本要求。1.實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)前應(yīng)復(fù)習(xí)教科書有關(guān)章節(jié)內(nèi)容，認(rèn)真研讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?xiàng)目、方法與步驟，明確實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題（有些內(nèi)容可到實(shí)驗(yàn)室對照實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)習(xí)，熟悉組件的編號，使用及其規(guī)定值等）。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)寫好預(yù)習(xí)報告，經(jīng)教師檢查認(rèn)為確實(shí)做好了實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，方可開始實(shí)驗(yàn)。認(rèn)真作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，對于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、保證人身安全等都具有十分重要的作用。2.實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行1)建立小組，合理分工每次實(shí)驗(yàn)都以小組為單位進(jìn)行，每組由23人組成。實(shí)驗(yàn)過程中的接線、接通或切斷負(fù)載、調(diào)節(jié)電壓或電流、記錄數(shù)據(jù)等項(xiàng)工作每人應(yīng)有明確的分工，以保證實(shí)驗(yàn)操作的協(xié)調(diào)和記錄數(shù)據(jù)

29、的準(zhǔn)確。2)選擇組件和儀表實(shí)驗(yàn)前先熟悉本次實(shí)驗(yàn)所用的組件，記錄繼電器銘牌數(shù)據(jù)和選擇合適的儀表量程，然后依次排列組件和儀表，便于讀取數(shù)據(jù)。3)按圖正確接線根據(jù)實(shí)驗(yàn)線路圖及所選組件、儀表，按圖接線，接線力求簡單明了。接線原則應(yīng)是先接串聯(lián)主回路，再接并聯(lián)支路。為方便檢查線路的正確性，實(shí)驗(yàn)線路圖中的直流回路、交流回路、控制回路等應(yīng)分別用不同顏色的導(dǎo)線連接。4)試運(yùn)行在正式實(shí)驗(yàn)開始之前，先熟悉儀表，然后按有關(guān)規(guī)定起動繼電保護(hù)電路，觀察所有儀表是否正常。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，并排除故障；如果一切正常，即可正式開始實(shí)驗(yàn)。5)讀取數(shù)據(jù)預(yù)習(xí)時對繼電器及其保護(hù)裝置的試驗(yàn)方法及所測數(shù)據(jù)的大小作到心中有數(shù)。正

30、式實(shí)驗(yàn)時，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟逐個讀取數(shù)據(jù)。6)認(rèn)真負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)有始有終實(shí)驗(yàn)完畢，須將實(shí)驗(yàn)結(jié)果交指導(dǎo)老師審查。經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可后，才允許拆線，并把實(shí)驗(yàn)所用的組件、導(dǎo)線及儀器等物品整理好，放至原位。第4章 過勵限制特性實(shí)驗(yàn)4.1可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)過勵限制電路原理及其工作特性過勵限制是把可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)中可控橋最大輸出電流，限制在一定限度內(nèi)的安全保護(hù)措施。因?yàn)榭煽貏畲畔到y(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏，在發(fā)電機(jī)端電壓下降5%時，就能將可控硅導(dǎo)通角開放到最大進(jìn)行強(qiáng)勵。如不加以限制，這時的強(qiáng)勵電流約為額定勵磁電流的2倍以上，對勵磁繞組和可控橋整流元件都可能造成危害。因此必須設(shè)置過勵限制電路把強(qiáng)勵電流限制在強(qiáng)勵允許值以內(nèi)。過勵限制電路原理

31、接線見圖4-1。圖4-1.過勵限制電路原理接線圖過勵信號由可控功率整流橋交流側(cè)的兩個測量互感器5TA、6TA二次側(cè)取得。本電路測量可控橋的交流輸入電流，當(dāng)其達(dá)限制值時，輸出的過勵限制信號自動限制可控硅開放角的增大，從而限制可控橋最大勵磁電流在一定的數(shù)值內(nèi)。其限制值由波段開關(guān)1Ke分十檔進(jìn)行整定調(diào)節(jié)。測量電流互感器5TA、6TA分別串在可控橋交流側(cè)任意二相的輸入端上，副邊分別并接3RT、4RT。其上可取得與輸入電流成正比的電壓，將它們的一端異極性相連，接成V型，形成三相電壓，接至過勵限制電路的輸入端4-5-6。此正比于可控橋輸入電流的三相測量電壓，經(jīng)1-6VDe整流成直流后，送入比較檢測橋。比較

