《QF62型同步发电机励磁控制系统基本设计毕业设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《QF62型同步发电机励磁控制系统基本设计毕业设计论文（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东北电力大学毕业设计（论文） 题目QF-62型同步发电机励磁控制系统基本设计60摘 要同步发电机励磁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起着十分重要的作用，本次设计以QF-6-2发电机为主，对其励磁系统进行设计和性能分析。主要路采用自并励方式，用三相全控整流桥整流，根据励磁控制系统的任务，性能，结合工程实际需要，对主回路和控制回路进行设计和选择，同时，适当选择过电压和过电流的保护方式。性能分析部分主要应用自动控制的有关知识，彩用根轨这，时域响应曲线及相应的计算机软件上机进行调试分析，并对发电机并网后的稳定性和对系统的影响作一浅析。关键词：励磁系统 可控硅 自并励
2、 自动控制目 录目 录I前 言1第一部分 QF-6-Z型同步发电机励磁控制系统基本设计2第一章 绪论21-1 概述21-2 方案论证及选择5第二章 励磁系统主回路的设计92-1 整流变压器ZB的设计92-2 整流回路的原理及分析122-3 半导体励磁系统的保护152-4 整流元件参数确定及元件选择182-5 起励设计232-6 五磁设计24第三章 励磁系统控制回路的设计253-1 控制回路的作用、构成253-2 测量比较单元263-3 综合放大单元323-4 移相触发单元33第二部分 励磁系统的性能分析40第一章 数学模型的建立401-1测量比较单元401-2综合放大单元的传递函数411-3功
3、率主大单元的传递函数411-4同步发电机传递函数42第二章 动态性以分析442-1励磁控制系统的稳定性442-2利用时域仿真校验励磁控制系统的暂态性能指标472-3移态误差的计算49第三章 励磁系统控制对电力系统动态稳定影响及改善的分析493-1同步发电机的动态疗程线性化条件503-2同步发电机动态方程及稳定数据50结 论60前 言励磁系统是同步发电机的重要组成部分。它的技术性能及运行的可靠性，对供电质量，继电保护可靠动作，加速电动机自启动和电力系统的稳定运行都有重大的影响，随着超高压远距离输电系统的建立，以及大容量发电机标幺电抗的增大，也可按电网的条件采用高超响应和高顶值电压的励磁系统。在某
4、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，无功功率的分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要的作用。励磁系统是提供同步发电机可调励磁装置的组合。它包括励磁电源装置，自动，手动调整励磁装置，自动灭磁装置，励磁绕组过电压保护装置和上述装置的控制，信号，测量仪表等，为了保证更高可靠性，可根据需要装设备用励磁系统。近年来，国内，外励磁系统的研制不断取得进展，各型励磁系统不断涌现。本文以QF-6-2发电机为例，对其主回路设计，励磁方式以及控制系统的稳定和调节
5、性能进行了初步论述。第一部分 QF-6-Z型同步发电机励磁控制系统基本设计第一章 绪论1-1 概述主要技术参数发电机型号：QF-6-Z额定容量：6MW定子额定电压：6.3KV定子额定电流：688A转速：3000功率因数SOS0.8效率100%:96.4定子接线:Y空载励磁电流:95A空载励磁电压:31.7V满载励磁电流:248A满载励磁电压:115.3V同步电抗Xd:205.9%瞬变电抗Xd:19.9%定子线圈开路时励磁线圈时间常数:6.36S励磁系统是同步发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。励磁系统一般由两部分组成，另一部分是励磁功率单元，向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流，第
6、二部分是励磁调节器，根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，VX满足发电机运行的需要。无论在稳定运行或暂态过程中，同步发电机的运行状态在很大程度上与励磁系统有关。优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以有效地提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。为此，在正常运行或事故情况下，却需要调节同步发电机的励磁电流，励磁调节应执行下列任务。1、电压控制及无功分配在发电机正常运行情况下，励磁系统应维持发电机端电压（或升压变压器高压侧电压）在给定水平。当发电机负荷改变而端电压随之变化时，同干励磁调节器的调节作用，励磁系统将自动地增加或减小供出的励磁电流，使发电机端电
7、压回复到给定水平，保证调压的精度，当机组用负荷时，通过励磁系统的调节作用，应限制机流电压使之不致于过分升高，另外，若几台机组并列运行时，通过励磁调节系统应能稳定地分配机组的无功功率。2、提高同步发电机并列运行时的稳定性。保证发电机稳定运行是电力系统可靠供电的首要条件，系统运行中随时会受到外来干扰，扰动后机组能恢复到原状态或过渡到新的运行状态，则称系统是稳定的。对静态稳定励磁系统能有效地提高静态稳定功率极限，对于暂定稳定强行励磁可减少加速面积，增大减速面积，改善暂态稳定性。对励磁调节器的主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电
