發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)電機電壓控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機勵磁系 統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)電機孤網(wǎng)運行或者輕載運行時，發(fā)電機端電壓容易出現(xiàn)缺口或尖峰，如附圖1所 示，為現(xiàn)有技術(shù)中某電站發(fā)電機空載時端電壓的波形圖，發(fā)電機端電壓波形缺口或者尖峰 容易對電器設(shè)備產(chǎn)生嚴重的危害，同時對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。
[0003] 隨著用戶用電質(zhì)量要求的提高，處理發(fā)電機端電壓出現(xiàn)尖峰或者缺口的現(xiàn)象顯得 尤為重要。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機端電壓出現(xiàn)尖峰與缺口是由于勵磁系統(tǒng)中的可控娃整流 部份在換流時產(chǎn)生的一種固有現(xiàn)象，由于可控娃的通態(tài)電流臨界上升率diMt過大，勵磁整 流系統(tǒng)換流時的重疊角過小所導(dǎo)致，目前，通過增加勵磁變壓器的繞阻電感W增加勵磁變 壓器的短路阻抗來減少發(fā)電機端電壓尖峰與缺口的問題，然而，增加勵磁變壓器的繞阻電 感會造成勵磁變壓器的體積很大，且勵磁變壓器低壓側(cè)電感量增發(fā)，導(dǎo)致勵磁變壓器溫升 很高，變壓器勵磁系統(tǒng)的相應(yīng)響應(yīng)時間增大，其次仍然大量高次諧波通過電磁禪合進入到 勵磁變壓器的高壓側(cè)而使得端電壓波形出現(xiàn)尖峰，因此，發(fā)電機空載或者輕載運行時發(fā)電 機端電壓出現(xiàn)尖峰或者缺口的問題已成為業(yè)內(nèi)的嚴重困擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，本發(fā)明在于提供能夠有效減小發(fā)電機端電壓尖峰或缺口的發(fā)電機勵磁系 統(tǒng)W及該勵磁系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計方法和系統(tǒng)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，包括用于與發(fā)電機連接的勵 磁變壓器，所述勵磁變壓器包括變壓器鐵忍及繞制于所述變壓器鐵忍上的變壓器繞阻，還 包括電抗器，所述電抗器包括與電抗器鐵忍及繞制于所述電抗器鐵忍上的電抗器繞阻，所 述變壓器鐵忍與所述電抗器鐵忍之間設(shè)有屏蔽元件，所述電抗器的磁力線與所述勵磁變壓 器的磁力線相互垂直。
[0006] 通過上述發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，通過增加與勵磁變壓器連接的電抗器，使得電抗器的 磁場與勵磁變壓器磁場相互隔離，且電抗器的磁力線與勵磁變壓器的磁力線相互垂直，可 W有效地阻止高次諧波進入勵磁變壓器高壓側(cè)影響發(fā)電機空載或者輕載時的端電壓波形。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法包括:建立發(fā)電 機機組仿真模型，所述仿真模型包括與母線一側(cè)連接的發(fā)電機定子、與所述母線另一側(cè)連 接發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和勵磁控制單元、W及與所述發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和所述勵磁控制單元連接 的發(fā)電機轉(zhuǎn)子;根據(jù)所述仿真模型獲取所述發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)時間；當所述響應(yīng)時間 符合預(yù)設(shè)條件時，獲取所述電抗器的感抗;根據(jù)所述感抗確定所述電抗器壓降;根據(jù)勵磁變 壓器額定電壓、勵磁電壓器額定電流、預(yù)設(shè)勵磁倍數(shù)、發(fā)電機的額定勵磁電壓W及發(fā)電機的 額定勵磁電流獲取所述電抗器的額定電流。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)，包括仿真模塊， 用于建立發(fā)電機機組仿真模型，所述仿真模型包括與母線一側(cè)連接的發(fā)電機定子、與所述 母線另一側(cè)連接的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和勵磁控制單元、W及與所述發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和所述勵 磁控制單元連接的發(fā)電機轉(zhuǎn)子；響應(yīng)時間確定模塊，用于根據(jù)所述仿真模型獲取所述發(fā)電 機勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)時間;感抗確定模塊，用于當所述響應(yīng)時間符合預(yù)設(shè)條件時，獲取所述電 抗器的感抗;壓降確定模塊，用于根據(jù)所述感抗確定所述電抗器壓降；電流確定模塊，用于 根據(jù)勵磁變壓器額定電壓、勵磁電壓器額定電流、預(yù)設(shè)勵磁倍數(shù)、發(fā)電機的額定勵磁電壓W 及發(fā)電機的額定勵磁電流獲取所述電抗器的額定電流。
