同步发电机励磁自动调节系统设计

绪论

1 绪论

1.1 题目来源

来源于生产/社会实际

1.2 研究目的和意义

近年来，随着电力系统的发展，大机组的出现，要求励磁调节器具有更高的技术经济指标、更加完善的控制功能。 早期的机电型调节器、电磁型调节器、半导体调节器都越来越不能适应当今同步发电机励磁自动调节系统的发展。目前，由于大规模集成电路和微机技术的迅猛发展，由硬件和软件组成的微机调节器己成为今后的发展方向。

优良的励磁调节系统有能提高系统的静稳定储备，防止励磁过分降低，提高继电保护灵敏度，快速灭磁等功能，能较好地使电力系统在稳定状态下运行并有较强的抗干扰能力。本系统采用MSP4300F149单片机为主控芯片，设计的微机励磁调节器将会作为励磁自动调节系统发展的一个新的方向。

1.3 国内外现状和发展趋势

1.3.1 励磁功率系统的发展

50年代初期，汽轮发电机的励磁主要是采用直流励磁机系统。直流励磁机

的容量受机械强度和换向电压等电气参数的影响，其最大功率取决于

nP=1.8 X 106 (1-1)

式中 P——直流励磁机的最大功率，kW；

n——直流励磁机的转速，r/min。

由于直流励磁机与汽轮发电机同轴旋转，即n=3000 r/min，则励磁机的最大功率P为600kW。

对于励磁功率大于600kW的汽轮发电机，无法采用同步直流励磁机系统。后来，交流励磁系统逐渐发展起来。

在交流励磁系统的发展过程中，先后出现了他励交流励磁机系统，自励和自复励静止励磁系统。

图1-1他励旋转硅整流励磁系统

图1-1所示为交流励磁机系统，其励磁功率电源可靠，不受电力系统或发电机端短路故障的影响，即励磁功率电源取自发电机以外的独立的并与其同轴旋转的交流励磁机，故称为他励。

他励交流励磁机系统比起直流机励磁系统，容量增大了，能提供较大功率。在直流励磁系统之后很长一段时间内，他励交流励磁机系统占有很重要的地位。由于他励交流励磁机系统仍有转动部分，维护不方便，且与发电机同轴，增大了发电机和厂房体积，使投资大大增加，不利于今后的发展，于是自励和自复励静止励磁系统便发展起来。

图1-2自励可控硅静止励磁系统

图1-2中所示的自励可控硅励静止励磁系统，其励磁功率电源采用发电机静止变压器作为电压源，或采用发电机系统静止的变流器作为电流源。由电压源或电流源构成的励磁系统，统称为自励静止励磁系统;由电压源和电流源复合构成的励磁系统，称为自复励静止励磁系统。自复励静止励磁系统的优点是:具有相复励作用，减轻了调节器的负担，增加了快速性;取消了励磁机，加快了调节速

度，对提高电力系统稳定性有利;整个系统没有旋转设备，维护简单。

1.3.2 励磁调节器的发展

励磁调节器是励磁控制系统的智能部件，它是根据发电机端电压和电流的变化对机组励磁产生校正作用的装置，用来在正常情况和故障情况下励磁的自动调节。

早期的调节器为振动型和变阻器型，都具有机械部件，称为机电型调节器。由于它不能连续调节，响应速度慢，并有死区，早己被淘汰。

上世纪50年代以来，磁放大器出现后，电力系统广泛采用磁放大器和电磁元件组成的电磁型调节器。由于磁放大器具有时滞性，调节速度慢，但可靠性高，通常用于直流励磁机系统。

上世纪60年代初期，随着半导体技术的发展，电力系统开始采用由半导体元件组成的半导体调节器。由于半导体元件几乎没有时滞，功率放大倍数也较高，因此半导体调节器调节速度较快。

