同步发电机励磁系统的建模与控制

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1、第42卷第11期电力电子技术Vol.42，No.112008年11月PowerElectronicsNovember，2008同步发电机励磁系统的建模与控制董锋斌，皇金锋（陕西理工学院，陕西汉中723003）摘要：分析了同步发电机交流励磁系统中存在的问题，提出应用斩波技术对其进行改造和优化。斩波电路是一个动态的，非线性的电路，利用状态空间平均法和欧拉公式建立了其数学模型，应用工程设计法设计出相应的调节器。依据发电机现场运行机理，组建了闭环自动控制系统，实验结果证明了该方案的可行性。关键词：发电机；励磁；斩波/建模中图分类号：TM31文献标识码：A文章编号：1000-100X（2008）11-0

2、032-03ModelingandControllingforExcitationSystemofSynchronousGeneratorDONGFeng-bin，HUANGJin-feng（ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723003，China）Abstract：TheproblemofAC-excitedsystemforsynchronousgeneratorisanalyzed.Anewtypeofreconstructionandopti-mizationexcitationsystembasedonchoppedwavetechniqu

3、eispresented.Thechoppedwavecircuitisanonlinearandtime-varyingdynamicsystem，themathematicalmodelsaresetupwithaveragestatespacemethodandeulerformula.Theregulatorisdesignedwiththeengineeringdesignmethod.Accordingtotheoperationalprincipleofsynchronousgenerator，theclosedloopcontrolsystemisbuild.Theexperi

4、mentresultsverifythatthiscontrolschemeisfeasible.Itcanpresentthe-oreticdirectiononthereconstructionandoptimizationexcitationsystem.Keywords：generator；excitation；choppedwave/modelingFoudationProject：SupportedbyShaanxiProvinceEducationDepatmentItem（No.07JK203）；ShaanxiUniverstityofTechnologyFundItem（No

5、.SLG0606）1引言原理框图如图2所示。改造后的系统少了一个与同在大容量同步发电机系统中，需采用直流励磁机步发电机同轴的励磁机，由斩波器调压代替相控调励磁系统。由于机械整流子在换流时比较困难，于是，压，整个励磁体积减少。容量在100MW以上的大容量机组的励磁功率单元多采用交流发电机和半导体整流元件组成的交流励磁机励磁系统。相对于纯静止自励系统，该系统的优点是：励磁机与主机同轴，当系统发生故障时，因主机的大惯FL为副励磁机；L为主励磁机；性，转速受影响小，能够照常励磁，可靠性较高。相对于F为发电机；CB为电流互感器；B为电压互感器；LLQ为主励磁机励磁绕组；FLQ为同步发电机转子绕组直流励磁

6、机励磁系统，该系统的优点是机组的容量大，图1原结构原理图不受整流器容量的限制。但其缺点是交流励磁机时间常数较大；与同步发电机同轴的交流励磁机、副励磁机加长了发电机主轴的长度，使厂房长度增加，造价提高；由于采用相控整流，励磁结构体积大，笨重，相控整流系统功率因数低。为克服上述不足，提出应用斩波技图2斩控式励磁调节系统结构图术对其进行改造和优化。3斩波电路的工作原理及建模分析2结构拓扑分析由三相不控桥式整流VDB输出六脉波直流电，交流励磁机励磁系统可分为他励交流励磁机和经滤波电容Cf后，其可以视为恒定的电压源。这样自励交流励磁机两种[1]。文中以他励交流励磁机为就可以将斩控回路从系统中抽出来，如图

7、3所示。ui例，来分析交流励磁机带静止硅整流器方式励磁方在VT导通时给Lr充磁，电流i增大，在VT关断时，案的特点，其结构原理如图1所示[2]。改造后的系统磁场能经VD释放给Rr，电流i减小。在VT的开关频率一定时，控制其占空比，便可控制电流的大小[3]。故基金项目：陕西省教育厅项目（07JK203）；陕西理工学院基金电路本质是非线性、时变的，用传统的方法对它建模项目（SLG0606）定稿日期：2