发电机励磁系统毕业论文

摘 要从当前的发展来看，调压系统已经成为交流同步发电机中最重要，最核心的组成部分之一，对于同步发电机的性能有着至关重要的作用。本文主要论述采用相复励变压器，PID控制器为调节装置的励磁调压系统。先对整个同步发电机系统，包括调压系统，同步发电机，负载建立计算机模型，然后对各个环节的参数选取进行研究，并使用Matlab对系统进行仿真计算，分析所得结果，完成对调压系统的仿真。相复励装置运行可*，保证了发电机的自激起压及强励性能，动态性能好，但相复励装置的调节精度不太高，形成电压偏差。PID控制器进一步对相复励装着的调节进行校正，保证同步发电机稳定地运行在所需电压工况上。这里主要使用PI调节方式。关键词：同步发电机；相复励装置；PID调节器；Matlab/Simulink； ABSTRACTIn view of modern develop, excitation system is one of the best important part of the exchange synchronous generator. It is of most importance to the performance of the synchronous generator. This paper mainly introduces that excitation system utilize reply and encourage voltage transformer and PID control equipment as adjustment device. Have set up the computer models of the whole synchronous system of generator, including excitation system, the synchronous generator, and load, then analyses the method of choosing suitable parameters of each link, and carry on emulation to the system with Matlab, Finally, analyses the result, finish the emulation of excitation system. Reply and encourage excitation runs reliably and has automatic ability of excitation adjustment itself, but have not high precision. It will make decimeter of voltage. The PID controller makes the developed adjustment of the reply and encourage excitation system, guarantees the synchronous generator is operated on the operating mode of the necessary voltage steadily This paper main introduction regulate with words: synchronous generator; reply and encourage; PID controller; Matlab/Simulink 目 录第1章 绪论 同步发电机自动调压器应用的必要性 励磁系统的作用和基本要求 同步发电机电压变化的原因 自动励磁系统的分类 按照直流励磁电源的获得方法分类 按照励磁调节器的作用原理分类 按照励磁装置所使用的元件分类 6第2章 各类自动调压器基本原理 相复励自励恒压励磁系统的基本原理及特点 可控硅自励恒压励磁系统的基本原理及特点 无刷励磁同步发电机励磁系统的原理与特点 谐波励磁系统的原理与特点 本章小结 12第3章 MATLAB/Simulink环境 MATLAB简介 Simulink交互式仿真集成环境 Simulink的使用 Simulink模块库 电力系统仿真模块集介绍 本章小结 18第4章 同步发电机系统的工作原理 同步发电机原理 同步发电机的结构特点 凸极式同步发电机的向量图 凸极同步发电机的运行状态 PID控制器 相复励励磁系统 相复励励磁调节的工作原理 相复励装置实现恒压的条件 相复励装置常用接线方式 本章小结 32第5章 同步发电机系统的数学模型 同步电机的数学模型 相复励变压器励磁系统的数学模型 电压校正器和负载的传递函数 系统的结构 本章小结 42第6章 调压系统的仿真结果及分析 参数设定及仿真结果 本章小结 50结论 51参考文献 52致谢 53 第1章 绪论 同步发电机自动调压器应用的必要性各种电气设备都要求在额定电压下工作，同步发电机的端电压变化很严重的情况下，电机本身，负载和整个电力系统都会受到极大的不利影响，甚至直接影响整个系统的工作和生存。