【正文】 摘 要同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性起著重要作用，在我國(guó)，勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)性能指標(biāo)還不能令人滿意。除了制作水平的提高外，利用特殊的動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)階段對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試，是提高勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性和技術(shù)性能指標(biāo)的重要手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字仿真測(cè)試技術(shù)在電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域正起著越來越重要的作用。因此研究采用數(shù)字仿真測(cè)試技術(shù)對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測(cè)試，對(duì)提高勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)指標(biāo)有著重要意義。關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)AbstractThe excitation system of synchronous generator plays an important role in reliability and stability of power system. However, the reliability of current excitation system in China is not very satisfactory. To improve the reliability and performance of excitation system, in addition to enhancing the fabrication technology, it is critical to conduct design verifying and dynamic performance testing at the stages of design, manufacture, run and maintenance with special dynamic testing devices. With the rapid development of puter science and technology, digital simulation testing is being more and mo re important in Power System research field. Adopting digital simulation testing technology in the dynamic performance testing of synchronous generator excitation systems has a great significance in improving the reliability and performance of an excitation system.Keyword: Synchronous Generator, Excitation System目 錄摘要 1目錄 21 綜述 3 3 3 4 42同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理 63同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究 10 WDTⅢC型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)介紹 10 12 234結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 30致謝 311 綜述近年來，隨著發(fā)電機(jī)容量的不斷增大，遠(yuǎn)方水電廠到負(fù)荷中心的長(zhǎng)距離輸電線路的出現(xiàn)，這時(shí)，發(fā)電機(jī)間的聯(lián)系變得比較松散，就出現(xiàn)了輸送功率的極限問題。特別是在發(fā)生故障的情況下，有可能使發(fā)電機(jī)失去同步。另一方面，隨著大規(guī)模聯(lián)合電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜多變，這就增加了發(fā)生系統(tǒng)性事故和導(dǎo)致大面積停電的幾率。電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故是電力系統(tǒng)各種事故中涉及面最廣、后果最嚴(yán)重的事故之一。因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題歷來為世界各國(guó)所普遍關(guān)注。在當(dāng)前，為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性而采取的措施中，勵(lì)磁控制有明顯的作用。在諸多改善發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性的措施中，提高勵(lì)磁系統(tǒng)的控制性能，被公認(rèn)為是最有效和最經(jīng)濟(jì)的措施之一。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它的特性好壞直接影響到同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。勵(lì)磁的主要任務(wù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況，向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供一個(gè)可調(diào)的直流電流，以滿足發(fā)電機(jī)的運(yùn)行需要。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)一般由兩部分組成。一部分用于向發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組提供直流電流，以建立直流磁場(chǎng)，通常稱為勵(lì)磁功率輸出部分(或稱為功率單元)。另一部分用于在正常運(yùn)行或發(fā)生事故時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，以滿足運(yùn)行需要，一般稱為勵(lì)磁控制部分(或稱控制單元，或統(tǒng)稱為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器)。目前，勵(lì)磁系統(tǒng)測(cè)試在國(guó)內(nèi)仍然采用比較落后的手段，一種方法是采用獨(dú)立于勵(lì)磁和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)試裝置，使用萬用表，示波器等常用儀器在現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)機(jī)組上完成勵(lì)磁系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，檢驗(yàn)其性能，過程中甚至由人工來讀數(shù)，記錄，分析，制表。因此存在測(cè)試周期長(zhǎng)，測(cè)試精度低及人工強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，且對(duì)機(jī)組有損害。另一種方法是采用嵌入到控制器的測(cè)試軟件，在機(jī)組運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并分析處理，完成勵(lì)磁系統(tǒng)的測(cè)試，這種方法對(duì)機(jī)組也有損害。與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自動(dòng)化程度相適應(yīng)，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)試驗(yàn)的要求也隨之提高。目前傳統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)試裝置已很難對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的特性進(jìn)行全面的測(cè)試，難于適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需要。因此研制功能齊全，具有等效控制對(duì)象模型、操作方便的新型勵(lì)磁測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試勢(shì)在必行。勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性及其它特性有直接的影響。它的主要作用有：1．