大型发电机励磁系统仿真仪开发与测试

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1、第l8卷(2016年第l期)电力安全技术Y大型发电机励磁系统仿真仪的开发与测试祖友军，祝春晖，陈俊华，饶春平(1．中广核工程有限公司，广东深圳518000；2．武汉科创源科技有限公司，湖北武汉430073)[摘要]励磁系统作为重要的发电机控制系统，其动态调节特性的优劣对机组的运行安全及发电效益有很大的影响。为解决机组静态时可获知励磁系统动态调节特性问题，研制出大型发电机励磁系统便携式仿真仪；经在某核电站测试，该仿真仪基本满足该电站励磁系统所有试验程序要求，能比较真实地模拟发电机的运行工况，来进行励磁系统的静态调试、开机前的闭环动态仿真试验，以验证励磁系统的性能。[关键词]励磁系统；

2、仿真仪；短路试验；空载试验；闭环仿真试验0概述1励磁系统仿真仪的实现励磁系统是发电机的重要组成部分，负责发电1．1交流励磁机的数学模型机的电压调节和并网后无功功率的分配。励磁系统仿真仪需要考虑到各种励磁系统的仿真要求，对发电机和电力系统的静态和动态稳定都有着重要由于三机励磁系统和两机励磁系统中都有交流励磁的影响。励磁系统的调试是一项非常重要的工作，机的存在，仿真仪需要建立交流励磁机的数学模型。以往调试顺序是开机前做励磁系统静态试验，开机该模型考虑了以下因素：交流励磁机的D轴阻尼后做动态试验，因而无法在开机前开展动态试验来效应、励磁机的电枢反应、白励系数和励磁机的饱提前排查励磁系统的

3、各种隐患。和效应、整流器换相电抗引起的电压降、励磁机同为此，研制出了大型发电机励磁系统便携式仿步电抗引起的电压降。励磁机模型框图如图1所示。真测试仪。励磁系统仿真仪通过采集励磁系统整流在图1中，为励磁机输入的励磁电压，输出的励磁电压，经过励磁机和发电机的数学模型，为励磁机时间常数，为励磁机自励系数，为实时计算发电机的三相电压、电流和励磁电流，并励磁机饱和系数，为励磁机暂态系数，r，F为输出至励磁系统检测。励磁调节器通过给定值与反励磁机暂态时间常数，为励磁机空载电势，馈的机端电压量、励磁电流量来计算可控硅控制角为发电机励磁电压，厶为发电机励磁电流，为度，并结合临时励磁变压器及可控硅整

4、流桥，从而发电机转子时间常数，1为交流励磁机去磁系数，实现励磁系统的闭环仿真。K2为交流励磁机电抗压降系数，为换相电抗压图1交流励磁机模型框图一一Y电力安全技术第l8卷(2016年第l期)降系数，K5为整流系数，K6为交流励磁机发电机电机PT电压、2路发电机CT电流、2路交流励电压换算系数。K1K6均由已知的交流励磁机参磁CT电流、3组开关量信号、1路4-20mA励数求出。以上交流励磁机模型可以准确地反应励磁磁电流信号。发电机交流信号输出采样l6位高精机的动态过程。度DA输出正弦信号后，进入功率放大单元，输出1．2发电机的数学模型三相交流电压(AC0-150V)、三相交流电流(AC

5、选取励磁系统仿真仪中发电机的数学模型时，0-5A)、三相交流励磁电流(AC0-2A)信号给励既要考虑励磁系统的动态过程，又要考虑到便携式磁系统检测。所有的输出交流电压、电流信号都经仿真仪技术实现的难度。现选取实用的发电机3阶过V／I，I／I转换，经AD采样后在触摸屏上显示。模型作为励磁系统仿真仪的发电机模型，其发电机励磁系统仿真仪采集励磁系统输出的直流励磁模型如下式。电压作为仿真仪的输入信号，直流信号采样通过外置SPI串行输出AD转换器来采集。为了实现励磁!』d+』q也。电压与CPU部分的隔离，外置SPI串行输出ADuXiE转换器采用单独的隔离电源供电，AD转换器输出l+-xU的串

6、行SPI信号通过数字隔离器输出至CPU，解tS0决了线性光耦采样可能出现的失真问题。励磁系统l+0S仿真仪硬件原理如图2。一r，m+‘(2励磁系统仿真仪试验结果与发电机试验结d——=(c，1果比较式中：励磁系统仿真仪中励磁机和发电机所有需要设，u——发电机d，q轴电压；置的参数都是由励磁机和发电机厂家提供的。以下d，。——发电机d，q轴电流；是励磁系统仿真仪仿真结果与真实发电机试验数据，。——发电机d，q轴电抗；的对比。，——发电机d，q轴暂态电抗；2．1短路试验和空载试验数据比较。，。L发电机d，q轴暂态时间常数；励磁系统仿真仪与2号发电机短路试验和空载，——发电机d，q轴暂态电

7、势；试验数据比较如表1所示。由表1可知，短路试验日——发电机励磁电势；数据和空载试验数据比较准确，励磁系统仿真仪可cc，——转子转速；以较为准确地反映发电机的空载、短路试验过程。——功角；2．2机端电压阶跃响应录波7’—惯性时间常数；空载条件下机端电压95％时，±5％阶跃响——机械转矩。应录波如图3，4所示。图中为发电机线电压，由以上基本模型具体细化成发电机空载试验模．。为励磁机励磁电压，．。为励磁机励磁电流。型，发电机短路升流试验模型，发电机并网带负荷从图3与图4的