8、流。对其要求如下：1、系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机电压的高低以维持发电机电压的给定水平，并能合理分配组间的无功功率和便于实现无功功率的转移。2、对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行要求励磁调节器设有共灵区。3、能迅速反应系统故障，具备强行励磁导控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。4、具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。5、结构简单可靠，操作维护可靠方便，并逐步做到系统化，标准化。对励磁功率单元的要求：1、具有足够的调节容量。2、具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度，励磁顶值电压Ufd(h)是励磁功率单元在强励时可能提供的最高输出电压值，该值与额定工况下，
9、该值与额定工况下励磁电压Ufd(h)之比称为强励倍数Ke，涉及制造成本导因素，一般取1.6-2.0。励磁电压上升速度是衡量励磁功率单元动态行为的一项指标，定与试验条件和所有规定有关。随着励磁系统的发展及系统装机容量的增大，传统的靠利用同轴的直流发电机作为励磁机的励磁方式存在下列问题：一是直流励磁机受制造容量的限制；二是整流子和炭刷的维护麻烦，三是励磁调节大慢，在这些矛盾的解决上诞生了半导体励磁系统。1-2 方案论证及选择1、励磁方式的选择。众所周知，同步发民机的励磁电压源实质上是一个对室的直流电源。为了满足正常运行的需要，发电机的励磁电源必须具备足够的调节容量，并且要有一定的强励倍数和励磁电压
10、响应速度。在设计励磁系统方案时，首先要考虑它的可靠性，为了防止外系统故障对它的影响，励磁功率单元应作为发电机的专用电源，另外，它的起励方式也应力求简单方便。在电力系统发展初期，同步发电机的容量大，励磁电流由与发电机同轴的直流发电机供给，即所谓直流励磁机系统。随着发电机容量的提高，所需励磁电流也相应增大，机械整流子在换流方面遇到了困难，而大功率半导体，整流之体制造工艺又日益成，于是大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的交流励磁系统，一般都是与主机同轴旋转，为了缩短主轴长度，降低造价减少环节，最近对提出用发电机自身作为励磁电源的方法，即这次设计的发电机自并励系统。同步发电
11、机的主要励磁纹式有两种，直流励磁系统和义流励磁系统。1、直流励磁机励磁系统在电系统发展初期，机组容量不大，励磁电流由与发电机同轴的直流发电机供给，它是靠机械整流子换向整流，当励磁电流过大时，换向很困难，所以这种方式足能在10万KW以下容量机组采用，分为自励式和它励式。2、交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态不同，可分为以下几种：a) 他励交流励磁机系统是指带有他励电源一中频副励磁机可以是静止的，也可是旋转的，所以分为交流励磁机带静止硅整流方式和交流励磁机带转动的硅型整流器（无刷励磁）两种方式，都带有副励磁机。b) 自励交流励磁机系统与自励直流励磁机系统一样，自励交流励磁机的励磁
12、电源也是从本机直流获取的，所不同的是直流励磁机为了调整电压，需要一个磁场变压器，而自励交流机为了维持端电压恒定，则改用了可控硅元件，同样分为自励交流带静止可控硅方式和义流带静止硅整流方式，这两种励磁系统的可取之处是不用副励磁机。本次设计采用的是自并励系统，发电机自并励系统与单元机组厂用电接线类似，发电机的励磁电源取自发电机本身，它的共同特点是用励磁变压器耦合供给励磁，使整个励磁系统没有转动部分。基优点是：（1）励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维持费用小，可靠性高。（2）于需由轴励磁机，可缩短主轴长度，减少基建投资。（3）直接以晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压咱应速度，可以近似认为是
13、有阶跃函数的响应速度。（4）由发电机机端取得励磁能量。对于这种励磁方式，人们常有两种疑虑：第一，发电机近端短路时，能否满足强励要求，机组失磁；第二，由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护是否会拒绝动作。国内外的分析研究和试验表明，这种励磁纹式的缺点，并没有设备的那么严重，在短路刚开始的0.55以内，自励方式与他励方式的励磁是很接近的，只在短路0.55以后才发生明显差别。因此，只要配合快速保护，并适当提高强励倍数，这种励磁方式还是可以采用的。至于带时限继电保护的动作问题，也可采用一些措施加以解决。所以自并励方式被广泛采用。2、整流方式的选择整流电路一般按整流方式可分为可控硅整流和不可控硅整流两
14、大类，可控硅整流又分为：单相半波整流，单相半控桥式整流；两相零式整流；三相半控桥整流；三相全控桥式整流。本设计采用三相全控桥式整流，它从三相半波整流回路发展而来，六个桥臂全部采用可控硅三件，共阳及组和共阴级组都触发导通，与半控桥相比较脉动电压小，且频率高，脉冲间隔60，较半控桥小，所以全控桥动态响应快，调整及时，而且根本解决了先控问题，是目前较为理想的整流方式。3、起励方式选择励磁变压器接在机端的自并发电机，当机组起励后，转速接近额定值后，机端电压为残压，基值太低，励磁调节器触发回路中同步电压太低，不能使发电机建立电压，必须先供给发电机初始励磁，使发电机逐步建立一定电压，此过程为起励。起励方式
15、分为残压起励和他励起厉，而他励起励又分为厂用电起励和蓄电池起励。本设计采用厂用电起励，原因：本设计针对机组有相对独立的机组母线，并且有可靠的自投入电源；厂用电所带负荷较小，所以考虑将厂用电线做为起励电源，从而解决起励问题；励磁变投入，整流桥侧即有全电压整流桥和励磁调节器均能正常工作。4、灭磁方式的选择当发电机内部故障时，以及变压器短路时，必须迅速而又彻底地消灭磁场才能有效地保护发电机。常用的灭磁方式有：单独的励磁和灭磁；灭弧栅灭磁；利用可控硅逆变灭磁；非线性电阻灭磁；放电电阻灭磁。本设计采用放电电阻灭磁，其优点是：接线简单，运行可靠，可满足小的励磁电流的要求，原理和参数计算下一部分。另外，以种灭磁为事故时，正常运行时采用可控硅逆变灭磁即可。第二章 励磁系统主回路的设计励磁系统主回路包括接在发电机出口的整流变压器ZB和三相全控整流电路，各元件的保护装置，以及磁、起励回路。主回路的设计旨在使整个励磁系统满足各方面的技术要求和性能指标外，应尽量
