同步发电机励磁控制系统的任务

东北农业大学学士论文 学号：A07070363

同步发电机自动励磁系统的研究

学生姓名：林鹏 指导教师：李艳军

所在院系：工程学院电气工程系 所学专业：农业电气化与自动化 研究方向：地方电力系统及其自动化

东 北 农 业 大 学 中国·哈尔滨 2011年6月

The Bachelor's degree thesis of Registration number: Northeast Agricultural University A07070363

Synchronous generator excitation system

automatically

Name: Lin Peng Faculty adviser: Li Yan jun

College: College of Engineering, Electrical Engineering Major: Agricultural Electrification and Automation Research Fields: Local power system and

专业： 电气工程及其自动化 姓名：

实验报告

学号： 日期： 地点：教2-105

课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________

实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________

一、实验目的

1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；

3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法；

6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。

二、原理与说明

同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图

实验用的励磁控制系统示意图如图l所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控

1

桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励

辽宁科技大学本科毕业设计（论文）

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同步发电机励磁自动控制系统设计

摘 要

随着电力行业不断发展和机组单机容量的增大，对机组的要求是越来越高，不仅仅是机组的可用率、运行效率和安全性，对机组的可靠性与经济性也提出了更高的要求。励磁系统作为发电机的核心控制系统，它的运行状态直接影响发电机运行可靠性与经济性。因此，保证励磁系统安全、可靠的工作是十分重要的。对励磁系统进行状态监测与诊断不仅能够提高设备维护的经济性，还能显著提高系统的可靠性。在本论文中，通过分析了同步发电机励磁系统的工作原理，运用飞升曲线法建立了励磁控制系统的动态数学模型，运用工程设计法设计出闭环控制系统的调节器。组建了同步发电机励磁自动控制系统，完成系统调试。实验结果表明该数学模型和控制算法是合理的。然后分析了同步发电机自励励磁系统的不足,提出一种新型斩波控制励磁系统。分析了这种系统的工作原理,建立了各个环节的数学模型,利用工程设计法设计出相应的调节器,根据反馈控制原理组建了自励自动控制系统。仿真结果证明了本文提出控制方案的可行性,为励磁改造和优化提供了一定的理论指导意义。

关键词：同步发电机；飞升曲线法；工程设计法

辽宁科技大学本科毕业设计（论文）

第 II 页

De

本科生课程设计（论文）

辽 宁 工 业 大 学

电力系统自动化 课程设计（论文）

题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计（3）

院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气091 学 号： 090303007 学生姓名： 张宝全 指导教师： 起止时间：2012.12.31—2013.01.11

本科生课程设计（论文）

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号 课程设计题目 090303007 学生姓名 张宝全 专业班级 电气091 发电机自并励励磁自动控制系统设计（3） 基本参数及要求： 1水轮发电机容量300MW，功率因数0.80，定子额定电压18KV，空载额定转子电压200V。 2 要求电压调差系数在±12%范围内可调。 3 强励倍数2，不小于10秒 4 调压精度，机端电压静差率小于0.5％。 5 自动电压调节范围：70％～130％。 6 起动升压至额定电压时，超调量不大于8％。 设计要求 1. 阐述发电机励磁控制系统

辽 宁 工 业 大 学

电力系统自动化 课程设计（论文）

题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计（3）

院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气091 学 号： 090303007 学生姓名： 张宝全 指导教师： 起止时间：2012.12.31—2013.01.11

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘 要

励磁控制系统是同步发电机的一个重要组成部分，在保证电能质量、无功率合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要作用。本文针采用了单片机AT89C51作为控制核心和适合大容量的自并励方式设计了300MVA的水轮发电机励磁控制系统。在硬件电路中进行了模拟量检测电路和功率因数测量电路的设计，通过编程控制单片机在软件上实现了对同步发电机励磁系统调压范围及调差系数的调节与控制。采取了以提高电力系统动态稳定性为目标的线性最优励磁控制方式不仅实现了电压调节，还兼顾了功率及功率因数角的

摘 要

励磁系统是同步发电机的重要组成部分。优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以有效的提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。本次设计以330MW同步发电机为例，对其励磁系统进行设计和性能分析。

本次设计采用自并励励磁系统，用三相全控整流桥整流，根据励磁控制系统的基本要求、任务，对主回路和控制回路进行计算、设计和选择。

性能分析部分主要对所设计的励磁系统的静态特性、动态特性和强励倍数进行简单的分析和讨论。

关键词：励磁 自并励 自动 性能

Abstract

Excitation system is an important part of Synchronous generator. Excellent generator excitation system can not only ensure the reliability and stability, but also can effectively improve the generator and its associated power system technical and economic indicators. Let

