电力电子技术在发电系统中的应用

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1、电力电子技术在发电系统中的应用华北电力大学谭伟璞一、发电概述电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机的种类有很多，从电能形式上分为直流发电机、交流发电机；从工作原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机；从产生方式上分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机等；从能源上分为火力发电机、水力发电机等。一、发电概述尽管发

2、电机的形式有很多种，但其工作原理都是基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，发电机构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。一般是依一次能源的不同，制成不同的发电机。利用水利资源和水轮机配合，制成水轮发电机。利用煤、石油等资源，和锅炉，涡轮蒸汽机配合，制成汽轮发电机(3000rpm高速电机)。还有利用风能、原子能、地热、潮汐等能量的各类发电机。目前广泛使用的大型发电机都是同步发电机。一、发电概述同步发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。定

3、子由机座、定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(有磁扼、磁极绕组)、滑环、(又称铜环、集电环)、风扇及转轴等部件组成。同步发电机广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。同步发电机一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节励磁电流，能方便地调节发电机的电压。若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。一、发电概述并入电网运行的同步发电机，有功功率是由发电机的一次能源决定的。同步发电机绝大多数是并联运行，并网发电的。

4、各并联运行的同步发电机必须频率、电压的大小和相位都保持一致。同步发电机在投入并联运行以后，各机负载的分配决定于发电机的转速特性。通过调节原动机的调速器，改变发电机组的转速特性，即可改变各发电机的负载分配，控制各发电机的发电功率。而通过调节各发电机的励磁电流，可以改变各发电机无功功率分配和调节电网的电压。发电机的励磁调节是发电机控制的重要环节。二、励磁与发电机的特性良好的励磁系统可以保证发电机的运行性能，可以有效提高发电机及电力系统运行的稳定性。励磁系统的作用：1.发电机正常运行时提供维持一定电压和一定功率输出所需的

5、励磁电流。2.系统发生突然短路或增减负荷时，对发电机强行励磁或强行减磁，提高发电机或电力系统运行的稳定性和可靠性。3.发电机内部出现短路时，对电机灭磁，避免事故扩大。二、励磁与发电机的特性励磁系统的功能：1.自动调压：发电机负载变化时，自动调节励磁电流，使发电机端电压保持在一定水平。2.合理分配无功：对并联运行的各同步发电机组，调节励磁电流，使无功功率在各机组中合理分配，使各发电机容量均能充分利用。3.强行励磁：当电力系统或发电机故障或其他原因使发电机端电压严重下降时，迅速增大励磁电流，提高励磁电动势E0，恢复一定

6、电压水平，提高电力系统和发电机运行稳定性。二、励磁与发电机的特性励磁系统的功能：4.强行减磁：当发电机因各种原因使端电压升高时，为不使电压升高过多，强行减小励磁电流，保持在一定水平。5.灭磁：发电机内部发生故障，例如电枢绕组匝间短路，为避免事故扩大，励磁系统快速将励磁电流减小。6.励磁限制：为保证励磁系统安全运行，限制励磁电流不超过规定值；发电机在欠励状态下运行，为避免失布，对最小励磁电流的限制。三、励磁系统发电机励磁系统按供电方式常分类为：他励式、自复励式。按具体形式主要分为三类：直流励磁系统；交流励磁系统；静止

7、励磁系统；3.1直流励磁系统直流励磁系统用直流发电机作为励磁功率电源，并通过滑环给同步发电机的转子提供电流。励磁机由一个电动机拖动，或与发电机同轴旋转。它可以是自励或他励。他励时，用一个永磁发电机组成的副励磁机提供励磁机的磁场。直流励磁机代表了早期的系统。由于其控制特性差、运行维护不便，在20世纪60年代，这些缺点随着系统控制对励磁系统性能要求的提高而更为明显，直流励磁系统很快为基于整流原理的交流励磁机所取代。3.2交流励磁系统利用交流电机作为主发电机励磁功率电源。该励磁机通常与汽轮发电机同轴。励磁机输出经可控或不

8、可控整流器整流，产生发电机磁场需要的直流电流。整流器可以是静止的，也可以是旋转的。交流励磁系统可以依据整流器的安排、励磁机输出控制方法和励磁机的励磁电源而采用不同的形式实现。交流励磁系统的形式：1.静止整流器系统2.旋转整流器系统3.2交流励磁系统1.静止整流器系统由于整流器是静止的，它的直流输出要通过滑环馈送给主发电机的磁场绕组。当采用不可控整流器时，调节