《同步发电机励磁控制系统课程设计》

《同步发电机励磁控制系统课程设计》学校：广西科技师范学院学院：机械与电气工程学院班级：电气自动化***班姓名：甘**学号：1629*****任课教师：刘**目录摘要 2第一章 2第一节概述 2第二节同步发电机励磁控制系统的作用 21. 电能质量的保证 22. 无功功率合理分配 33. 提高电力系统稳定性 3第二章 3第一节同步发电机励磁控制系统的组成、任务与要求 31. 励磁控制系统的构成 32. 励磁控制系统的任务 43. 励磁控制系统的基本要求 5第二节励磁方式——三机励磁系统 51. 励磁方式 52. 三机励磁系统 53. 目前的应用形式 64. 励磁调节器 7总结 7参考文献 7摘要本文介绍了同步发电机励磁系统的基本知识，重点阐述三机励磁控制方式以及该控制方式在同步发电机励磁控制系统中的任务和作用，最后归纳出三机励磁系统在大型常规发电厂中的应用形式与情况。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。同步发电机的励磁系统是供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备，为同步发电机提供可调励磁电流的设备总体。关键词：三机励磁、控制方式、励磁电流、同步发电机第一章第一节概述在我国电力系统中，同步发电机的励磁系统主要有直流励磁机励磁系统和半导体励磁系统两种。励磁控制系统承担电力系统电压控制、无功分配和提高同步发电机并列运行的稳定性的任务，其是否可靠直接影响发电机的安全运行和电网的稳定，而根据实际情况选择正确的励磁系统是其可靠和稳定的前提。第二节同步发电机励磁控制系统的作用电能质量的保证电能质量即电力系统中电能的质量。从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。在同步发电机励磁控制系统中，发电机正常运行时，按主机负荷情况自动调节励磁电流，以维持一定的端电压和无功功率的输出，从而保证电能质量。无功功率合理分配无功功率就是没有消耗的功率。虽然没有消耗，但是它总是在电路里流动，消耗电路的资源，所以我们要把它拿出来，和有功区别开来，这样才能了解它作用，掌握它的动向，让它为我们所用。在同步发电机励磁控制系统中，发电机并列运行时，控制并列运行各发电机间无功功率分配，能使无功功率分配合理。提高电力系统稳定性电力系统稳定性是在一定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新回复到运行平衡状态的能力。系统中的多数变量可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类。在分析功角稳定时，还可进一步分为以下三类：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。在同步发电机励磁控制系统中，当系统发生突然短路故障时，能对发电机进行强行励磁，以提高系统运行的稳定性。短路故障切除后，使电压迅速恢复正常。第二章第一节同步发电机励磁控制系统的组成、任务与要求励磁控制系统的构成由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统（如图1）。同步发电机的励磁系统主要由励磁功率单元和励磁调节器（装置）两大部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。图1励磁控制系统的任务同步发电机励磁控制系统的任务是：维持发电机或其他控制点（如发电厂高压侧母线）的电压在给定水平，维持电压在给定水平是励磁控制系统最主要的任务，目的是使励磁装置并网前产生与系统相适应的空载电压；调节发电机无功的大小，调节发电机无功的大小，最终控制并联运行机组无功功率合理分配；增加并列运行的各同步发电机所带的无功功率的阻尼转矩，提高发电机和电力系统动态稳定的能力；在电力系统发生故障时提供强制励磁，提高电力系统的暂态稳定的能力；在电力系统中，故障切除后，励磁系统的强励、强减相互配合，平息振荡，发电机故障跳闸时进行灭磁。励磁控制系统的基本要求励磁系统对于发电机和电力系统运行的可靠性有很大的意义，它直接影响发电机在事故情况下的变化状态，因此发电机对励磁系统要求很高，具体表现在以下几个方面：一是，励磁系统不受外部电网的影响，否则在事故情况下会恶性循环，以致电网影响励磁，而励磁又影响电网，情况愈来愈坏。二是，励磁系统本身的调速应该是稳定的，若不稳定，即励磁电压变化量很大，则会使发电机电压波动很大。三是，电力系统故障发电机端电压下降时，励磁系统应能迅速提高励磁到顶值，且励磁上升速度和励磁顶值都希望很大。第二节励磁方式——三机励磁系统励磁方式通过励磁功率单元的接线获得励磁电流的方法称为励磁方式。常见的有三机励磁系统。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。三机励磁系统三机励磁的原理：主励磁机、副励磁机、发电机三机同轴，主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。基本励磁启动过程：励磁过程为起励装置启动，副励磁机G产生励磁电流，通过滤波器VT提供给主励磁机GE，其产生的励磁电流继续通过晶闸管可控整流器VD全控桥整流输出，进而在集电环（换流器）为同步发电机提供励磁电流、励磁电压，励磁电流通过电流互感器TA和电压互感器TV，最后输送给自动励磁调节器中自动调节，形成励磁过程。部分元件的含义：其中，电刷是与运动件作滑动接触而形成电连接的一种导电部件，是用于换向器或滑环上，作为导入导出电流的滑动接触体。它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷，它是电机的重要组成部件。我国行业推荐标准《JB/T4003-2001电机用电刷》中把电刷分为石墨电刷、电化石墨电刷、树脂粘合石墨电刷、金属石墨电刷四大类。集电环也叫导电环、滑环、集流环、汇流环等。它可以用在任何要求连续旋转的同时，又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。滑环能够提高系统性能，简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。图2目前的应用形式三机励磁系统在发电厂电力系统中的优点：励磁电源相对独立，不受到电力系统短路的影响；主励磁机励磁绕组的存在，励磁响应速度较慢。得利于三机励磁系统的优点，在励磁方式的选择上，俄罗斯、东欧多采用带有主副交流励磁机的三机他励励磁系统。在我国，对于有主、副励磁机的他励静止二极管励磁系统，通常采用三机励磁系统，这是在我国火电机组中应用较为广泛的励磁方式，例如大型常规火电厂、工矿汽轮机。励磁调节器励磁调节器是励磁控制系统中的智能设备，励磁调节器通过电流互感器TA和电压互感器TV测量电力系统中的电压和电流，通过计算出功率，从而它能够检测和综合励磁控制系统运行状态以及调度指令。励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调节器，它的主要输入量是发电机端电压，其输出用来控制励磁功率单元。电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。总结本文通过解释同步励磁发电机励磁控制系统基本知识，详细说明同步发电机励磁控制系统在保证电能质量、无功功率合理分配和提高电力系统稳定性等方面都起着十分重要的作用，肩负着艰难的任务。同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源，为满足正常运行要求，发电机励磁电源必须具备足够的调节容量，而且有一定的强励倍数和励磁电压响应速度。其中励磁方式最为常见的是三机励磁系统，随着控制理