32、橋的一個回路由17VDe、4Re、1VWe組成。以1VWe上的穩(wěn)定電壓作為給定電壓。比較橋的另一回路由7-16VDe、1Re組成。7-16VDe二極管每個約有0.6伏正向壓降，其值幾乎不隨流過電流的大小而變。故可看作一個個串聯(lián)的小穩(wěn)壓管。波段開關(guān)1Ke將連接點(diǎn)逐個引出，分十檔自由選擇所需的穩(wěn)定電壓。當(dāng)輸入電壓增加使7-16VDe都正向?qū)ㄒ院螅?Re上的電壓也隨之增加。而7-16VDe的正向壓降幾乎不變。就以1Ke所選穩(wěn)定電壓（1Ke所選檔以下的二極管正向電壓總和）與正比于可控橋輸入電流的1Re上的電壓之和作為比較電壓?？煽貥蜉斎腚娏魑催_(dá)限制值時，比較電壓小于給定電壓。因19VDe反偏，9-1

33、0端無過勵限制信號輸出。一旦可控橋輸入電流達(dá)限制值，比較電壓就大于給定電壓，19VDe開通，9-10端輸出正比于輸入電流的過勵限制信號。過勵限制輸出信號與控制方式切換電路輸出的控制信號UK并聯(lián)后，送入移相觸發(fā)電路的移相控制端。此信號大于并聯(lián)的控制信號Uk時，Uk不產(chǎn)生移相，而完全由過勵限制信號控制移相。限制信號具有限制開放角繼續(xù)增大的作用，使輸入可控橋電流的最大值受到限制。限制值由1Ke調(diào)節(jié)整定。1Ke處在0檔上，因無穩(wěn)定電壓相加，比較電壓值較小，需有較大的輸入電流才能輸出限制信號。因此0檔的限制值最大。1Ke處在10檔上，相加的穩(wěn)定電壓最大，比較電壓值也最大，只需較小的輸入電流就能輸出限制信

34、號，所以10檔的限制值最小。圖4-1中，2Re為減小限制信號的交流成分，防止勵磁電壓波起伏不平衡而設(shè)。2Re阻值不大，它并不明顯地減慢1Ce的充電速度，保證限制信號有較快的上升速度。而3Re阻值較大，減慢了1Ce的放電速度，以此平滑過勵限制信號，減小信號中的交流成分。4.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備詳見表4-1表4-1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備表序號設(shè)備名稱使用儀器名稱數(shù)量1ZBL59可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)組件（六）1臺2ZBL60可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)組件（七）1臺3ZB35真有效值交流電流表3只4ZB36真有效值交流電壓表3只5ZB31直流數(shù)字電壓表、電流表2只6DZB02-2220可調(diào)電阻3只7DZB01三相自耦調(diào)壓器1臺三

35、相交流電源1路4.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1過勵限制特性實(shí)驗(yàn)接線見圖4-2。按圖示要求接入三相自耦調(diào)壓器、交流電壓表、交流電流表和負(fù)載電阻1R、2R、3R。電流互感器二次電流在3RT、4RT上形成的三相交流電壓是過勵限制的輸入電壓，分別為U4-5、U5-6、U6-4，三相電流值相同時，三相電壓值也應(yīng)相等。在輸出端9-10接入直流電壓表用于測量輸出電壓U9-10。波段開關(guān)1Ke置于5檔位置，將三相調(diào)壓器調(diào)至零輸出位置，電源開關(guān)處于斷開狀態(tài)，接線完畢檢查無誤后，接入三相交流電源。2 合上交流電源開關(guān)調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器，逐步增加輸入TR原邊電壓至100V，注意觀察電流表和電壓表的變化情況，調(diào)節(jié)R1、R2、R3使