正常運(yùn)行時(shí)供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源，并根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載的變化作相應(yīng)調(diào)整，以維持發(fā)電機(jī)端電壓或電網(wǎng)中某一點(diǎn)電壓在給定水平上。當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，實(shí)行強(qiáng)行減磁以限制其端電壓，使其不會(huì)過度升高。此外，當(dāng)幾臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，通過勵(lì)磁系統(tǒng)的作用可使無功功率在機(jī)組間得到穩(wěn)定和合理的分配。2．通過靈敏而又快速的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定和輸電線路的傳輸能力。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路或因其它原因使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁，以提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。如果發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障，則對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行自動(dòng)滅磁，以降低故障的損壞程度。整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的發(fā)展包括兩個(gè)方面：一是主勵(lì)磁系統(tǒng)本身即勵(lì)磁方式的改進(jìn)與發(fā)展：另一個(gè)方面是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器即勵(lì)磁控制方式的改進(jìn)與發(fā)展，當(dāng)然這兩個(gè)方面的發(fā)展是互有關(guān)聯(lián)的。1960年以來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，太功率可控硅整流裝置的出現(xiàn)，取代了在運(yùn)行中弊端百出的直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)，出現(xiàn)了交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式(有刷勵(lì)磁方式和無刷勵(lì)磁方式)。從上世紀(jì)七、八十年代以來，自勵(lì)方式得到廣泛的研究與應(yīng)用，其中自并勵(lì)勵(lì)磁方式受到了越來越多的關(guān)注。，由于自并勵(lì)勵(lì)磁方式的種種優(yōu)點(diǎn)，它己逐漸成為一種發(fā)展的趨勢(shì)。有資料表明，只要合理解決好自并勵(lì)勵(lì)磁方式自身所存在的一些問題，它可以被應(yīng)用于包括水電、火電、核電在內(nèi)的絕大多數(shù)發(fā)電機(jī)組。勵(lì)磁控制方式的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。在第一階段中主要采用的是按發(fā)電機(jī)端電壓的偏差△y進(jìn)行比例式調(diào)節(jié)的方式，以及后來出現(xiàn)的PID勵(lì)磁控制方式。在第二階段中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS(power system stabilizer)最具代表性，它是在第一階段發(fā)展的基礎(chǔ)上，采用機(jī)端電壓的頻率，或機(jī)組轉(zhuǎn)速m，亦或是發(fā)電機(jī)電磁功率尸作為輔助輸入量的L種方式，用以抑制由于勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)繞組的滯后特性所產(chǎn)生的低頻振蕩，從而提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。第三階段是隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)的線性最優(yōu)勵(lì)磁控制方式，非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制方式，智能控制方式以及基于大系統(tǒng)理論的分散與協(xié)調(diào)控制方式等。首先，對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)，按照我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，有以下幾點(diǎn)要求：1．運(yùn)行要高度可靠、結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、檢修維護(hù)要方便。2． 發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓精度不低于0．5％～1．0％。無功調(diào)差范圍：汽輪發(fā)電機(jī)組為177。10％，水輪發(fā)電機(jī)組為177。15％。3．發(fā)電機(jī)端電壓隨頻率的變化要小，當(dāng)頻率變化為1％時(shí)，電壓變化小于177。O．25％。4．具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)：在10％階躍信號(hào)輸入時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓的超調(diào)量不超過50％(快速勵(lì)磁系統(tǒng)不超過30％)：振蕩次數(shù)不超過3～5次：調(diào)節(jié)時(shí)間：汽輪發(fā)電機(jī)組不大于10s，水輪發(fā)電機(jī)組不大于5s。甩額定負(fù)荷時(shí)，超調(diào)量不大于15％～20％。5．發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)行方式下，滅磁開關(guān)應(yīng)能可靠滅磁，并且不產(chǎn)生過高的電壓。其次，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求是：1．具有較小的時(shí)間常數(shù)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總的等值時(shí)間常數(shù)不大于O．05s。2．為保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的動(dòng)、靜性能指標(biāo)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律和必要的校正措施。如PID控制、轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋等?？焖賱?lì)磁系統(tǒng)應(yīng)配置PSS或多變量控制裝置，以利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁控制多功能的其它控制規(guī)律。3．采取必要的限制措施以保證整體的可靠性，例如防止轉(zhuǎn)子過電壓的勵(lì)磁過電壓限制；防止轉(zhuǎn)子過載的過電流限制：防止失磁的最低勵(lì)磁電流限制等。另外，對(duì)勵(lì)磁電源的要求也有兩條：1．勵(lì)磁電源要有足夠的調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)各種運(yùn)行方式的要求。2．勵(lì)磁電源要提供足夠的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和電壓上升速度，我國(guó)規(guī)定強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)取2倍，直流勵(lì)磁機(jī)方式可降低為1．8倍；強(qiáng)勵(lì)允許時(shí)間：空冷方式的機(jī)組為50s，水內(nèi)冷等其它方式只能為10s(水輪機(jī)組可為20s)；電壓上升速度(電壓響應(yīng)比)不小于2倍／s。2同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩部分組成。勵(lì)磁功率單元包括勵(lì)磁機(jī)或勵(lì)磁變壓器、可控硅整流器等，它向同步發(fā)電機(jī)提供直流電流，即勵(lì)磁電流；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)規(guī)律控制勵(lì)磁功率單元的輸出。整個(gè)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。其中，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是控制器，勵(lì)磁功率單元為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，