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第二章励磁系统参数实测试验
2.1设备参数
2.1.1模拟水轮发电机组参数
动态模拟实验室的模拟水轮发电机组实物图如图2-1所示。
图2-1模拟水轮发电机组的实物图
该机组由武汉湖电华龙电机制造有限责任公司生产,主要由同轴相连的一台交流励磁机、一台直流电动机以及一台凸极式发电机组成,并配以同轴飞轮片、测速齿盘和测功角齿盘。
其中直流电动机作为原动机,型号为Z2-61,采用他励磁励方式,额定有功功率为10kW,额定电压为直流220V,额定电流为54.5A,额定频率为50Hz,额定转速为1500r/min;
交流励磁机用于模拟励磁机他励或者励磁机自励励磁方式,型号ZTC-2,额定有功功率为2kW,额定电压为交流220V,额定电流为3.6A,额定功率因数为0.8,额定励磁电流为3.54A,额定频率为50Hz,额定转速为1500r/min;
凸极式发电机的型号为MTF-4,参数如表2-1所示。
表2-1凸极式发电机参数
名称
参数
额定容量
5kVA
额定电压
380V(YY接)
额定功率因数
0.8
定额电流
7.4A
额定转速
1500r/min
额定频率
50Hz
发电机转子电压
28V
空载励磁电流
0.6A
直轴同步电抗
1.705pu
直轴暂态电抗
0.26pu
直轴次暂态电抗
0.172pu
交轴同步电抗
1.097pu
交轴次暂态电抗
0.164pu
励磁绕组电阻
37.36Ω
定子绕组开路时转子回路时间常数
1.05s
励磁绕组电抗
0.099pu
定子绕组开路时直轴暂态时间常数
零序电抗
0.079pu
定子绕组开路时交轴暂态时间常数
负序电抗
0.160pu
定子绕组开路时直轴次暂态时间常数
0.0039s
定子绕组电阻
0.109Ω
定子绕组开路时交轴次暂态时间常数
定子绕组漏抗
0.119pu
2.1.2励磁变压器参数
励磁变压器的基本参数如表2-2所示。
表2-2励磁变基本参数记录表
参数名称
额定容量(kVA)
2.5
联接组别
dy-11型接线
额定电压(V)
380
50
短路阻抗
5%
励磁变相数
3相
2.1.3PT、CT及转子分流器参数
PT变比:
800V/100V
CT变比:
5A/5A
分流器变比:
(励磁回路)5A/75mv
2.1.4AVR参数
励磁调节器制造厂家没有提供AVR模型。
2.2励磁系统参数实测试验
2.2.1发电机空载特性试验
一、实验目的
测量在发电机空载情况下励磁电流和机端电压的关系,同时确定发电机励磁电压、励磁电流、励磁回路电阻的基准值,为励磁系统和发电机饱和系数的计算提供依据。
二、实验条件
1、发电机空载运行,维持额定转速,AVR采用手动励磁调节方式(电压闭环)。
2、采用自并励励磁方式。
3、要求发电机电压不低于1.2倍的额定电压。
适当提高励磁调节器过励限制定值和发变组过压保护定值。
三、实验方法
1、按现场“增励”按钮逐渐改变励磁电流,测量发电机10%~120%额定机端电压范围(当发电机与主变压器相连时发电机电压不能超过105%额定电压)的上升特性曲线。
2、按现场“减励”按钮逐渐改变励磁电流,测量发电机120%~10%额定机端电压范围的下降特性曲线。
四、安全注意事项
发电机电压不超过额定值的120%,发电机电压在1.2倍额定值停留记录时间不超过20秒。
2.2.2发电机空载时间常数Tdo’测试
测量定子开路转子时间常数
。
1、发电机空载运行,转速维持额定,AVR采用自动励磁调节方式。
在发电机空载额定电压条件下,采用突然封闭励磁调节器触发脉冲的方法,使发电机灭磁,测录发电机电压下降的曲线,计算发电机转子时间常数。
2.2.3励磁系统开环放大倍数测试
确定励磁系统的开环放大倍数。
1、发电机励磁方式为他励。
2、发电机维持额定转速,主调节器运行方式置“电压闭环”,给定置40%。
1、按调“起励”按钮,发电机机端电压升至40%额定电压。
2、主调节器比例系数置为原先设定值的1/5,即积分、微分退出。
3、缓慢升高发电机电压,分别在发电机电压为40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、100%额定电压时记录UF、Ur、ΔU、UC、α、UL。
其中UF为PT二次电压、Ur为给定电压、ΔU、UC为α角控制电压、α为可控硅导通角、UL为整流桥输出电压。
4、试验完毕将参数改回原值。
2.2.4小阶跃响应试验
测量励磁调节器的调节品质。
调整发电机电压为95%额定电压,进行±
5%额定电压阶跃扰动试验,记录发电机机端电压、转子电压、转子电流波形。
四、实验目标
发电机空载5%阶跃响应:
超调量不大于阶跃量的30%,振荡次数不大于3次,上升时间不大于0.6s,调节时间不大于5s。
2.2.5大阶跃响应试验