因此，保持一定的电压水平，是供电质量的重要指标之一。在运行中，电压的变化是随机的，迅速的，不可能实现人工调节。因此需要给同步发电机加入自动电压调整器。同步发电机的稳定性主要取决于其电磁参数。电机参数特别是自动励磁调节系统的参数对其有很大影响。同时，为了使多台同步发电机组高效稳定的并联运行，也需要良好的自动励磁调节系统。 励磁系统的作用和基本要求为保证提供高质量的电能，自动励磁装置应具有下列一些主要功能：1. 在发电机组起动后，转速接近额定转速时，自动励磁装置应能保证发电机可*起励，建立额定空载电压。对于有励磁机的他励系统来说，*励磁机励磁建立空载电压，对于无励磁机的自励系统来说，应要求励磁装置能确保发电机自励建立电压。交流同步发电机的剩磁较小，而磁场回路的总电阻又比较大，还存在炭刷—滑环接触电阻和整流元件正向电阻这样的非线性电阻，所以交流同步发电机的自励比较困难。2. 当负载大小或负载功率因数发生变化时，自动励磁装置应保证发电机端电压的波动在允许范围之内。发电机在负载缓慢变化时的端电压波动，用静态电压变化率ΔUs％来表示3. 式中Un--发电机的额定电压(V)，U--发电机在规定的负载变化范围内端电压的极值取Umax和Umin中绝对值较大的。4. 当投入或切除大容量的感应电动机时，自动励磁装置应能保证发电机的瞬时电压波动和端电压恢复至稳定值的时间在允许范围之内。5. 当电力系统出现突然短路时，自动励磁装置应该有足够的强励能力以产生一定数值的短路电流，使选择性保护装置准确动作，并在短路故障电路被切除以后使发电机的端电压迅速回升。为此励磁装置必须要有足够的强行励磁电压和较高的励磁电压上升速度。6. 当两台或两台以上的同步发电机并联运行时，自动励磁装置应保证无功功率按发电机容量成比例分配，以防止个别机组电流过载，并使总的效率得到提高。并联机组之间无功电流不按比例分配的原因在于并联的发电机和励磁系统的标幺值参数不一致，其中尤以励磁系统的标幺值参数不一致为多见。因此励磁装置应有无功电流分配和稳定功能，以克服由于这种参数不一致而引起的发电机电枢电路中的无功环流。 同步发电机电压变化的原因负载时，气隙中的磁场由电枢磁动势和主极磁动势共同作用产生。电枢反应使气隙磁场发生畸变，由此引起发电机电压U发生变化。发电机电压平衡方程： （）激磁电动势： （）得到 （） 主极磁场由励磁电流If产生，由此可知，要使同步电机端电压U保持恒定，须相应调整同步发电机的励磁电流If。因此对同步发电机端电压的控制可以通过两个途径来实现，一是引入I和功率因数cosφ作为控制量使I和功率因数cosφ的变化引起的主磁场变化和If的变化引起的主磁场变化相抵消，减小电枢反应去磁或增磁效应的影响，从而使U保持稳定。这种方法的静态特性从原理上讲是比较差的，但是动态特性比较好（如图）。二是引入端电压U和给定电压的差值，采用负反馈的方法控制励磁电流If。从而使端电压U保持恒定。这种方式的静态特性比较好，能够保持较高的电压调整精度（如图）。 自动励磁系统的分类船用同步发电机的自动励磁装置类型很多，分类方法也不一致。通常可以按照直流励磁电源的获得方法、励磁调节器的作用原理及励磁装置的组成元件等进行分类。 按照直流励磁电源的获得方法分类按照直流励磁电源的获得方法进行分类，可分为直流励磁机他励、静止自励和交流励磁机他励等三种类型。(1)直流励磁机他励方式。这是最早采用的一种励磁方式。陆上大电站多采用这种方式。直流励磁机可以由发电机轴传动，也可以用单独的电动机传动。直流励磁机电磁惯性大，又有换向器这样的薄弱环节，所以不宜在船舶电站中使用。(2)静止自励方式。船舶电站同步发电机的容量较小，采用像直流发电机那样的自励方式是比较适宜的。但只有在大功率半导体整流元件大量应用以后，这种用发电机定子交流电流经整流后供给转子励磁的自励方式才有了实现的可能。静止自励方式简单可*。因为变压器、电流互感器、半导体整流器等静止部件，不怕冲击振动和盐雾潮湿，特别适宜于船舶上使用。