[0009] 通過上述發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法和系統(tǒng)，首先建立發(fā)電機組仿真模型，獲 取勵磁變壓器、發(fā)電機W及勵磁控制單元的已有參數(shù)作為仿真模型輸入并根據(jù)其與電抗器 之間的關(guān)系，分別計算獲得電抗器的感抗、壓降W及額定電流，W完成發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù) 設(shè)計。通過確定發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)，為最大程度的減少甚至消除發(fā)電機端電壓波形尖峰 或者缺口的問題提供了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0010] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電機空載運行時發(fā)電機端電壓波形圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明一實施例所提供的發(fā)電機機組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明一實施例所提供的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法的流程圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明第二實施例所提供的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法的流程圖。
[0014] 圖5為采用本發(fā)明實施例發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機空載運行時發(fā)電機端電壓波形 圖。
[0015] 圖6為本發(fā)明另一實施例所提供的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)的示意圖。
[0016] 圖7為本發(fā)明第二實施例所提供的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及具體實施方 式，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用W解 釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護范圍。
[0018] 請參閱圖2,為本發(fā)明一實施例所提供的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，包括用于與發(fā)電機連接 的勵磁變壓器14,所述勵磁變壓器14包括變壓器鐵忍及繞制于所述變壓器鐵忍上的變壓器 繞阻，還包括電抗器18,所述電抗器18包括與電抗器鐵忍及繞制于所述電抗器鐵忍上的電 抗器繞阻，所述變壓器鐵忍與所述電抗器鐵忍之間設(shè)有屏蔽元件（圖未示），所述電抗器18 的磁力線與所述勵磁變壓器14的磁力線相互垂直。
[0019] 其中勵磁變壓器14是一種?？跒榘l(fā)電機勵磁系統(tǒng)提供Ξ相交流勵磁電源的裝置， 勵磁系統(tǒng)通過可控娃將Ξ相電源轉(zhuǎn)化為發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流電源，形成發(fā)電機勵磁磁場，通過 勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)可控娃觸發(fā)角，達到調(diào)節(jié)電機端電壓和無功的目的。該發(fā)電機勵磁系統(tǒng)包括 增設(shè)的電抗器18,勵磁變壓器14包括變壓器鐵忍和變壓器繞阻，電抗器18包括電抗器鐵忍 和電抗器繞阻，其中電抗器繞阻包括分別與勵磁變壓器Ξ相分別串聯(lián)連接的第一線圈、第 二線圈和第Ξ線圈。變壓器鐵忍與電抗器鐵忍之間設(shè)置屏蔽元件，通過屏蔽元件將電抗器 鐵忍的磁場和變壓器鐵忍的磁場相互隔離。該屏蔽元件通常為由金屬材料，比如鐵制成的 薄片，電抗器18的磁力線與勵磁變壓器14的磁力線相互垂直，可W避免電磁禪合的影響，減 少勵磁變壓器14的可控娃的通態(tài)電流臨界上升率山/化。
[0020] 電抗器18與勵磁變壓器14的低壓側(cè)連接，可阻止勵磁變壓器14低壓側(cè)的高次諧波 通過電磁禪合作用進入到勵磁高壓側(cè)。優(yōu)選的，變壓器鐵忍與電抗器鐵忍相互垂直，通過將 鐵忍相互垂直的設(shè)置，可使得電抗器18的磁力線和勵磁變壓器14的磁力線相互垂直。為了 優(yōu)化布置，變壓器鐵忍與電抗器鐵忍沿豎直方向分層排列，具體的，變壓器鐵忍與電抗器鐵 忍沿豎直方向?qū)R，屏蔽元件設(shè)置于變壓器鐵忍與電抗器鐵忍之間，變壓器鐵忍與電抗器 鐵忍呈上下對稱設(shè)置，可W減小發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的體積，優(yōu)化發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的設(shè)計。
