【正文】 東北電力 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目 QF62型同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)基本設(shè)計 1 摘 要 同步發(fā)電機勵磁控制在保證電能質(zhì)量，無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運行的可靠性方面起著十分重要的作用，本次設(shè)計以QF62 發(fā)電機為 主，對其勵磁系統(tǒng)進行設(shè)計和性能分析。 主要路采用自并勵方式，用三相全控整流橋整流，根據(jù)勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)，性能，結(jié)合工程實際需要，對主回路和控制回路進行設(shè)計和選擇，同時，適當(dāng)選擇過電壓和過電流的保護方式。 性能分析部分主要應(yīng)用自動控制的有關(guān)知識，彩用根軌這，時 域響應(yīng)曲線及相應(yīng)的計算機軟件上機進行調(diào)試分析，并對發(fā)電機并網(wǎng)后的穩(wěn)定性和對系統(tǒng)的影響作一淺析。 關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng) 可控硅 自并勵 自動控制 I 目 錄 目 錄 ...........................................................................................................................I 前 言 .......................................................................................................................... 1 第一部分 QF6Z型同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)基本設(shè)計 ........................................ 2 第一章 緒論 ................................................................................................................ 2 11 概述 ................................................................................................................... 2 12 方案論證及選擇 ................................................................................................ 5 第二章 勵磁系統(tǒng)主回路的設(shè)計 ................................................................................ 9 21 整流變壓器 ZB 的設(shè)計 ...................................................................................... 9 22 整流回路的原理及分析 ................................................................................... 12 23 半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的保護 ................................................................................... 15 24 整流元件參數(shù)確定及元件選擇 ......................................................................... 18 25 起勵設(shè)計 ....................................................................................................... 23 26 五磁設(shè)計 ........................................................................................................ 24 第三章 勵磁系統(tǒng)控制回路的設(shè)計 .......................................................................... 25 31 控制回路的 作用、構(gòu)成 ................................................................................... 25 32 測量比較單元 ................................................................................................. 26 33 綜合放大單元 ................................................................................................. 32 34 移相觸發(fā)單元 ................................................................................................. 33 第二部分 勵磁系統(tǒng)的性能分析 ................................................................................ 40 第一章 數(shù)學(xué)模型的建立 ............................................................................................ 40 11 測量比較單元 .................................................................................................... 40 12 綜合放大單元的傳遞函數(shù) ................................................................................... 41 13 功率主大單元的傳遞函數(shù) ................................................................................... 41 14 同步發(fā)電機傳遞函數(shù) .......................................................................................... 42 第二章 動態(tài)性以分析 .............................................................................................. 44 21 勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ...................................................................................... 44 22 利用時域仿真校驗勵磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo) ................................................ 47 23 移態(tài)誤差的計算 ................................................................................................. 