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1、内蒙古工业大学毕业论文可控励磁发电系统综合性实验的设计摘要现代电力系统的发展，对同步发电机励磁控制提出了更高要求。发电机在正常工作情况下，负载总在不断地变化着。而不同容量的负载，以及负载的不同功率因数，对同步发电机励磁磁场的反映作用是不同的，要维持同步发电机端电压为一定水平，就必须根据负载的大小及负载的性质随时调节同步发电机的励磁。在各类电站中，励磁系统是保证同步发电机正常工作，提高电网稳定水平的关键设备。同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的意义。本文主要对可控励磁发电系统进行了实验设计，首先对可控励磁发电系统做了相关简介并探
2、讨了可控励磁发电系统的国内外未来发展形势。本文着重在可控励磁系统中的过励限制方面作了重点分析，并设计了相关的一个过励限制特性试验，对过励限制系统加深了了解。关键词：电力系统，励磁控制系统，过励限制Integrated power system excitation controldesign of experimentAbstractThe development of modern power system, synchronous generator excitation control on a higher requirement. Generators in normal circu
3、mstances, the total load is constantly changing. And different load capacity and load of different power factor, synchronous generator excitation field on the reflection of the role is different, to maintain the synchronous generator terminal voltage to a certain level, it must be based on load size
4、 and the nature of the load regulation at any time synchronization power generator. In various power plant, synchronous generator excitation system is to ensure that work to improve the level of power and stability of key equipment. Synchronous generator excitation control in power quality assurance
5、, rational allocation of reactive power and improve reliability of power system operations and play an important role.This paper mainly controlled experimental excitation power system design, first generation system as a controllable excitation profile and the related power system excitation control
6、 of the future development of the situation at home and abroad. This article focuses on the controlled excitation system overexcited restrictions were analyzed, and design-related characteristics of an overexcited limit test, the system had exciting limit to deepen understanding.Keywords：power syste
7、m, excitation control system, overexcited limit不要删除行尾的分节符，此行不会被打印II目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 发电机励磁控制系统简介11.2 励磁控制系统的作用21.2.1 维持发电机端电压在给定水平21.2.2 提高电力系统的静态稳定性21.2.3 改善电力系统的暂态稳定性31.2.4 改善电力系统的动态稳定性41.2.5 在并列运行的发电机间合理分配无功功率41.3自动励磁调节器的组成及功能51.3.1 基本工作电路51.3.2 辅助工作电路51.4 同步发电机励磁控制方式研究现状61.4.1 基于单变量控制方式6
8、1.4.2 基于现代控制理论的多变量控制方式61.4.3 非线性多变量励磁控制方式71.4.4 智能控制方法91.5 国外研究及发展状况9第2章 励磁系统的过励限制132.1 过励限制的主要特性132.2 限制过程132.3 级差142.4 以励磁机磁场电流作为过励限制控制量的过励限制整定142.5 无发电机转子过负荷保护的处理152.6 过热量的释放和再次过励的条件152.7 过励保护152.7.1 顶值电流保护152.7.2 过励反时限保护162.7.3 过励报警信号16第3章 可控励磁发电系统实验装置操作及维护173.1 实验装置操作说明173.2 实验的基本要求183.3 可控励磁发电