这种自励方式的电磁惯性小，励磁系统有优良的动态性能。特别是相复励装置，由于具有电流复励，能够直接起动与发电机容量相近的异步电动机。(3)交流励磁机他励方式。普通的交流同步发电机的转子绕组必须通过滑环和炭刷与外部电路保持电的联系。滑环和炭刷仍然是一个薄弱环节。因为滑动接触可能因油垢、灰尘和机械原因而造成接触不良，炭刷磨损下来的炭粉也可能落入绕组，使发电机的绝缘电阻降低。随着现代船舶自动化程度的提高和无人机舱的采用，希望有一种更可*的交流同步发电机供给船舶电站使用，于是就出现了以交流励磁机他励的无刷励磁方式。通常的交流同步发电机为转场式，与之相配合的交流励磁机则为转枢式。交流励磁机的电枢电流经硅整流元件整流后给交流发电机的磁场提供直流励磁电流。硅整流元件与电机转子部分一起旋转。由于整个机组的旋转部分和静止部分之间没有任何滑动电接触，去掉了电刷和滑环所以称这种励磁方式为无刷励磁方式。交流励磁机不但可*性比直流励磁机好，而且动态性能也比直流励磁机优良。但是由于交流励磁机随电枢旋转，制作工艺要求高，设计比较复杂。 按照励磁调节器的作用原理分类按照励磁调节器的作用原理，可分为按电压偏差调节，按扰动调节和复合调节三类。原理如前所述，同步电机的主要扰动即电枢电流。按偏差调节的励磁调节器也称为负反馈型励磁调节器，是一种比较通用和完善的调节器。它能减小被调量的偏差而与引起偏差的原因无关，不需对扰动进行测量而能克服多个扰动的影响。选择足够大的增益和采取适当的校正环节从理论上说可以使静态和动态电压变化率达到任意规定的数值范围。按扰动调节的励磁调节器结构简单，它不是等输出量出现偏差后再进行反馈调节，而是直接根据扰动量的大小进行前馈调节，工作可*，强励能力强，动态响应性能好。复合式励磁调节器通常以扰动补偿为主，以偏差调节为辅，后者常称为AVR。它既具有调压精度高、无功分配均匀等按偏差调节的主要优点，又具有强励倍数大、动态性能好等按扰动调节的主要优点，是一种比较理想的励磁调节器。现代船舶电站的主发电机绝大多数采用复合式励磁调节器。 按照励磁装置所使用的元件分类按照励磁装置所使用的元件分类通常可分为下列几种：(1)炭阻式励磁装置。这种励磁装置多采用直流励磁机。调节器采用铁心、线圈、衔铁、杠杆等机电元件，通过调节发电机励磁回路的电阻或励磁机励磁回路的串联炭片电阻进行励磁调节。由于机电惯性大，工作可*性差，使用的功率受限制等原因，目前已很少应用。但它是最早的按偏差调节的励磁调节器。(2)相复励装置。这种励磁装置采用变压器、电流互感器、电抗器以及半导体整流器等静止元件，电磁惯性较小，可*性高，因而得到广泛的应用。通常做成可控相复励式。早期采用磁放大器和饱和电抗器做成的AVR，其电磁惯性较大。如今普遍用半导体元件做成的AVR，惯性很小，放大倍数很大，体积和重量也相当小。(3)三谐波励磁装置。这种励磁装置采用发电机中增设的三谐波绕组产生三谐波电势，经半导体整流器整流后给发电机励磁，结构简单，可*性高。通常也加上半导体AVR，做成可控谐波励磁装置。(4)可控硅励磁装置。这种励磁装置采用半导体二极管、三极管、可控硅等元件，具有体积小、重量轻、反应快、放大倍数高等特点是目前使用的按电压偏差调节的励磁装置的主要型式。

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大型风力发电机组并网运行的探讨 1 风力发电机的并网 风力发电机组是将风能转换成电能的装置，系统包括发电机、增速箱、刹车、偏航、控制等几大系统。直接与电网相连接的是异步发电机。下面以甘肃玉门风力发电场的金风S43/600风机为例说明并网问题。 异步发电机结构简单，其发电的首要条件是要吸收无功来建立磁场，如果没有无功来源，也就是说没有电网，异步发电机是没有能力发电的。 风机从系统吸收无功，必然会造成系统的电压降低和线损的增加，所以每台风力发电机都设有无功补偿装置，最大无功补偿容量是根据异步发电机在额定功率时的功率因数设计的，一般为>0. 98。 但由于风力发电机的无功功率需求随有功变化，如图1所示，因此，风机每个瞬时的无功需求量也都不同，该风机补偿分为4组固定的容量(600kW风机： 、50 、25 、 - A)，在每个补偿段内，不足部分无功从电网吸收。 单台风力发电机组自身有较全的保护系统，风机主电路出口处装有速断和过流保护，其定值分别为2倍的额定电流、Os动作和倍额定电流、12 s动作。风机还有灵敏的微机保护功能，设有三相电流不平衡，缺相，高压、低压，高周、低周，功率限制等项保护。