49 第三章 勵磁系統(tǒng)控制對電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定影響及改善的分析 .......................... 49 31 同步發(fā)電機的動態(tài)療程線性化條件 ..................................................................... 50 32 同步發(fā)電機動態(tài)方程及穩(wěn)定數(shù)據(jù) ........................................................................ 50 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 60 1 前 言 勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分。它的技術(shù)性能及運行的可靠性，對供電質(zhì)量，繼電保護可靠動作，加速電動機自啟動和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行都有重大的影響，隨著超高壓遠距離輸電系統(tǒng)的建立，以及大容量發(fā) 電機標(biāo)幺電抗的增大，也可按電網(wǎng)的條件采用高超響應(yīng)和高頂值電壓的勵磁系統(tǒng)。 在某些故障情況下，發(fā)電機端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求發(fā)電機迅速增大勵磁電流，以維持電網(wǎng)電壓水平及穩(wěn)定性?？梢?，同步發(fā)電機勵磁的自動控制在保證電能質(zhì)量，無功功率的分配和提高電力系統(tǒng)運行的可靠性方面起著十分重要的作用。 勵磁系統(tǒng)是提供同步發(fā)電機可調(diào)勵磁裝置的組合。它包括勵磁電源裝置，自動，手動調(diào)整勵磁裝置，自動滅磁裝置，勵磁繞組過電壓保護裝置和上述裝置的控制，信號，測量儀表等，為了保證更高可靠性，可根 據(jù)需要裝設(shè)備用勵磁系統(tǒng)。 近年來，國內(nèi)，外勵磁系統(tǒng)的研制不斷取得進展，各型勵磁系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本文以 QF62 發(fā)電機為例，對其主回路設(shè)計，勵磁方式以及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)性能進行了初步論述。 2 第一部分 QF6Z 型同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)基本設(shè)計 第一章 緒論 11 概述 主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)電機型號： QF6Z 額定容量： 6MW 定子額定電壓： 定子額定電流： 688A 轉(zhuǎn)速： 3000 功率因數(shù) 效率 100%: 定子接線 :Y 空載勵磁電流 :95A 空載勵磁電壓 : 滿載勵磁電流 :248A 滿載勵磁電壓 : 同步電抗 Xd:% 瞬變電抗 Xd:% 定子線圈開路時勵磁線圈時間常數(shù) : 勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，直接影響發(fā)電機的運行 3 特性。勵磁系統(tǒng)一般由兩部分組成，另一部分是勵磁功率單元，向同步發(fā)電機勵磁繞組提供直流勵磁電流，第二部分是勵磁調(diào)節(jié)器，根據(jù)發(fā)電機的運行狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵磁電流， VX 滿足發(fā)電機運行的需要。 無論在穩(wěn)定運行或暫態(tài)過程中，同步發(fā)電機的運行狀態(tài)在很大程度上與勵磁系統(tǒng)有關(guān)。優(yōu)良的勵磁系統(tǒng)不僅可以保證 發(fā)電機運行的可靠性和穩(wěn)定性，而且可以有效地提高發(fā)電機及其相聯(lián)的電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。為此，在正常運行或事故情況下，卻需要調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的勵磁電流，勵磁調(diào)節(jié)應(yīng)執(zhí)行下列任務(wù)。 電壓控制及無功分配 在發(fā)電機正常運行情況下，勵磁系統(tǒng)應(yīng)維持發(fā)電機端電壓（或升壓變壓器高壓側(cè)電壓）在給定水平。當(dāng)發(fā)電機負荷改變而端電壓隨之變化時，同干勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，勵磁系統(tǒng)將自動地增加或減小供出的勵磁電流，使發(fā)電機端電壓回復(fù)到給定水平，保證調(diào)壓的精度，當(dāng)機組用負荷時，通過勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，應(yīng)限制機流電壓使之 不致于過分升高，另 外，若幾臺機組并列運行時，通過勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定地分配機組的無功功率。 提高同步發(fā)電機并列運行時的穩(wěn)定性。 保證發(fā)電機穩(wěn)定運行是電力系統(tǒng)可靠供電的首要條件，系統(tǒng)運行中隨時會受到外來干擾，擾動后機組能恢復(fù)到原狀態(tài)或過渡到新的運行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。對靜態(tài)穩(wěn)定勵磁系統(tǒng)能有效地提高靜態(tài)穩(wěn)定功率極限，對于暫定穩(wěn)定強行勵磁可減少加速面積，增大減速面積，改善暫態(tài)穩(wěn)定性。 4 對勵磁調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)是檢測和綜合系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息，以產(chǎn)生相應(yīng)控制信號，經(jīng)放大后控制勵磁功率單元以得到所要求的發(fā)電機勵磁電流。對其要求如下 ： 系統(tǒng)正常運行時，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機電壓的高低以維持發(fā)電機電壓的給定水平，并能合理分配組間的無功功率和便于實現(xiàn)無功功率的轉(zhuǎn)移。 對遠距離輸電的發(fā)電機組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運行要求勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)有共靈區(qū)。 能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強行勵磁導(dǎo)控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運行條件。 具有較小的時間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。 結(jié)構(gòu)簡單可靠，操作維護可靠方便，并逐步做到系統(tǒng)化，標(biāo)準(zhǔn)化。 對勵磁功率單元的要求： 具有足夠的調(diào)節(jié)容量。 具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度，勵 磁頂值電壓Ufd(h)是勵磁功率單元在強勵時可能提供的最高輸出電壓值，該值與額定工況下，該值與額定工況下勵磁電壓 Ufd(h)之比稱為強勵倍數(shù)Ke，涉及制造成本導(dǎo)因素，一般取 。 勵磁電壓上升速度是衡量勵磁功率單元動態(tài)行為的一項指標(biāo)，定與試驗條件和所有規(guī)定有關(guān)。 隨著勵磁系統(tǒng)的發(fā)展及系統(tǒng)裝機容量的增大，傳統(tǒng)的靠利用同軸的直流發(fā)電機作為勵磁機的勵磁方式存在下列問題：一是直流勵磁機 5 受制造容量的限制；二是整流子和炭刷的維護麻煩，三是勵磁調(diào)節(jié)大慢，在這些矛盾的解決上誕