1000MW水轮发电机线性最优励磁系统的研究

论文摘要

随着我国电网的扩大、电压等级的升高和大容量发电机组的不断投入运行,如何保持电力系统安全稳定运行变得尤为重要。同步发电机励磁系统对提高电力系统稳定性及可靠性起着重要的作用,提高励磁系统的控制性能被认为是改善发电机和电力系统稳定性最有效和最经济的措施之一。本文首先介绍了自并励励磁方式,详细分析了自并励励磁方式在水轮发电机上应用的优缺点。然后对励磁系统的主回路进行设计并计算参数,包括交流侧线电流、交流侧线电压和交流侧电源功率及三相整流桥的控制角。在此基础上,计算了励磁变压器的容量及变比,对应用较广泛的励磁系统灭磁保护方式进行了配置,针对在水轮发电机上应用最广泛的线性电阻和逆变灭磁相结合的灭磁方式进行灭磁时间的评价。其次提出单机―无穷大系统的基本假设,建立励磁功率单元数学模型,基于最优控制原理,选择应用最广泛的线性二次型最优控制,根据同步发电机的七阶派克模型,对系统做出合理的简化,建立了线性最优励磁控制器的三阶状态方程控制模型,设计了1000MW水轮发电机线性最优励磁控制器。最后,本文进行线性最优励磁系统的仿真,建立了单机―无穷大仿真系统和线性最优励磁控制器。在仿真模型调试后,通过对仿真模型进行三相对地短路和机端电压小扰动仿真,证明了励磁系统各参数选择的正确性及励磁系统在维持机端电压稳定性的作用,并横向比较了PID、PID+PSS、线性最优三种控制方式的控制效果,为巨型水轮发电机励磁系统的设计和选型提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的背景及研究意义
• 1.2 励磁系统的任务
• 1.2.1 控制电压和分配无功
• 1.2.2 提高电力系统稳定性
• 1.2.3 给电力系统运行带来其它好处
• 1.3 励磁系统的发展现状
• 1.3.1 励磁方式的发展
• 1.3.2 励磁控制的发展
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 自并励励磁系统主回路参数计算
• 2.1 引言
• 2.2 主回路参数计算
• 2.2.1 交流侧线电压计算
• 2.2.2 交流侧线电流计算
• 2.2.3 交流电源功率计算
• 2.2.4 可控硅控制角计算
• 2.3 励磁变压器选择
• 2.4 灭磁配置
• 2.5 本章小结
• 第3章 励磁系统数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 单机―无穷大系统基本假设
• 3.3 励磁功率单元数学模型
• 3.4 线性最优控制原理
• 3.4.1 最优控制原理
• 3.4.2 线性二次型最优控制
• 3.5 线性最优励磁控制器数学模型
• 3.6 1000MW 水轮发电机线性最优励磁控制器设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 1000MW 同步发电机线性最优励磁系统仿真
• 4.1 引言
• 4.2 单机―无穷大系统仿真模型的建立
• 4.3 仿真模型的调试
• 4.4 三相对地短路仿真
• 4.5 机端小扰动仿真
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