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1、实验一实验一 典型方式下的同步发电机起励实验典型方式下的同步发电机起励实验一、实验目的一、实验目的 了解同步发电机的几种起励方式，并比较它们之间的不同之处。 分析不同起励方式下同步发电机起励建压的条件。二、原理说明二、原理说明同步发电机的起励方式有三种：恒发电机电压 Ug方式起励、恒励磁电流 Ie方式起励和恒给定电压 UR方式起励。其中，除了恒 UR方式起励只能在他励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在他励和自并励两种励磁方式下进行。恒 Ug方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”两种起励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压
2、稳定在手动设定的给定电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为 85%115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，可以为准同期并列操作创造电压条件，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。恒 Ie方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为 20%额定电压左右。恒 UR(控制电压)方式只适用于他励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始人工调节逐渐增加励磁而升压，完成起励建压任务。三、实验内容与步骤三
3、、实验内容与步骤常规励磁装置起励建压在第一章实验已做过，此处以微机励磁为主。 选定实验台上的“励磁方式”为“微机控制” ， “励磁电源”为“他励” ，微机励磁装置菜单里的“励磁调节方式”为“恒 Ug”和“恒 Ug预定值”为 400V。 参照第一章中的“发电机组起励建压”步骤操作。 观测控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流”表的指针摆动。 选定“微机控制” ， “自励” ， “恒 Ug”和“恒 Ug预定值”为 400V。操作步骤同实验 1。 选定“微机控制” ， “他励” ， “恒 Ie”和“恒 Ie预定值”为 1400mA。操作步骤同实验 1。 选定“微机控制” ， “自励” ，
4、“恒 Ie” 和“恒 Ie预定值”为 1400mA。操作步骤同实验 1。 选定“微机控制” ， “他励” ， “恒 UR” 和“恒 UR预定值”为 5000mV。操作步骤同实验 1。四、实验报告四、实验报告 比较起励时，自并励和他励的不同。 比较各种起励方式有何不同。实验二实验二 励磁调节器控制方式及其相互切换实验励磁调节器控制方式及其相互切换实验一、实验目的一、实验目的 了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。 通过实验理解励磁调节器无扰动切换的重要性。二、原理说明二、原理说明励磁调节器具有四种控制方式：恒发电机电压 Ug，恒励磁电流 Ie，恒给定电压 UR和恒无功 Q。其中，恒 UR
5、为开环控制，而恒 Ug，恒 Ie和恒 Q 三种控制方式均采用 PID 控制，PID 控制原理框图如图 2-3-1 所示，系统由 PID 控制器和被控对象组成，PID 算法可表示为：2-3-1( )( )- ( )e tr tc t2-3-2( ) ( ) 1/( ) ( )/PIDu tKe tTe t dtTd e tdt其中：u(t)调节计算的输出； KP比例增益；TI积分常数； TD微分常数。因上述算法用于连续模拟控制，而此处采用采样控制，故对上述两个方程离散化，当采样周期 T 很小时，用一阶差分代替一阶微分，用累加代替积分，则第 n 次采样的调节量为：2-3-30( ) ( )/( )
6、 / ( )- ( -1)PIDu nKe nT Te iTT e ne nu式中：u0偏差为 0 时的初值。则第 n-1 次采样的调节量为：2-3-40( -1) ( -1)/( ) / ( -1)- ( -2)PIDu nKe nT Te iTT e ne nu两式 2-3-3 和 2-3-4 式相减，得增量型 PID 算法，表示如下：2-3-5( )( )- ( -1) ( )- ( -1)( ) ( )-2 ( -1)( -2)PIDu nu nu n Ke ne nK e nKe ne ne n 式中：KP比例系数；KI积分系数，； KD微分系数，IP ITKKTD DPTKKT每种
7、控制方式对应一套 PID 参数（KP、KI和 KD） ，可根据要求设置，设置原则：比例系数加大，系统响应速度快，减小误差，偏大，振荡次数变多，调节时间加长，太大，系统趋于不稳定；积分系数加大，可提高系统的无差度，偏大，振荡次数变多；微分系数加大，可使超调量减少，调节时间缩短，偏大时，超调量较大，调节时间加长。为了保证各控制方式间能无扰动的切换，本装置采用了增量型 PID 算法。实验准备：实验准备：以下内容均由 THLWL-3 微机励磁装置完成，励磁采用“它励” ；系统与发电机组间的线路采用双回线。 具体操作如下： 合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开关，
8、后三相开关，再单相开关。 选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。 使实验台上的线路开关 QF1，QF3，QF2，QF6，QF7 和 QF4 处于“合闸”状态，QF5 处于“分闸”状态。1恒 Ug方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒 Ug” ，具体操作如下：进入主菜单，选定“系统设置” ，接着按下“确认”键，进入子菜单，然后不断按下“”键，翻页找到子菜单“励磁调节方式” ，再次按下“确认”键。最后按下“”键，选择“恒Ug”方式。 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“恒 Ug预定值”为“4