自并励系统及其主要特点

① 没有旋转部件。运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。

② 自并励方式取消了励磁机，缩短了的汽轮机?发电机轴系长度可提高机组轴系的稳

定性、提高机组安全运行的水平。

③ 因励磁调节直接在转子回路中，没有主励磁机时滞环节，属快速响应励磁系统，技

术指标高，响应快，性能参数好。

自并励方式的缺点

① 整流装置电源电压取自发电机端，系统故障时，随着机端电压下降，影响励磁系统

的强励能力。

② 有碳刷增加了维护量。

③ 发电机近端短路时，因机端电压突然降低很多时可能不满足强励要求，强励减弱时，

短路电流迅速衰减，而造成出口带时限继电器拒动，使故障扩大，须加有记忆功能继电器。

④ 起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不能自励，需要另外设

置起励电源。

⑤ 励磁变压器的二次电压按满足强励要求设计，励磁变压器二次电流按满足额定励磁

电流设计。

⑥ 励磁变提供测温、轻瓦斯、重瓦斯及压力释放装置。

⑦ 高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护（过流、过负荷、差动），一组用于测

量（电压、电流）。低压侧每相也提供三组CT，两组用于保护，一组用于测量。

起励单元

? 对于自并激励磁系统，由于励磁能源取自发电机机端，当机组起动后，转

电力系统稳定器的仿真

2011年2月第2期（总第147期）

广西轻工业

GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY

机械与电气

同步发电机PSS辅助励磁控制及MATLAB仿真

李静

（江苏食品职业技术学院机电工程系，江苏淮安２２３００３）

【摘

在MATLAB环境中建立了PSS辅助励磁控制系统的仿真模型，并针对要】分析了电力系统产生低频振荡的原因，

该系统进行MATLAB仿真试验。通过比较在有无PSS辅助励磁控制时，系统在大小扰动下机端电压稳定性的变化，分析了PSS辅助励磁控制对电力系统稳定性的影响，证明了PSS对低频振荡有良好的抑制作用，能使系统稳定性提高。

励磁控制；MATLAB仿真；低频振荡【关键词】PSS；

【中图分类号】TM743【文献标识码】A

【文章编号】1003-2673(2011)02-50-02

电机装设比例型励磁调节装置时，可认为暂态电抗Xd’为常数，并且发电机的电抗由同步电抗Xd减小为暂态电抗Xd’。如果能够按运行参数的变化率调节励磁，甚至基本可以维持发电因此，发电机的端电压为常数，相当于发电机的电抗减小为零。机装设先进的调节器，就相当于缩短了发电机与系统间的电气距离，从而提高了系统的静态稳定性。

（2）提高动态稳定性

常规励磁系统对

第一章 发电机励磁系统的发展及现状

§1-1 励磁主回路的发展动态

在上世纪60年代以前，同步发电机基本上都是采用同轴直流励磁机的励磁方式，由于

当时发电机单机容量不大，输电线路不长，因此基本上能满足当时的要求，但直流励磁机维

护困难，炭刷易产生火花，换向器易于磨损，随着发电机单机容量的增大，励磁容量也相应

增大，当汽轮发电机单机容量达10万千瓦，励磁机容量已近500千瓦，而同轴的转速为每

分钟3000转的直流电机，受限于换向的极限容量仅为500千瓦。当时大容量发电机或是用

齿轮减速后驱动直流励磁机，或是用带大飞轮的独立驱动的电动发电机供励磁。

后来，随着硅整流元件出现，直流励磁机逐步被同轴交流励磁机和整流器代替，交流励

磁机的容量基本上不受限制。在1960年代,当时的第一机械工业部委托电器科学研究院，组

织了汽轮发电机三机交流整流励磁系统的全国统一设计。这种方式在大型汽轮发电机上一直

延用至今。为减小时间常数，交流励磁机通常采用频率100-250周，中频付励磁机用350-500

周，早期中频付励磁机采用感应子式，转子上无绕组，近年来已逐步被永磁发电机所代替。

1960年代初，可控硅元件刚出现，电流、电压定额较低，所以他励式可控硅静止励磁

用得较少。可

发电机（含双馈机）励磁控制

系统综合实验实验报告

专业班级：

姓 名: 学 号: 实验地点: 指导老师:

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一 概述

励磁控制系统实验接线图如图1可供选择的励磁方式有两种：自并励和他励。当三相全（半）控桥的交流输入电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流输入电源取自380v市电时，构成他励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，全控时的触发脉冲为双脉冲，具有最大最小a限制。以下实验操作均针对附录A中的发电机控制系统实验平台而言。

QF TA TV FU 微机励磁调节器 KML 至机端 A GS V KM KM RM VT 自并励 他励 至市电

图1励磁控制系统实验接线图

综合实验台中，微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UG（保持机端电压为定值）、恒IL（保持励磁电流为定值）、恒Q（保持发电机无功功率为定值）和恒a（保持控制角恒定）。其中，恒a方式是一种开环控制方式，只限于他励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增、减磁按钮，可以升高或降