因此当风电场内或电力系统发生故障时，风机的保护动作非常迅速，保证电网和风电场的安全。 由于异步电机在启动时冲击电流较大，最大可以达到额定电流的5～7倍，对电网会造成冲击。为解决以上问题，现在设计的风力发电机有性能优越的软并网控制电路。目前软并网的控制方式有两种：电压斜坡方式和限流方式。软并网过程可以做得很平稳，整个软启动的过程可以在十几个周波到几十个周波内完成，最高峰值电流可以限定在额定电流之内。图2是记录的S43/600风机并网时的电流实际波形，采样电流幅值衰减20倍。风机的软启动电流限制在500 A内（小于额定电流），启动过程约40个周波。 另外，目前风电场占系统的容量很小，而且风电场的容量利用系数较低，因此风电负荷的变化不会对系统的周波造成较大的影响。2风电场并网中应注意的几个技术问题 继电保护 在设置保护和确定保护定值时应考虑以下因素。 目前一般风机出口电压是低压系统，从35 kV侧的等值电路来看，风机及相应的低压电缆相当于一个很大的限流电抗，短路电流无法送出。 风力发电机为异步发电机，当系统短路时，风机出口电压大幅度下降，没有了励磁磁场，则风机无法发电。风机自身具有全面的微机保护。 由于以上特点，在考虑电网继电保护和风电场的继电保护方案时，只需设置速断和过流保护，定值考虑躲过风电场最大负荷电流即可。 电网电压的调整 有些风电场处于电网末端，电压较低，在进行风电场设计时有一项很重要的工作就是变压器电压分接头设计。既要保证风机的出口电压，又要确保线路上其他用户的要求。 在设计时要认真调查不同季节、不同时间（白天与晚上的负荷）距离风电场最近的线路末端节点电压的变化值，并根据该电压值来设计电压分接头，风力发电机作为电源，其电压允许的偏差值为额定电压的+10%至-5%，如果电压低于额定值，则输送同样功率时电流值就会增加，从而引起线路损耗的增加。另一方面，低电压还会引起软启动电流值的增加。在风电场接入电网调试期间，应反复测量变电站低压侧电压，合理选择分接开关位置，以确保风机出口电压在规定的范围之内。 风电场的无功补偿 风电的无功需求特点如下：在停风状态下也保持与电网的联接并从系统吸收无功。 风机的无功需求量随着有功变化而变化，一部分通过自身的无功补偿装置补偿。但在无功补偿的4组固定的容量之间，仍需从电网吸收部分无功。 风电场的无功造成的影响如下：①风电场的无功变化在满发时会抬高风机出口电压，在并网时会在瞬间较大幅度降低出口电压。②对线路及变压器损耗的影响。由于风电场设备长期并网，无论是否发电，变压器都要向系统吸收一定的无功，其数量大约是变压器容量的1%—。此外，随着风机有功出力的变化，无功需求也在变化，当风机本身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时，就需从电网吸收无功，这些无功在流经线路时也会引起线路损耗。风电场中的风机是分散排布的，其间隔距离较大，因此从系统吸收无功所经的线路较长，又会增加一定的线路或变压器损耗。 综上所述，风电场的无功补偿是一项有经济效益的工作，除了风机内的补偿外，在每台箱式变压器低压侧根据变压器的空载电流大小增加一组补偿电容器并长期投入，容量按照变压器空载无功功率选取： 以红松风力发电场用的1 600/10. 5/0. 69箱式变压器为例，空载电流为0. 6%，空载损耗 kW，视在额定功率1 600 kV．A，变压器空载无功约为9. 37 kV -A。 另在35 kV升压站内增加无功补偿装置，以弥补由于出力变化引起的无功变化，从而起到降低线路损耗的作用。3结论 大型风力发电机组在并网时选择合适的继电保护装置、合理地调整电网电压、配备足够的无功补偿装置，就能顺利并网。理论和实践都已证明风力发电的并网过程比较简单，不会对电网产生影响。 本文选自591论文网591LW：专业 代写毕业论文 -致力于代写毕业论文,代写硕士论文,代写论文,代写mba论文,论文代写

论电气自动化控制系统的设计思想【论文关键词】：电气自动化；控制系统；设计思想；系统功能 【论文摘要】：文章通过介绍电气综合自动化系统的功能，讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想（以发电厂为例子），展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。设各智能化水平的提高使得对现场设备状况的精确掌握成为可能，通讯技术的发展则为大容量的数据传输提供了平台。在工业自动化领域，基于Pc的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的采纳。 