同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设

同步发电机励磁控制系统分析摘要：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。

关键词：励磁系统；继电保护装置；1.励磁系统的主要作用励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态、暂态稳定性；4）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；5）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

根据运行方面的要求，励磁控制系统应该承担如下的任务：1.1.维持发电机端或系统指定控制点的电压在给定水平上。

满足这一要求首先考虑的是保证电力系统运行设备的安全性，其次保证发电机运行的经济性。

此外，维持发电机电压与提高电力系统稳定性方面的要求也是一致的。

1.2.合理分配并联运行发电机间的无功功率。

电力系统中有许多台发电机并联运行。

为了保证系统的电压质量和无功潮流合理分布，要求合理控制电力系统中并联运行发电机输出的无功功率。

1.3.提高电力系统的静态稳定性。

当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行的特性称为电力系统的静态稳定性。

现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率，自动励磁的调节装置的出现，使许多技术问题得到了圆满的解决。

1.4. 提高电力系统的暂态稳定性。

电力系统在运行中随时都可能遭受各种干扰，在各种干扰后，发电机组能够恢复到原来的运行状态或者过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。

励磁自动控制系统是通过改变励磁电流If从而改变Eq值来改善系统稳定性的。

1.5.提高电力系统动态稳定性。

当电力系统的负荷发生突变、线路结构参数改变，以及电力系统遭受突然短路等故障时，电力系统能否继续稳定运行，称为电力系统的动态稳定性。

增加励磁调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的有效措施。

同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN设计报告一．设计题目同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析二．原始数据：发电机型号：QFS-125-2基本数据：额定容量：（MW）125 转速：3000 额定电压：（KV）功率因数：效率：（%）额定电流：（A）6150励磁数据：空载励磁电流（A）：630 满载励磁电流（A）：1635空载励磁电压（V）：91 满载励磁电压（V）：265参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）转子电阻(75℃)(Ω)：(R75℃ =15℃ )电压降之和:ΔU=3KC =2三.设计内容:主回路设计:1.励磁方式选择---自并励励磁方式2.励磁变压器选择1)变压器的变比 K=U1N/U2N变压器原边电压 U1N=UGN=变压器副边电压-------U2N按强励工况选择XK=UK%UN2/100SN=ΩULQ=2ULM=2×265=530(V)ULQ=αMIN－3/∏×XKULQ/R75℃－ΔUU2=U2N= U2/=(强励时机端电压是额定电压的80%-85%)符号说明ULQ 强励工况下的励磁线圈两端电压ULM 额定满载励磁电压U2 二次侧实际机端电压αMIN 强励时可控控制角,一般为5-10度,初算时可设为0度XK 换流电抗,对于变压器供电方式,取它等于变压器漏抗ΔU 电压降之和2)额定电流下容量的选择---(全控桥)I2N=(2/3)ILM=(2/3) ×1635=1335AS=3U2NI2N=1544A符号说明I2N 交流侧额定电流ILM 满载额定励磁电流S 变压器容量3)变压器接线方式的选择一次侧角接,二次侧星接3.起励问题及计算起励方式:采用厂用电起励方式起励容量 SQ=1/40ULMILM=1/40×265×1635= 起励电压 UQ=1/4ULM=1/4×265=符号说明: ILM额定满载励磁电流4.整流元件参数的确定及选择---全控桥1)(按强励工况选择)硅元件额定电流整流桥直流侧电流 I=KCILM=2×1635=3270A桥臂平均电流 IAV=1/3I=1/3×3270=1090A强励正向平均电流 I2AV=KI×IAV=×1090=2725A(安全系数KI=2)可控硅额定电压选择桥臂反向工作电压瞬时值 UQF=2U2N=944V硅元件反向工作电压瞬时值UGF=KUKCGKBUQF=3×××944=3886V参数说明KU 电压裕度系数,取2以上KCG 过电压冲击系数,取电源电压升高系数,取 3)冷却方式风冷5.主回路保护配置1)整流元件的过电流保护: 快速熔断器2) 过电压保护:抑制关断过电压交流侧副边的过电压保护采用压敏电阻,阻容吸收电路(压敏电阻:当电阻两端所加的电压达到阈值时呈低电阻特性,可散热)3) 转子过电压保护:采用切换采样式一点接地保护6. 灭磁问题为了消除励磁回路里残留的磁场能量,励磁回路装设两个灭磁开关MK1,MK2.正常运行时MK1合,MK2开灭磁工作时MK1开,MK2合,利用所串电阻消耗能量性能分析报告应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能,并给出典型运行方式下的最佳参数整定值,要求打印主要分析曲线及计算结果,分析空载情况.自并励励磁控制系统的性能分析(根轨迹分析方法)设图中励磁控制系统的参数如下:TA=0S , TD0=, TR=, TZ=1/300S, KQ=KR=KZ=1由图可求得系统的开环传递函数为其中 K=895KAKZKG=895KA开环极点为 P1=, P2=-25, P3=-300 它们是根轨迹的起始点分母展开的多项式为: S3++7539S+900MATLAB程序如下>>num=[0 0 0 895]>>den=[1 7539 900]>>rlocus(num ,den)根轨迹的图如下系统的稳定性能分析由1+G0(Jω)=0可得ω2+900+K+Jω(-ω2+7539)=0 即ω2—7539=0ω2+900+K=0此时: ω= K= 即KA=K/895=结论:当 0<KA<时此系统保持稳定.此数据说明同步发电机励磁控制系统主回路采用自并励励磁方式KA的取值较广，稳定性较高.。