近年来，随着电力系统的发展，大机组的出现，要求调节器具有更高的技术经济指标、更完善的控制功能。

目前，由于大规模集成电路和微机技术的迅猛发展，由硬件和软件组成的微机调节器己成为今后的发展方向。

1.4 本课题研究的内容及技术可行性

励磁调节系统的主要任务可归为:(1)保持发电机在运行中电压恒定;(2)在并列运行中，调节无功功率的分配;(3)提高同步发电机并列运行的稳定性。

当发电机运行时，保持端电压恒定是励磁调节中最基本的动作，影响电压变化的干扰主要来自三个方面，即:1.负荷的变化;2.转速的变化;3.发电机励磁系统的温度变化。在发电机正常运行时，励磁系统应维持发电机端电压在给定水平。为保证发电机端电压恒定，必须随发电机负荷电流的大小相应调整发电机励磁电流。

另外，在电力系统暂态过程中，维持发电机的端电压恒定有利于维持电力系统的电压水平，使电力系统的运行特性得到改善。当电力系统发生甩负荷、短路切除、重负荷线路合闸等现象时，可能造成电压升高加快或大量无功缺额等现象，自动励磁调节能减小这种现象，使电力系统的运行特性得到改善。因此励磁调节

系统应具备强行励磁、强行减励等功能。

本文将通过实物制作来揭示本励磁调节器的强大功能及准确、快速的控制特性。在以后章节中主要通过两个个方面来介绍:

1、硬件设计:主要介绍芯片的选择及其特点以及电路中各个功能模的构造;

2、系统实现:从整体结构、硬件特性、软件编程等各个方面来综合叙述本装置是如何进行工作的。

由于现代电力系统对稳定性、可靠性的要求越来越高，对励磁调节器性能的要求也相应的提高了。因此在设计励磁调节器时应注意到以下几点:

1)励磁调节器应具有高度的可靠性及稳定性。

2)励磁调节器应具有良好的静态特性和动态特性。

3)励磁调节器的时间常数应尽可能小，响应速度快。

4)励磁调节器应结构简单、检修方便，并应尽量做到系列化、标准化、通用化。

微型计算机以及体积小、功能强、运算速度快、可靠性高而逐渐受到人们的重视。但现有的51及%系列的单片机由于功能较少，使用起来不方便。本文是以一种新型16位单片机---MSP430149为基础，研究开发其外围电子电路，制作一种新型的微机励磁调节系统。它具有体积小、结构简单、功能强大、可靠性高、能方便地实现Pm算法等优点，应用在发电机励磁调节器上能取得较好的效果。可以预见，在今后很长一段时间内，以MSP单片机为基础的发电机微机励磁调节系统将得到更完善的发展。

2 系统硬件设计

2.1 微机励磁调节器的硬件结构

发电机微机励磁系统主要由励磁变压器、微机励磁调节装置、可控硅整流桥、转子过压保护与灭磁装置等构成。图2-1为发电机微机励磁系统整体结构示意图。

图2-1发电机微机励磁系统整体结构

励磁变压器(ZB)是为发电机励磁系统提供能源的装置。根据电站的实际情况，它的一次侧电源可取自电站厂用母线或发电机的出口端，可以采用Y/Y 12组别，但对于副方电流较大的情况，通常采用Y/△组别。另外，采用Y/△接线还可以起到对零序电流的隔离作用。当励磁变原边系统发生不对称故障时，零序电流不能流过副边，能对副边设备起一定的保护作用。励磁变可配有差动保护和过负荷保护，可动作于停机;瓦斯保护可动发出报警信号或跳闸信号。

电压互感器(PD是为测量部分提供合适测量电压的设备。由于发电机出口端的电压很高，无法直接用测量装置来测量。电压互感器通过电感线圈原、副边的电压转换，将高电压降低为一定范围的低电压，以供测量装置能适用的电压。

电流互感器(CT)的工作原理与电压互感器相似，是将大电流量转换为小电流量的装置。

励磁调节器中所需要的电压、电流、波形等信号就是由电压互感器和电流互感器 …… 此处隐藏：7918字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……