同步发电机励磁调节装置及其运行方式及研究

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1、...页眉基于同步发电机励磁调节装置及其运行方式的研究系别：电气工程与自动化系专业：电气工程及其自动化班级：B130434学号：B13043407姓名：王文敬....页脚...页眉第一章励磁系统研究1.励磁系统概述发电机是将旋转形式的机械能量转换成三相交流电能量的设备，为了完成这一转换并满足系统运行的要求，除了需要原动机（汽轮机或水轮机）供给动能外，它本身还需要有可调的直流磁场，以适应运行工况的变化。产生这个可调磁场的直流励磁电流称为发电机的励磁电流，为发电机提供可调励磁电流的设备，构成发电机的励磁系统。由于励磁绕组又称发电机转子，故励磁电流也叫转子电流。在电力系统的运行中，同步发电机是电力

2、系统的无功功率主要来源之一，通过调节励磁电流可以改变发电机的无功功率，维持发电机端电压。不论在系统正常运行还是故障情况下，同步发电机的直流励磁电流都需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。励磁系统的安全运行，不仅与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关，而且与发电机及电力系统的运行稳定性密切相关。2.励磁系统的任务在发电机正常运行或事故情况下，励磁系统都起着十分重要的作用。性能优良的励磁系统不仅能保证发电机的安全运行，提供合格的电能，而且还能有效地提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。2.1.维持发电机电压在给定水平上同步发电机励磁控制系统可以完成许多任务，但其中最基

3、本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压在给定的水平上。我国国家标准规定，自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。这就要求励磁控制系统的开环增益（稳态增益）不小于100p.u（对水轮发电机）或200p.u（对汽轮发电机）。在同步发电机空载运行中，转子以同步转速n旋转时，励磁电流产生的主磁通Φ0切割N匝定子绕组感应出频率为f=pn/60的三相基波电势，其有效值E0同f，N,Φ0以及绕组系数k的关系：E0=4.44fNkΦ0这样，改变励磁电流If以改变主磁通Φ0，空载电势E0值也将改变，二者的关系就是发电机的空载特性E0=f(If)或发电机的磁化特性Φ0=f(Ff)。在发电

4、机空载状态下，空载电势E0就等于发电机端电压Ut，改变励磁电流也就改变发电机端电压。完成电压控制的设备是由励磁调节器，励磁电源，发电机等组成，同步发电机励磁控制系统框图的一般形式....页脚...页眉给定信号其它信号信号比较放大励磁电源发电机测量信号励磁调节器Ug＋UfUfUtUc图1-1同步发电机励磁控制系统框图在图1-1中，虚线框内是励磁调节器的基本原理框图。按照调节原理，一个控制调节装置，至少要有三个环节或单元。第一是测量单元，它是一个负反馈环节；第二是给定单元，它是调节中的参考点；第三是比较放大单元，它将测量值同参考值进行比较，并对比较结果的差值进行放大，从而输出控制电压Uk。这里的

5、其他信号，是指调节器中的其他功能的作用信号，比如调差、励磁电流限制、无功限制、PSS等。这里的励磁电源是指可控硅整流装置。对于一个励磁控制系统来说，电压控制就是维持发电机端电压在设定位置。为实现这一目的，首先就要设定电压，要有一个给定信号Ug，以便明确电压控制值；其次要测量电压，看发电机端电压是多少，这里由发电机电压互感器PT和调节器中的测量板组成，将Ut变为Uc；最后，由调节器比较给定值和测量值，当测量值小于给定值时，励磁装置增加励磁电流If，使发电机端电压上升，当测量值大于给定值时，励磁装置减少If使发电机端电压下降。把发电机端电压维持在把维持电压水平看作励磁控制系统最基本最主要的任务，

6、有以下三个主要原因。第一，保证电力系统运行设备的安全。电力系统中运行的设备都有其额定运行电压和最高运行电压。发电机电压水平是电力系统各点运行电压水平的基础，保证发电机端电压在容许水平上，是保证发电机电压及系统各点电压在容许水平上的基础条件之一，也就是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态，而且能在大扰动后的稳态中能保证发电机电压水平在给定的容许水平上。发电机运行规程规定大型同步发电机运行电压正常变化范围为±5%，最高电压不得高于额定值的110%。第二，保证发电机运行的经济性发电机在额定值附近运行是最经济的。当发电机电压下降时，输出同样的功率所需要

7、定子电流会上升，损耗增加。当发电机电压下降过大时，由于定子电流的限制，将使发电机的出力受到限制。因此，规程[3]规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的90%，当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行，其他电力设备也有这个问题。第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。从下面分析可以看到，提高励磁控制系统维持发电机电压水平的能力的同时，也提高了电力系统的静态稳定和暂态稳