9、00V” ，具体操作同上。 发电机组起励建压（操作见第一章） ，使原动机转速为 1500rmp，发电机电压为额定电压 400V。 发电机组不并网，通过调节原动机转速来调节发电机电压的频率，频率变化在45Hz55Hz 之间，频率数值可从 THLWL-3 微机励磁装置读取。具体操作：按下 THLWT-3 微机调速装置面板上的“”键或“”键来调节原动机的转速。 从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录到表 3-2-3-1 中。表 3-2-3-1序号发电机频率fg（Hz）发电机电压Ug（V）励磁电流Ie（A）励磁电压Ue（V）给定电压UR（V）145.0246.0
10、347.0448.0549.0650.0400751.0852.0953.01054.01155.02恒 Ie方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒 Ie” ，具体操作同恒 Ug方式实验步骤 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“恒 Ie预定值”为“1400mA” ， 具体操作同恒 Ug方式实验步骤。 重复恒 Ug方式实验步骤、，从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录于表 3-2-3-2 中。表 3-2-3-2序号发电机频率fg（Hz）发电机电压Ug（V）励磁电流Ie（A）励磁电压Ue（V）给定电压UR（V）145.0246.0
11、347.0448.0549.0650.0400751.0852.0953.01054.01155.03恒 UR方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒 UR” ，具体操作同恒 Ug方式实验步骤 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“恒 UR预定值”为“4760mV” ， 具体操作同恒Ug方式实验步骤。 重复恒 Ug方式实验步骤、，从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录于表 3-2-3-3 中。4恒 Q 方式 重复恒 Ug方式实验步骤、和。 发电机组与系统并网。 （具体操作见实验一） 并网后，通过调节调速装置使发电机组发出一定的有功
12、，通过调节励磁或系统电压使发电机组发出一定的无功。要求保证发电机功率因数为 0.8。具体操作如下：按下THLWT-3 微机调速装置面板上的“”键或“”键来增大或减小有功功率；降低15kVA 自耦调压器的电压,使发电机发出一定的无功功率。 选择“恒 Q”方式，具体操作如下：按下 THLWL-3 微机励磁装置面板上的“恒Q”键。 （注：并网前按下“恒 Q”键是非法操作，装置将视该操作为无效操作。 ） 改变系统电压，从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流、给定电压和无功功率数值并记录于表 3-2-3-4 中。表 3-2-3-3序号发电机频率fg（Hz）发电机电压Ug（V）励磁电流I
13、e（A）励磁电压Ue（V）给定电压UR（V）145.0246.0347.0448.0549.0650.0400751.0852.0953.01054.01155.0表 3-2-3-4序号系统电压Us（V）发电机电压Ug（V）发电机电流Ig（A）励磁电流Ie（A）给定电压UR（V）有功功率P（kW）无功功率Q（kVar）1380237033604350539064007410注：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。注：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。5负荷调节 设置子菜单“励磁调节方式”为“恒 Ug”方式，操作参照恒 Ug方式实验步骤。 将系统电压调到 300V（
14、调节自耦调压器到 300V） ，发电机组并网，具体操作参照第一章。 调节发电机发出的有功和无功到额定值,即：P=2kW,Q=1.5kVar。调节有功，即按下 THLWT-3 微机调速装置面板上的“”键或“”键来增大或减小有功功率；调节无功，即按下 THLWL-3 微机调速装置面板上的“”键或“”键来增大或减小无功功率。 从 THLWL-3 微机调速装置读取功角，从 THLWL-3 微机调速装置读取励磁电流和励磁电压，并记录数据于表 3-2-3-5 重复步骤，调节发电机发出的有功和无功为额定值的一半。 重复步骤 重复步骤，调节发电机输出的有功和无功接近 0。 重复步骤表 3-2-3-5 发电机状
15、态励磁电流 Ie（A）励磁电压 Ue（V）功角 （）空载/半负载额定负载四、实验报告四、实验报告1自行体会和总结微机励磁调节器四种运行方式的特点。说说他们各适合于那种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？是就电压质量，无功负荷平衡，电力系统稳定性等方面进行比较。2分析励磁调节器的工作过程及其作用。实验三实验三 同步发电机强励实验同步发电机强励实验一、实验目的一、实验目的1了解强励的作用。2掌握励磁电压上升速度和强励倍数等几个概念。二、原理说明二、原理说明强励是励磁控制系统基本功能之一，前面已经提到，从改善电力系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单元具有较大的强励能
16、力和快速的响应能力。因此，在励磁系统中励磁顶值电压和上升速度是两项重要的技术指标。励磁顶值电压 UEFq是励磁功率单元在强行励磁时，可能提供的最高输出电压值与额定工况下励磁电压 Ue之比称为强励倍数。其值的大小，涉及制造和成本因素，一般取1.62 倍。当电力系统由于某种原因出现短时低压时，励磁系统应以足够快的速度提供足够高的励磁电流顶值，借以提高电力系统暂态稳定性和改善电力系统运行条件，在并网时，模拟单相接地和两相间短路故障可以观察强励过程。在某些事故情况下，系统母线电压极度降低，说明电力系统无功缺额很大，为了使系统电压迅速恢复正常，就要求有关的发电机转子磁场能够迅速增强，达到尽可能高的数值，以弥补系统无功功率的缺额。因此转子励磁电压的最大值及其磁场建立的速度（也可以说是响