9、系统操作运行及检测维护193.3.1 可控励磁自动调节系统的投入运行的操作步骤193.3.2 自动手动控制切换操作要点203.3.3 可控励磁自动调节系统的正常运行要点203.3.4 励磁调节装置的退出及停机操作要点213.3.5 可控励磁自动调节装置的检查与维护223.4 控励磁发电系统常见故障及处理方法233.4.1 灭磁开关QFG的常见故障及处理方法233.4.2 调试中常见故障及处理方法243.4.3 起励中常见故障及处理253.4.4 空载运行中的常见故障及处理方法263.4.5 负载运行中的常见故障及处理方法26第4章 过励限制特性实验314.1 可控励磁发电系统过励限制电路原理及
10、其工作特性314.2 实验设备324.3 实验内容与步骤32结论35致谢36参考文献37附录A38附录B44V第1章 绪论1.1 发电机励磁控制系统简介同步发电机的励磁装置是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机的励磁电源的一套系统。励磁装置一般由两部分组成，一部分用于向发电机提供直流电流以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分；另一部分用于在正常运行或发电机发生故障时调节励磁电流以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称控制单元，亦称励磁调节器）。同步发电机的运行特性与它的气隙电势Eq值的大小有关，而Eq的值是发电机励磁电流IL的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的
11、运行特性。因此对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实施控制的重要内容之一。电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降。为此，当系统发生故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的稳定性及可靠性的方面都起着重要的作用。同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。如图1-1所示。励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流；励磁调节器根据输入信号和
12、给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。图1-1 同步发电机励磁控制系统构成示意图在电力系统发展初期，同步发电机容量较小，励磁电流通常由与发电机组同轴的直流发电机供给，即直流励磁机方式。随着发电机容量的提高，所需励磁电流也随之增大，而直流励磁机由于存在机械整流环，功率过大时制造存在困难，因此在大容量的发电机组上很少采用。同步发电机半导体励磁系统中的直流励磁电流是通过把交流励磁电源经半导体整流后得到的。根据交流励磁电源的不同种类，同步发电机半导体励磁系统又可分为两大类：1他励半导体励磁系统这类励磁系统采用与主发电机同轴
13、的交流发电机作为交流励磁电源，经二极管、晶闸管或全控功率器件进行整流后，供给发电机励磁；这类励磁系统由于交流励磁电源取自轴功率，即主发电机之外的独立电源，故称为他励半导体励磁系统，简称他励系统。用作励磁电源的同轴交流发电机称为交流励磁机。2自励半导体励磁系统这类励磁系统通常采用变压器提供交流励磁电源，励磁变压器接在发电机机端或厂用电母线上。因励磁电源取自发电机自身或发电机所在的电力系统，故这种励磁方式称为自励励磁系统，简称自励系统。1.2 励磁控制系统的作用1.2.1 维持发电机端电压在给定水平在发电机正常运行条件下，励磁系统应维持发电机机端（或指定控制点）电压在给定水平。通常当发电机负荷变化
14、时，发电机机端电压将随之变化，这时，励磁系统将自动的增加或减少发电机的励磁电流，使机端电压维持在一定的水平上，保证有一定的调压精度。当机组甩负荷时，通过励磁系统的快速调节作用，应限制机端电压不致过分升高。维持发电机机端（或制定控制点）电压在给定水平上是励磁控制系统最基本和最重要的作用。1.2.2 提高电力系统的静态稳定性当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行特性称为电力系统的静态稳定性。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率。这需要解决许多技术问题。而其中最重的和最基本的困难之一是同步发电机只具有较小的静态稳定性。但由于自动励磁的调节装置的出现，使这一问题得到了圆满的
15、解决。我们知道，对于一条交流输电线路，在不计电阻损耗的前提下，其上流动的有功功率P与线路两端电压、，线路电抗X间的关系为： （1-1）其中，为两端电压之间的电角度差。在=时线路达到所能输送的极限功率，即对于单机无穷大母线系统，不考虑凸极效应和定子电阻。发电机送出的有功功率P可用以下两式表示 （1-2） （1-3）式中：为Eq与Us间的电角度差；为Ut与Us间的电角度差；Xd为发电机同步电抗；Xt为变压器电抗；XL为线路电抗；Eq为发电机空载电动势（励磁电动势）；Ut为发电机机端电压；Us为无穷大母线电压。在发电机不进行励磁调节，即Eq=Eq0不变的条件下，极限功率角为=，线路所能传送的静稳极限功率为： （1-4）当有励磁调节器，并且具有足够能力维持发电机端电压为恒定不变时，极限功率角为=，此时线路所能输送的静稳极限功率为 （1-5）由于同步发电机内电抗较大，通常PmUt要大于PmEq
