龙首二级水电站发电机励磁系统的研究与设计

论文摘要

本文就水轮发电机组励磁系统进行探讨,得出了一套可应用于大中型水轮发电机的励磁系统。并在此基础上结合龙首二级水电4#水轮发电机组的试验研究,通过对试验数据的分析,得出的结论对于水轮发电机组励磁运行具有一定的指导意义。本文首先综述了同步发电机励磁系统在电力系统运行中的重要作用,介绍了发电机励磁调节器的发展历史,国内外励磁系统的发展应用现状及其发展趋势。详细分析了励磁系统的组成及重要作用。其次,在概述发电机励磁控制算法的发展历程及应用现状的基础上,介绍了励磁控制方法中的常规PID控制、改进PID控制、电力系统稳定器（PSS）、PID+PSS控制,以及目前研究较热的模糊PID控制、线性最优控制、非线性鲁棒控制等及各自的优缺点和参数的选取。再次,根据以上分析及水电站4#机组具体情况,研制了一套适用于该机组的励磁系统。该系统具有独特的双总线结构、微机/微机/模拟三个调节通道、良好的软件兼容和人机界面、与计算机连接灵活等优点。介绍了该励磁系统的硬件设计、外围接口、通讯规约、软件设计及工作原理。最后,通过对电站4#机组进行发电机升流实验、发电机升压实验、励磁系统闭环及开环实验,分析实验数据及特征曲线,结果表明该励磁系统具有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 综述
• 1.1 绪论
• 1.2 励磁调节器的发展及国内外现状
• 1.2.1 励磁调节器的发展历程
• 1.2.2 国内励磁调节器发展概况
• 1.2.3 国外励磁调节器发展概况
• 1.2.4 励磁装置的技术发展趋势
• 1.3 励磁系统的组成及其作用
• 1.3.1 励磁控制系统的基本组成
• 1.3.2 励磁系统的作用
• 1.4 本文的主要工作
• 2 励磁控制系统算法分析
• 2.1 算法综述
• 2.2 PID励磁控制
• 2.2.1 常规PID控制
• 2.2.2 改进的PID控制
• 2.2.3 PID调节器原理
• 2.3 PSS的工作原理
• 2.4 PID+PSS控制方式
• 2.5 模糊PID励磁控制
• 2.5.1 模糊PID励磁控制器设计
• 2.5.2 PID控制器参数整定原则
• 2.5.3 模糊控制器各环节的确定
• 2.5.4 建立模糊规则表
• 2.5.5 清晰化
• 2.6 线性最优励磁控制（LOEC）
• 2.6.1 线性最优励磁控制器
• 2.6.2 线性最优励磁控制对改善电力系统稳定的作用
• 2.6.3 关于线性最优励磁控制的说明
• 2.7 非线性鲁棒励磁控制（NRC）
• 2.8 本章小结
• 3. 励磁系统硬件组成及外围接口
• 3.1 系统概述
• 3.1.1 系统框图
• 3.1.2 工作原理
• 3.2 励磁调节器
• 3.2.1 励磁调节器配置
• 3.2.2 励磁调节器基本工作原理
• 3.2.3 总线
• 3.2.4 数字通道之CPU板
• 3.2.5 数字通道之A/D转换板
• 3.2.6 数字通道之开关量输入板
• 3.2.7 数字通道之开关量输出板
• 3.2.8 数字通道之总线转接板
• 3.2.9 数字通道之操作接口板
• 3.2.10 模拟式手动通道（C套调节器）
• 3.3 功率整流柜
• 3.3.1 基本配置
• 3.3.2 智能化功率柜（选用）
• 3.3.3 脉冲变压器
• 3.3.4 脉冲长距离传输
• 3.4 灭磁及过压保护
• 3.5 起励回路
• 3.6 电源系统
• 3.7 与监控系统的接口
• 3.7.1 基本原理
• 3.7.2 常规I/O方式
• 3.7.3 通讯和组网方式
• 3.8 输出接点定义
• 3.9 通讯规约
• 3.9.1 接口定义
• 3.9.2 通讯格式
• 3.9.3 通讯协议
• 3.10 操作命令
• 3.10.1 获取励磁系统的状态
• 3.10.2 通讯控制
• 3.10.3 增磁控制
• 3.10.4 减磁控制
• 3.10.5 恒无功运行控制
• 3.10.6 获取模拟量
• 3.11 本章小结
• 4. 励磁系统软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 励磁调节控制程序
• 4.2.1 励磁调节控制程序方框图
• 4.2.2 开机条件与停机命令
• 4.2.3 中断程序
• 4.3 软件移相特性
• 4.4 软件限制功能
• 4.5 调差特性
• 4.6 本章小结
• 5. 试验
• 5.1 电站简介
• 5.2 概述
• 5.2.1 试验措施编制的依据及试验标准
• 5.2.2 试验中需测量的电气参数
• 5.2.3 试验的组织和分工
• 5.2.4 试验应具备的条件
• 5.3 试验内容及步骤
• 5.3.1 发电机升流试验
• 5.3.2 发电机升压试验
• 5.3.3 励磁系统闭环升压试验
• 5.3.4 开环试验（即总体静态特性试验）
• 5.4 本章小结
• 6. 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献