一、电气综合自动化系统的功能 根据单元机组的运行和电气控制的特点，应将发电机一变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入ECS监控。其基本功能 为： 1．发变组出口220kV/500kV断路器、隔离开关的控制及操作。 2．发变组保护、厂高变保护、励磁变压器保护控制。 3．发电机励磁系统。包括启励、灭磁操作，控制方式切换，增磁、减磁操作，PSS(电力系统稳定器)的投退。 4．220kV/500kV开关自动同期并网及手动同期并网。 5．6kV高压厂用电源监视、操作、厂用电压快切装置的状态监视、投退、手动启动等。 6．380V低压厂用电源监视、操作、低压备自投装置控制。 7．高压启/备变压器控制和操作(2台机共用)。 8．柴油发电机组和保安电源控制和操作。 9．直流系统和LPS系统的监视。 对于发变组保护等主保护和安全自动装置，因其设备已经很成熟而且要求全部在DCS中实现其功能尚有一定难度，可能增加相当大的费用，故可以保留。但是它们与DCS间要口求接，控制采用硬接线，利用通讯方式传输自动装置信息，并可以通过DCS进行事故追忆。 二、电气自动化控制系统的设计思想 1．集中监控方式 这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时， 隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。 2．远程监控方式 远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、，节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线，CAN总线等)的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。3．现场总线监控方式 目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展， 这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。 三、探讨电气自动化控制系统的发展趋势 OPC(OIJEforProcess Control)技术的出现，IEC61131的颁布，以及Microsoft的Windows平台的广泛应用，使得未来的电气技术的结合，计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131已成为了一个国际化的标准，正被各大控制系统厂商广泛采纳。 Pc 客户机／服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和，电子商务的普及将加速着这一过程。Internet／Intranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据，也可以对当前生产过程的动态画面进行监控，在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用，将对未来的自动化产品，如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。 参考文献 [1] 贺家李、沈从炬，电力系统继电保护原理，北京: 中国电力出版社，1994. [2] 范辉、陆学谦，电气监控系统纳入DCS的几点体会，电力自动化设备，2001, 21(3): 52-54. [3] 薛葵，发电厂电气监控系统, 电力系统装备，2002 (1): 72-73. [4] 蒙宁海，火电厂厂用电系统监控方案的探讨，广西电力，2003, 26 (2): 44-47. [5] 林跃、秦岭，纳雍发电总厂ECS方案解决方法的探讨, 贵州电力技术，2003, 6(7):3-5. [6] 曲兆卫、刘耀志，等. ECS系统在蒙华海电的应用, 内蒙古电力技术，2003, 21(5):51，62. [7] 陈良根、田兰、张进，ECS在巴蜀江油电厂的应用, 四川电力技术，2003, 26 (3):9~10. [8] 张军、李楠，浅谈电气控制系统(RCS)的应用和发展, 自动化博览，2004, 21(6):66-69. [9] 朱建梁，电气控制系统(ECS)进入DCS系统力式的探讨, 湖南电力，2004, 24(10):30-32.