同步发电机自动励磁调节装置的设计本文将介绍《同步发电机自动励磁调节装置的设计》的主题和目的，并说明该装置在电力领域的重要性和应用价值。

同步发电机是一种广泛用于发电厂和电力系统中的发电设备。

为了保持同步发电机的稳定运行，必须对其励磁进行有效控制和调节。

励磁是指通过电磁场使发电机产生电磁力，进而产生电能的过程。

励磁调节装置的设计就是为了实现对发电机励磁电流的自动调节和控制。

同步发电机自动励磁调节装置在电力系统中具有重要作用。

首先，它能够确保发电机的励磁电流始终处于适当的范围内，以保证发电机的工作效率和发电能力。

其次，它还能够对发电机的励磁进行实时监测和调整，以应对电力系统的变化和故障情况。

同时，自动励磁调节装置还可以提高电力系统的稳定性和可靠性，减少对人工干预的依赖。

由于同步发电机自动励磁调节装置的设计具有重要的实际意义和应用价值，因此对其进行深入研究和设计是非常必要的。

本文将对该装置的设计原理、控制策略和实施方法进行详细介绍，以期能够为电力系统的稳定运行和高效发电做出贡献。

接下来的章节将对不同方面的设计要点进行阐述，包括设计原理、系统结构、控制要求和实施步骤等内容。

通过对这些方面的深入研究和理解，读者将能够掌握同步发电机自动励磁调节装置的设计技术和应用要点。

背景接下来的章节将对不同方面的设计要点进行阐述，包括设计原理、系统结构、控制要求和实施步骤等内容。

通过对这些方面的深入研究和理解，读者将能够掌握同步发电机自动励磁调节装置的设计技术和应用要点。

背景概述同步发电机的基本原理和励磁调节的作用，以及现有的励磁调节装置存在的问题和局限性。

概述同步发电机的基本原理和励磁调节的作用，以及现有的励磁调节装置存在的问题和局限性。

详细介绍同步发电机自动励磁调节装置的设计方案，包括控制原理、硬件组成、软件算法等方面。

1.控制原理同步发电机自动励磁调节装置的控制原理是通过监测发电机的输出电压和频率，并根据预设的目标值进行自动调节励磁电流，以维持稳定的电压输出。

摘要励磁系统是同步发电机的重要组成部分。

优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以有效的提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。

