大型发电机励磁系统选型及最佳调节规律选择

1、 2000. 4 大电机技术 55 入 , 最佳传递函数应以二阶或三阶为宜 。按此观点对 S 时本身传递函 高阶的调节对象 , 如此发电机在 数就三阶 , 要采用极 零点对消降阶法 , 消掉相对较 小时间常数的环节 。其应用条件 : ( 1 闭环系统的数学模型 , 而其系数是可调的 。 ( 2 不宜用于不稳定环节的调节对象 。 ( 3 不宜用于具有靠近根的极点调节对象 , 如相对 高系统动态响应速度 , 并加了并联校正环节 , 提高动态 响应品质 。 当 KA 设计得足够大时 , 图 8 可以近似简化成图 9 的数学模型方框图 。 大惯性环节 。 ( 4 综合校正环节采用有理真分式的传递函数

2、, 以 减少高频干扰 。 3. 5 ITAE 准则最佳调节设计应用 3. 5. 1 300MW 水轮发电机励磁系统设计 仍以 “3 . 3” 节设计为例 , 闭环传递函数参见式 ( 5 , 根据表 1 得出 。 图 8 2n = K TG 1 . 4n = 1 + K 已知 : t Sn = 6 令 tS = 3 . 5 s 则求得 : K15 1 t S 3 . 5 S P = 4 . 32 % N :接近一次 图 9 系统的闭环传递函数为 : TF 1 S + KF TG KF TG Wc ( S = KF + FF 1 2 S + S + KF TG KF TG ( 8 设计满足要求 ,

3、 励磁系统的方框图如图 6 所示 。 3. 5. 2 300MW 汽轮发电机励磁系统设计 ( 1 系统选型 从式 ( 8 分析 , 该系统为 I 型系统 。静差很小 , 大 约在 0 . 5 %左右 , 可以忽略不计 。如此处理对工程应 用不会产生影响 , 而设计工作量大大减轻 。 ( 3 参数计算 选择交流励磁机带整流器的励磁系统 , 包括无刷 励磁系统 ,简图见图 3 和图 4 。 ( 2 数学模型建立 从图 3 和图 4 分析可看出 , 在励磁系统中有两个 大的惯性环节 ,即励磁机和发电机 ,励磁机的时间常数 是影响系统瞬态性能的主要因素 。所以在设计此系统 时 ,可考虑采用局部负反馈来

4、改善系统的动态品质 ,基 于此思想 ,我们采用了并联负反馈接近产生 PID 的调 节效应 。建立的数学模型如图 8 所示 。 在图 8 中 ,励磁机采用了负反馈措施 ,降低 T E , 提 按 ITAE 准则 , 最佳传递函数的系数查表 1 和图 7 得出 : KF + T F = 1 . 4n KF TG 1 KF TG 2 = n nt S = 6 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 56 大型发电机励磁系统选型及最佳调节规律选择 2000. 4 300MW 汽

5、轮发电机的 TG8 . 04s 。 令 tS = 3 . 5s n2rad/ s KF = 0 . 03 T F = 0 . 7s 根据静差要求 K = 400p . u. 计算结果 : KA = 400p . u. KF = 0 . 03 T F = 0 . 7s t S = 3 . 5s SP = 4 . 32 % 图 10 静差 0 . 45 % 当不做上述处理 , 列出系统闭环传递函数为 O 型四阶传递函数 , 分子 、 分母常数项仅差 1 , 可以忽 略 。认为是 I 型系统 , 计算方法相同 , 只是按照 ITAE 准则四阶传递函数最佳系数计算 。具体计算从略 , 给 出计算结果如

6、下 : KA = 350p . u. T F = 1 . 0s KF = 0 . 025 t S = 3 . 6s S P = 2. 0 % 通过上述比较可知 ,对于要求有一定快速性 ,又有 一定的平稳性的调节对象来说 , ITAE 准则最佳调节是 一种很好的设计方法 。 4 结论 ( 1 随着现代技术发展 ,大型同步发电机组的选型 研究工作已达到相当高的水平 , 建议励磁系统工作者 在设计选型工作中尽量选用本文提出的 4 种励磁方 式。 (2 ISE 和 ITAE 准则最佳调节规律是工程实用 , 有效的设计方法 。并已取得了相当丰富的设计经验 , 可以作为设计工程师的参考 。 ( 3 文中提

7、出的设计实例 ,可以作为现运行的大型 同步发电机组 ,在调试运行中参考 。 收稿日期 2000 - 04 - 11 静差 0. 5 % 用 ITAE 准则调节规律设计的 300MW ,600MW 励 磁控制系统总共运行近 50 台 。所取得运行数据基本 满足设计要求 。 调节器采用数字式 , 软件编制必须满足图 8 数学 模型的要求 。 3. 6 ISE 与 ITAE 准则的比较 为了比较方便 ,设计研究的系统皆为典型 I 型二 阶系统 。 即为 n C( S = 2 R ( S n + 2n S + 2 作者简介 穆德实 (1970 - ,1991 年毕业于哈尔滨工业 大学电气工程系 ,现工作于哈尔滨亚源电力 有限责任公司 , 从事电站电气自动控制工 作 ,工程师 。 ( 9 孙辅晨 (1936 - ,1962 年毕业于哈尔滨工业 大学电机系 , 高级工程师 , 大型同步发电机 励磁系统主任设计师 。 ISE 准则最佳系统超调量较大 , S P = 15 % 。用 I2 TAE 准则最佳系统超调量仅为 S P = 5 %左右 。 ITAE 准则最佳系统比 I