36、三相電流對稱，然后按表4-2所對應(yīng)各點(diǎn)電流改變值記錄過勵限制的輸入輸出參數(shù)。 圖4-2 過勵限制特性實(shí)驗(yàn)接線圖3調(diào)壓器置零輸出位置，切斷三相交流電源，調(diào)節(jié)整定過勵限制值的波段開關(guān)置于“0”檔位置。4記錄繪制限制特性：斷開5TA、6TA與過勵限制電路輸入端4、5、6的連接導(dǎo)線，將三相調(diào)壓器輸出端a、b、c直接接到過勵限制輸入端4、5、6，作為輸入電壓Usr，合上三相交流電源開關(guān)，按表4-2調(diào)整三相調(diào)壓器改變輸入過勵限制電路的交流輸入電壓Usr，逐點(diǎn)測試記錄過勵限制輸入電壓Usr與輸出電壓Usc的對應(yīng)值，測試數(shù)據(jù)正確記入表4-3中（注意：三相調(diào)壓器輸入過勵限制電路的電壓不應(yīng)大于17V，三相電壓應(yīng)對

37、稱均勻）。表4-2.測試記錄表IB（A）1090807060504030201U4-5（V）10.38.877.996.9576.3285.4574.6043.5892.6931.547U5-6（V）9.638.467.7086.9556.3385.5844.1653.4052.8471.985U6-4（V）9.498.137.326.4175.8365.0943.8553.303.011.501U9-10（V）26.3728.6429.2330.2531.5731.2029.2428.6527.3627.01表4-3過勵限制特性測試記錄表整定開關(guān)置“0”檔Usr（V）11.412.013.0

38、14.015.016.0Usc（V）29.4329.5630.0630.2330.6530.91整定開關(guān)置“5”檔Usr（V）7.99.010.011.012.013.0Usc（V）28.7528.5528.2129.5130.2430.25整定開關(guān)置“10”檔Usr（V）4.36.07.08.09.09.5Usc（V）22.5122.4022.4922.5022.6523.115 再將過勵限制整定開關(guān)分別置于“5”檔和“10”檔時，按上面第4步分別測出二組數(shù)據(jù)記錄在表4-3相應(yīng)的表格中。結(jié) 論在課題完成之際，對可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)心得: 1.我國同步發(fā)電機(jī)勵磁控制研究已經(jīng)取得

39、了很大的成績,但一些最初的難題還沒有得到滿意的解決,而電力系統(tǒng)的大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)、市場化運(yùn)作等又對此提出了新的挑戰(zhàn)。身為祖國培育出的電氣工程方面的學(xué)子深感肩上責(zé)任的偉大，而以后即將進(jìn)入電力行業(yè)工作的我們更是要腳踏實(shí)地的工作和學(xué)習(xí)，集我國廣大科研工作者之力，一起推動我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展。 2.發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，而同步發(fā)電機(jī)勵磁控制則是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最經(jīng)濟(jì)最有效的技術(shù)手段之一。針對發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的強(qiáng)非線性特點(diǎn)，通常采用的方法是對其進(jìn)行線性化處理。但是當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)時，用平衡點(diǎn)局部線性化方法設(shè)計(jì)的控制器可能控制效果不理想。近年來，隨著非線性控制理論的迅速發(fā)展，特別是以微分幾何為代表的精確反饋線性化方法的迅速發(fā)展，從理論上較好地解決了非線性控制系統(tǒng)的大范圍線性化問題。 3.隨著智能控制理論的迅速發(fā)展，模糊邏輯勵磁控制、基于規(guī)則(專家系統(tǒng))的勵磁控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勵磁控制、基于迭代學(xué)習(xí)算法的勵磁控制等許多先進(jìn)控制策略被廣泛地應(yīng)用到發(fā)電機(jī)勵磁控制中。在人工智能應(yīng)用于勵磁控制時，并不需要被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，其控制效果是由控制規(guī)則及其對系統(tǒng)運(yùn)行變化的適應(yīng)能力決定的。近年來，模糊控制技術(shù)得到了越來越多的重視，模糊控制不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，魯棒性好，簡單實(shí)用，可以離線形成控制表存儲在控