[0021] 優(yōu)選的，可W將電抗器18增加到勵磁變壓器14的內(nèi)部，勵磁變壓器14包括變壓器 殼體，將變壓器鐵忍、變壓器繞阻、電抗器鐵忍和電抗器繞阻均設(shè)置于所述變壓器殼體內(nèi)。 將電抗器18設(shè)置于勵磁變壓器14的內(nèi)部，可W簡化整個發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，節(jié)省 開發(fā)和設(shè)計成本，增強勵磁變壓器14的適應(yīng)性?？蒞理解的，電抗器18和勵磁變壓器14也可 W分離設(shè)置，只要能夠達到電抗器18的磁力線與勵磁變壓器14的磁力線相互垂直，阻止勵 磁變壓器14低壓側(cè)的高次諧波通過電磁禪合作用進入到勵磁高壓側(cè)便可。
[0022] 通過上述實施例所提供發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，通過增加與勵磁變壓器連接的電抗器 18,使得電抗器18的磁場與勵磁變壓器14磁場相互隔離，且電抗器18的磁力線與勵磁變壓 器14的磁力線相互垂直，可W有效地阻止高次諧波進入勵磁變壓器14高壓側(cè)影響發(fā)電機空 載或者輕載時的端電壓波形。
[0023] 如圖3所示，在另一個實施例中，提供了一種發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法，包括 如下步驟：
[0024] S100,建立發(fā)電機機組仿真模型，所述仿真模型包括與母線一側(cè)連接的發(fā)電機定 子、與所述母線另一側(cè)連接的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和勵磁控制單元、W及與所述發(fā)電機勵磁系 統(tǒng)和所述勵磁控制單元連接的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
[0025] 本實施例中，發(fā)電機機組仿真模型具體如圖2所示，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)包括勵磁變壓 器14和電抗器18，勵磁變壓器14包括變壓器鐵忍及繞制于變壓器鐵忍上的變壓器繞阻，電 抗器18包括電抗器鐵忍及繞制于電抗器鐵忍上的電抗器繞阻，電抗器繞阻包括分別與勵磁 變壓器14Ξ相分別串聯(lián)連接的第一線圈、第二線圈和第Ξ線圈。發(fā)電機轉(zhuǎn)子11與母線10的 一側(cè)連接，勵磁變壓器14的高壓側(cè)及勵磁控制單元15均與母線10的另一側(cè)連接。勵磁變壓 器14的低壓側(cè)與電抗器18連接。
[0026] 優(yōu)選的，該發(fā)電機機組仿真模型還包括與電抗器18連接的勵磁整流單元16。勵磁 變壓器14通過電抗器18與勵磁整流單元16連接，該勵磁控制單元15也與勵磁整流單元16連 接。通過勵磁整流單元16可W對電壓端輸出電壓進行整流和濾波，達到更加精確模擬仿真 的結(jié)果。
[0027] 該發(fā)電機機組仿真模型可W選擇現(xiàn)有的仿真軟件實現(xiàn)，如可W通過MatLAB進行建 模和仿真。其中發(fā)電機機組仿真建模的具體實現(xiàn)方式也可W通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，在此不再 寶述。
[00%] S102,根據(jù)所述仿真模型獲取所述發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)時間。
[0029]發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)時間是評價發(fā)電機機組運行的重要條件，因此對發(fā)電機機 組設(shè)計需確保發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)時間符合預(yù)設(shè)條件。通常，可w通過在仿真模型中輸 入勵磁變壓器相關(guān)參數(shù)、發(fā)電機相關(guān)參數(shù)W及勵磁控制單元相關(guān)參數(shù)，模擬實際運行情況， 然后通過修改勵磁控制單元中的PID參數(shù)模擬獲得發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)時間。
[0030] S104,當所述響應(yīng)時間符合預(yù)設(shè)條件時，獲取所述電抗器的感抗。
[0031] 通過仿真模型模擬獲得符合預(yù)設(shè)條件的響應(yīng)時間，其中符合預(yù)設(shè)條件是指所述發(fā) 電機勵磁系統(tǒng)電壓的上升時間和下降時間分別符合預(yù)設(shè)范圍，具體的上升時間不大于 0.08s，下降時間不大于0.1s，獲取與符合預(yù)設(shè)條件的響應(yīng)時間時電抗器的感抗。