本次设计以330MW同步发电机为例，对其励磁系统进行设计和性能分析。

本次设计采用自并励励磁系统，用三相全控整流桥整流，根据励磁控制系统的基本要求、任务，对主回路和控制回路进行计算、设计和选择。

性能分析部分主要对所设计的励磁系统的静态特性、动态特性和强励倍数进行简单的分析和讨论。

关键词：励磁自并励自动性能AbstractExcitation system is an important part of Synchronous generator. Excellent generator excitation system can not only ensure the reliability and stability, but also can effectively improve the generator and its associated power system technical and economic indicators. Let's take the metal removal rate for example. Excitation system design and performance is analyzed.The design uses a self-shunt excitation system, three-phase full-controlled rectifier bridge rectifier excitation control system .According to the basic requirements of the task, the main circuit and control circuit is carried out calculation, design and selection.The part of performance analysis analyzes the static characteristics and dynamic characteristics and strong excitation multiples.Keywords: Excitation Self-shunt Automatic Performance目录引言 (1)第一章方案的选择 (2)1.1 概述 (2)1.2 方案论证及选择 (2)第二章励磁系统主回路的设计 (5)2.1 励磁变压器的设计 (5)2.2 整流回路的原理浅析及整流元件参数的计算 (7)2.2.1整流回路的原理浅析 (7)2.2.2整流元件参数的计算 (8)2.3 半导体励磁系统的保护 (9)2.3.1过电压保护 (9)2.3.2过电流保护 (10)2.4 同步发电机的起励设计与选择 (10)2.5 同步发电机的灭磁 (12)第三章励磁系统控制回路的设计 (13)3.1 控制回路的作用、构成 (13)3.2 测量比较单元 (13)3.2.1测量整定环节 (14)3.2.2滤波电路 (15)3.2.3比较整定电路 (15)3.3 综合放大单元 (16)3.4 移相触发单元 (17)3.4.1对移相触发单元的要求 (17)3.4.2移相触发电路的种类及选择 (17)第四章励磁系统的性能浅析 (19)4.1 励磁系统静态特性 (20)4.1.1发电机端电压调节精度 (20)4.1.2电压调差率(无功电源补偿率) (20)4.1 励磁系统动态特性 (21)结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (24)引言发电机不仅是有功电源，而且也要输出无功功率，而通过调节发电机励磁电流可以调节着输出的无功功率，无论在稳态运行或者暂态过程中，励磁系统的好坏对同步发电机的运行有很大的影响。

第⼆章（1-3节）同步发电机励磁⾃动控制系统教案第⼆章同步发电机励磁⾃动控制系统第⼀节概述励磁电流I EF空载电动势q E ?同步发电机的励磁系统=励磁功率单元+励磁调节器⼀、同步发电机励磁控制系统的任务（⼀）电压控制单机运⾏:=+q d G G E X I j U式中 ——发电机直轴同步电抗图2-1 励磁控制系统结构框图图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系 (a) 同步发电机运⾏原理；(b) 等值电路；(c) ⽮量图)(bGI ?)(a GU ?U I ?qE ?X I U E d Q G G q +=δcos式中δG—q E ?与GU ?间的相⾓，即发电机的功率⾓；QI ?—发电机的⽆功电流。

⼀般δG很⼩，可近似认为1cos ≈δG，于是，可得简化的运算式为X I U E d Q G q +≈上式说明，负荷的⽆功电流是造成与幅值差的主要原因，发电机的⽆功电流越⼤，两者之间的差值也越⼤。

线1：I EF 1不变()1,Q GeI U()22,Q G I U 曲线2：I EF 2不变()1,Q Ge I U()2,Q Ge I U（⼆）控制⽆功功率的分配1、同步发电机与⽆穷⼤系统母线并联运⾏的有关问题：图2-3 同步发电机的外特性I QQ 2Q 1U GU G 2U Ge 励磁不变励磁增加图2-4 同步发电机与⽆限⼤母线并联运⾏)(a 常数=U G GK 2'Q I ?Q I ?1G I K 11q EqE ?2q E 4434421⽆论励磁电流如何变化，发电机的有功功率P G均为常数，即==?cos I U P G G G 常数 ==δsin X U E P dGq G 常数 k I G 1cos =? K E q 2sin =δG I 的端点则沿着'BB 虚线变化q E 的端点则沿着'AA 虚线变化由此可见，与⽆限⼤母线并联运⾏的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机⽆功功率的数值。