同步发电机励磁系统实验研究

同步发电机励磁系统的实验研究1摘要同步发电机励磁系统对电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用，在我国，励磁系统的可靠性和技术性能指标还不能令人满意。除了制作水平的提高外，利用特殊的动态测试设备在设计、生产、运行、维护等各个阶段对励磁系统进行设计验证和动态性能测试，是提高励磁系统可靠性和技术性能指标的重要手段。随着计算机技术的发展，数字仿真测试技术在电力系统研究领域正起着越来越重要的作用。因此研究采用数字仿真测试技术对同步发电机励磁系统进行动态性能测试，对提高励磁系统的可靠性和技术指标有着重要意义。关键词：同步发电机，励磁系统AbstractTheexcitationsystemofsynchronousgeneratorplaysanimportantroleinreliabilityandstabilityofpowersystem.However,thereliabilityofcurrentexcitationsysteminChinaisnotverysatisfactory.Toimprovethereliabilityandperformanceofexcitationsystem,inadditiontoenhancingthefabricationtechnology,itiscriticaltoconductdesignverifyinganddynamicperformancetestingatthestagesofdesign,manufacture,runandmaintenancewithspecialdynamictestingdevices.Withtherapiddevelopmentofcomputerscienceandtechnology,digitalsimulationtestingisbecomingmoreandmoreimportantinPowerSystemresearchfield.Adoptingdigitalsimulationtestingtechnologyinthedynamicperformancetestingofsynchronousgeneratorexcitationsystemshasagreatsignificanceinimprovingthereliabilityandperformanceofanexcitationsystem.Keyword:SynchronousGenerator,ExcitationSystem同步发电机励磁系统的实验研究2目录摘要..............................................................................................................................................................1目录..............................................................................................................................................................21综述.........................................................................................................................................................31.1课题的研究背景和意义...........................................................................................................31.2同步发电机励磁系统的主要任务.........................................................................................31.3励磁的发展演绎.........................................................................................................................41.4同步发电机对励磁的基本要求..............................................................................................42同步发电机励磁系统的基本原理..........................................................................................63同步发电机励磁系统的实验研究........................................................................................103.1WDT-ⅢC型电力系统综合自动化试验台介绍................................................................103.2同步发电机励磁系统试验装置............................................................................................123.3同步发电机励磁控制实验.....................................................................................................234结论........................................................................................................................................................29参考文献.................................................................................................................................................30致谢............................................................................................................................................................31同步发电机励磁系统的实验研究31综述1.1课题的研究背景和意义近年来，随着发电机容量的不断增大，远方水电厂到负荷中心的长距离输电线路的出现，这时，发电机间的联系变得比较松散，就出现了输送功率的极限问题。特别是在发生故障的情况下，有可能使发电机失去同步。另一方面，随着大规模联合电力系统的出现，系统的结构和运行方式越来越复杂多变，这就增加了发生系统性事故和导致大面积停电的几率。电力系统稳定破坏事故是电力系统各种事故中涉及面最广、后果最严重的事故之一。因此，电力系统的稳定性问题历来为世界各国所普遍关注。在当前，为提高电力系统稳定性而采取的措施中，励磁控制有明显的作用。在诸多改善发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被公认为是最有效和最经济的措施之一。励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，它的特性好坏直接影响到同步发电机运行的可靠性与稳定性。励磁的主要任务是根据发电机的运行状况，向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机的运行需要。同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分(或称为功率单元)。另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流的大小，以满足运行需要，一般称为励磁控制部分(或称控制单元，或统称为励磁调节器)1。目前，励磁系统测试在国内仍然采用比较落后的手段，一种方法是采用独立于励磁和发电机系统的试验测试装置，使用万用表，示波器等常用仪器在现场真实机组上完成励磁系统的静态、动态试验，检验其性能，过程中甚至由人工来读数，记录，分析，制表。因此存在测试周期长，测试精度低及人工强度大等缺点，且对机组有损害。另一种方法是采用嵌入到控制器的测试软件，在机组运行过程中实现数据采集并分析处理，完成励磁系统的测试，这种方法对机组也有损害。与励磁调节器的自动化程度相适应，对励磁调节系统试验的要求也随之提高。目前传统的试验测试装置已很难对励磁系统的特性进行全面的测试，难于适应现代技术发展的需要。因此研制功能齐全，具有等效控制对象模型、操作方便的新型励磁测试系统实现动态测试势在必行2。1.2同步发电机励磁系统的主要任务励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对发电机的运行可靠性、经济性及其它特性有直接的影响。它的主要作用有：同步发电机励磁系统的实验研究41．正常运行时供给发电机励磁电源，并根据发电机负载的变化作相应调整，以维持发电机端电压或电网中某一点电压在给定水平上。当发电机突然甩负荷时，实行强行减磁以限制其端电压，使其不会过度升高。此外，当几台发电机并联运行时，通过励磁系统的作用可使无功功率在机组间得到稳定和合理的分配。2．通过灵敏而又快速的励磁调节，提高电力系统运行的静态稳定和输电线路的传输能力。当电力系统发生短路或因其它原因使系统电压严重下降时，对发电机实行强行励磁，以提高电力系统的动态稳定。如果发电机内部发生短路故障，则对发电机实行自动灭磁，以降低故障的损坏程度。1.3励磁的发展演绎整个励磁控制系统的发展包括两个方面：一是主励磁系统本身即励磁方式的改进与发展：另一个方面是励磁调节器即励磁控制方式的改进与发展，当然这两个方面的发展是互有关联的。1960年以来，随着电子技术的发展，太功率可控硅整流装置的出现，取代了在运行中弊端百出的直流励磁机系统，出现了交流励磁机励磁方式(有刷励磁方式和无刷励磁方式)。从上世纪七、八十年代以来，自励方式得到广泛的研究与应用，其中自并励励磁方式受到了越来越多的关注。，由于自并励励磁方式的种种优点，它己逐渐成为一种发展的趋势。有资料表明，只要合理解决好自并励励磁方式自身所存在的一些问题，它可以被应用于包括水电、火电、核电在内的绝大多数发电机组。励磁控制方式的发展大致经历了三个发展阶段。在第一阶段中主要采用的是按发电机端电压的偏差△y进行比例式调节的方式，以及后来出现的PID励磁控制方式。在第二阶段中，电力系统稳定器PSS(powersystemstabilizer)最具代表性，它是在第一阶段发展的基础上，采用机端电压的频率，，或机组转速m，亦或是发电机电磁功率尸作为辅助输入量的L种方式，用以抑制由于励磁系统和发电机绕组的滞后特性所产生的低频振荡，从而提高电力系统的动态稳定性。第三阶段是随着现代控制理论的发展，出现的线性最优励磁控制方式，非线性最优励磁控制方式，智能控制方式以及基于大系统理论的分散与协调控制方式等。1.4同步发电机对励磁的基本要求首先，对于发电机励磁控制系统，按照我国的标准，有以下几点要求：1．运行要高度可靠、结构要简单、检修维护要方便。2．发电机稳态电压精度不低于0．5％～1．0％。无功调差范围：汽轮发电机组为±10％，水轮发电机组为