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1、本科生实验报告实验课程 电力系统控制技术 学院名称 核技术与自动化工程学院 专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 饶宏 学生学号 201206050303 指导教师 罗耀耀 实验地点 6c903 实验成绩 二 一五 年四 月 二 一五 年 六 月实验一、典型方式下的同步发电机起励实验一、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
2、 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
3、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 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。 “发电机组起励建压” 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。 选定“微机控制”，“他励”，“恒 Ie”和“恒 Ie 预
4、定值”为 1400mA。 选定“微机控制”，“自励”，“恒 Ie” 和“恒 Ie 预定值”为 1400mA。 选定“微机控制”，“他励”，“恒 UR” 和“恒 UR 预定值”为 5000mV。 实验二 伏赫限制实验一、实验目的 1了解伏赫限制的意义。 2熟悉伏赫限制的工作原理。二、原理说明 V/Hz（伏/赫）限制就是限制发电机的端电压与频率的比值，其目的是防止发电机在空载、甩负荷和机组启动期间，由于电压升高或频率降低使发电机励磁电流增大，导致发电机铁芯饱和而引起发电机转子过热。 已知公式： U=4.44KN1fBS 式中：U发电机的相电势；N每相绕组的串联匝数； KN1绕组系数；B发电机的磁感
5、应强度；S发电机铁芯截面积 对于给定的发电机，N和S是常数，令 K=4.44NKN1S ，则 U/f =BK根据整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率f，计算出当前允许的最高电压Umax=Bmaxf,将其与当前发电机端电压Ug比较，取两者中间的最小值作为Uref进行调节Uref=min Uref ,Umax调节的结果必然是发电机端电压Ug=Uref，即满足U/fBmax,达到伏赫限制的目的。考虑到机组并网运行时，比值U/f一般不会越限，故伏赫限制器解列运行时投入，并网后退出。三、实验内容与步骤 以下内容均由THLWL-3微机励磁装置完成，励磁采用“他励”。 合上控制柜上的所有电源开关；然后合上
6、实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开关，后三相开关，再单相开关。 选定THLZD-2电力系统综合自动化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。 发电机组起励建压，使原动机转速为1500rmp，发电机电压为420V。 设置THLWL-3微机励磁装置的“伏赫限制系数”为“8595”。 按下THLWL-3微机调速装置上的“” 键或“”键，调节发电机组频率下降至45 Hz，每间隔1Hz记录发电机电压，直到伏赫限制灯亮（伏赫限制动作），记录此时的发电机电压和频率。记录相关数据在表3-2-5-1中。表3-2-5-1 发电机频率f
7、（Hz） 50 49 48 47 机端电压Ug（V） 419.6 416.6 416.3 415.7 发电机组停机。实验三、励磁调节器控制方式及其相互切换实验一、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 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，系统由 PID 控制器和被控对象组成，PID 算法可表示为： e(t) = r(t) - c(t) 2-3-1 u(t) = KP e
8、(t) +1/ TI e(tdt + TD de(t) / dt 2-3-2 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：u(n) = KPe(n) + T / TI e(i)+ + TD / Te(n) - e(n -1)+ u0 2-3-3式中：u0偏差为 0 时的初值。 则第 n-1 次采样的调节量为： 2-3-4两式 2-3-3 和 2-3-4 式相减，得增量型 PID 算法，表示如下：u(n
9、) = u(n) - u(n -1) =KP e(n) - e(n -1) + KI e(n) + KD e(n) - 2e(n -1) + e(n - 2)T 2-3-5 每种控制方式对应一套 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。 三、实验准备： 以下内容均由 TH
10、LWL-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。四、具体操作： 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，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，
11、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“400V”，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 45Hz 55Hz 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
12、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）147.0 3 398398.51.3513.93248.0397.41.2994.01349.0398.71.2454.06450.0400.11.1994.13551.0398.81.1514.19652.0 399.31.1174.22753.0399.51.0694.262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
13、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）347.0405.31.3983.86448.0413.21.3983.84549.0422.31.3993.86650.0429.11.3903.86751.0438.21.3883.868852.0447.31.3993.86953.0456.71.3993.883恒 UR 方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“