确定励磁功率单元的模型参数。
可测得最大、最小输出电压,校核调节器的
、
是否满足要求。
1、自动励磁调节器调整发电机电压为60%额定电压,操作调节器进行+20%阶跃试验(60%→80%),同时启动录波。
2、自动励磁调节器调整发电机电压为80%额定电压,操作调节器进行-20%阶跃试验(80%→60%),同时启动录波。
第三章试验结果分析
3.1确定发电机励磁回路基值及饱和系数
由发电机空载特性可确定发电机励磁回路的计算基准值及模型参数。
发电机空载特性曲线见图3-1。
图3-1发电机空载特性曲线
1、发电机励磁电流的基准值
选取发电机空载特性曲线气隙线上与发电机额定电压相对应的发电机励磁电流为发电机励磁电流的基准值。
2、发电机励磁回路电阻的基准值
取发电机铭牌额定励磁电压与额定励磁电流之比为发电机励磁绕组电阻的基准值。
3、发电机励磁电压的基准值
(3-1)
4、根据发电机空载特性可计算模型需要的饱和系数SG
按照电力系统分析程序规定的发电机饱和系数定义进行求取。
BPA电力系统分析程序的发电机饱和系数按照式(3-2)计算。
(3-2)
3.2调节器最大内部电压VAMAX和最小内部电压VAMIN
VAMAX和VAMIN指AVR的PID放大器总输出的内部限幅值。
3.3换相电抗的整流器负载因子KC(标幺值)
由励磁变压器供电的三相全波可控整流桥换相压降系数
的计算公式如下:
(3-3)
其中,
分别为励磁变压器的额定视在功率、二次侧额定电压和短路电抗。
3.4可控硅整流器的最大/最小触发角计算
在空载大阶跃试验的波形中,对励磁电压随机端电压的平稳上升/下降段分别取两点计算α角,计算公式为:
(3-4)
式中,
为励磁变压器二次侧电压。
3.5最大输出电压VRMAX和最小输出电压VRMIN
对自并励励磁系统,电压调节器最大输出电压
和最小输出电压
也就是励磁系统的最大、最小输出电压,是发电机端电压等于额定值时的最大、最小输出电压。
根据可控硅最小控制角、最大控制角,得到标幺值形式的
和
为:
(3-5)
(3-6)
3.6发电机电压测量环节等值时间常数
发电机电压测量环节等值时间常数为TR=0.01s。
第四章BPA仿真建模及小干扰校核
4.1BPA仿真建模
1、确定计算用模型及模型参数
在中国版BPA暂态稳定程序中,根据励磁方式及AVR模型,选定合适的模型作为计算用励磁系统模型。
如选择FV型作为计算用励磁系统模型,其传递函数图如图4-1所示,参数见表4-1。
图4-1FV型或12型传递函数框图
表4-1FV型励磁系统模型参数表
原始参数
实用参数
调差系数Xc
调节器输入滤波器时间常数TR(秒)
调节器最大内部电压VAMAX(标幺值)
调节器最小内部电压VAMIN(标幺值)
电压调节器超前时间常数T1(秒)
电压调节器滞后时间常数T2(秒)
电压调节器超前时间常数T3(秒)
电压调节器滞后时间常数T4(秒)
电压调节器放大器增益KA(标幺值)
调节器PID增益K(标幺值)
积分选择因子Kv(标幺值)
电压调节器放大器时间常数TA(秒)
软负反馈放大倍数KF(标幺值)
软负反馈时间常数TF
电压调节器最大输出电压VRMAX(标幺值)
电压调节器最小输出电压VRMIN(标幺值)
换相电抗的整流器负载因子KC(标幺值)
2、在BPA中搭建稳定计算用仿真模型
BPA稳定程序是与BPA潮流程序结合起来运行的,图4-2为BPA程序总框图,说明了潮流程序与稳定程序间的联系。
图4-2BPA程序总框图
4.2励磁系统模型小干扰校核
在中国版BPA暂态稳定程序中,对搭建的仿真模型进行发电机空载5%阶跃仿真。
将仿真结果与实测结果根据表4-2列出的项目进行比较,校验相关控制指标偏差是否在允许范围内。
表4-2发电机空载5%阶跃响应试验实测结果及仿真结果比较
实测结果
仿真结果
偏差
允许偏差
Mp(超调量)
±
2.5%
Tup(上升时间)
0.1s
Tp(峰值时间)
Ts(调整时间)
2s
N(振荡次数)
≯1次
若仿真与试验结果的差别符合小扰动特性校核标准,则可采用前面选用的励磁系统模型及确定的相关参数作为电力系统稳定计算用励磁模型及参数。
参考文献
[1]竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京:
中国电力出版社,2005
[2]杨德先,陆继明.电力系统综合实验—原理与指导[M].北京:
机械工业出版社,2010
[3]GB/T7409.3-2007.同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求[S]
[4]杨冠城.电力系统自动装置原理,第三版[M].北京:
[5]Q/GDW143-2006.电力系统稳定器整定试验导则[S]
[6]
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