發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)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(jī)電壓控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系 統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行或者輕載運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)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(jī)空載時(shí)端電壓的波形圖，發(fā)電機(jī)端電壓波形缺口或者尖峰 容易對(duì)電器設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，同時(shí)對(duì)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(jī)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(jī)端電壓出現(xiàn)尖峰與缺口是由于勵(lì)磁系統(tǒng)中的可控娃整流 部份在換流時(shí)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(lì)磁整 流系統(tǒng)換流時(shí)的重疊角過小所導(dǎo)致，目前，通過增加勵(lì)磁變壓器的繞阻電感W增加勵(lì)磁變 壓器的短路阻抗來(lái)減少發(fā)電機(jī)端電壓尖峰與缺口的問題，然而，增加勵(lì)磁變壓器的繞阻電 感會(huì)造成勵(lì)磁變壓器的體積很大，且勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)電感量增發(fā)，導(dǎo)致勵(lì)磁變壓器溫升 很高，變壓器勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)響應(yīng)時(shí)間增大，其次仍然大量高次諧波通過電磁禪合進(jìn)入到 勵(lì)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(jī)空載或者輕載運(yùn)行時(shí)發(fā)電 機(jī)端電壓出現(xiàn)尖峰或者缺口的問題已成為業(yè)內(nèi)的嚴(yán)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(jī)端電壓尖峰或缺口的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系 統(tǒng)W及該勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括用于與發(fā)電機(jī)連接的勵(lì) 磁變壓器，所述勵(lì)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(lì)磁變壓 器的磁力線相互垂直。
[0006] 通過上述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，通過增加與勵(lì)磁變壓器連接的電抗器，使得電抗器的 磁場(chǎng)與勵(lì)磁變壓器磁場(chǎng)相互隔離，且電抗器的磁力線與勵(lì)磁變壓器的磁力線相互垂直，可 W有效地阻止高次諧波進(jìn)入勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)影響發(fā)電機(jī)空載或者輕載時(shí)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法包括:建立發(fā)電 機(jī)機(jī)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(jī)定子、與所述母線另一側(cè)連 接發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁控制單元、W及與所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和所述勵(lì)磁控制單元連接 的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子;根據(jù)所述仿真模型獲取所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；當(dāng)所述響應(yīng)時(shí)間 符合預(yù)設(shè)條件時(shí)，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(lì)磁變 壓器額定電壓、勵(lì)磁電壓器額定電流、預(yù)設(shè)勵(lì)磁倍數(shù)、發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電壓W及發(fā)電機(jī)的 額定勵(lì)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括仿真模塊， 用于建立發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)定子、與所述 母線另一側(cè)連接的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁控制單元、W及與所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和所述勵(lì) 磁控制單元連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；響應(yīng)時(shí)間確定模塊，用于根據(jù)所述仿真模型獲取所述發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間;感抗確定模塊，用于當(dāng)所述響應(yīng)時(shí)間符合預(yù)設(shè)條件時(shí)，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(lì)磁變壓器額定電壓、勵(lì)磁電壓器額定電流、預(yù)設(shè)勵(lì)磁倍數(shù)、發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電壓W 及發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流獲取所述電抗器的額定電流。
[0009] 通過上述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，首先建立發(fā)電機(jī)組仿真模型，獲 取勵(lì)磁變壓器、發(fā)電機(jī)W及勵(lì)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(jì)算獲得電抗器的感抗、壓降W及額定電流，W完成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù) 設(shè)計(jì)。通過確定發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)，為最大程度的減少甚至消除發(fā)電機(jī)端電壓波形尖峰 或者缺口的問題提供了基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓波形圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的發(fā)電機(jī)機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法的流程圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法的流程圖。
[0014] 圖5為采用本發(fā)明實(shí)施例發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓波形 圖。
[0015] 圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例所提供的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的示意圖。
[0016] 圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方 式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用W解 釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018] 請(qǐng)參閱圖2,為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括用于與發(fā)電機(jī)連接 的勵(lì)磁變壓器14,所述勵(lì)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(lì)磁變壓器14的磁力線相互垂直。
[0019] 其中勵(lì)磁變壓器14是一種?？跒榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)提供Ξ相交流勵(lì)磁電源的裝置， 勵(lì)磁系統(tǒng)通過可控娃將Ξ相電源轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電源，形成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)，通過 勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)可控娃觸發(fā)角，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)端電壓和無(wú)功的目的。該發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)包括 增設(shè)的電抗器18,勵(lì)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(lì)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(chǎng)和變壓器鐵忍的磁場(chǎng)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(lì)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(lì)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(lì)磁變壓器14的低壓側(cè)連接，可阻止勵(lì)磁變壓器14低壓側(cè)的高次諧波 通過電磁禪合作用進(jìn)入到勵(lì)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(lì)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(duì)稱設(shè)置，可W減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的體積，優(yōu)化發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
[0021] 優(yōu)選的，可W將電抗器18增加到勵(lì)磁變壓器14的內(nèi)部，勵(lì)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(lì)磁變壓器14的內(nèi)部，可W簡(jiǎn)化整個(gè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省 開發(fā)和設(shè)計(jì)成本，增強(qiáng)勵(lì)磁變壓器14的適應(yīng)性?？蒞理解的，電抗器18和勵(lì)磁變壓器14也可 W分離設(shè)置，只要能夠達(dá)到電抗器18的磁力線與勵(lì)磁變壓器14的磁力線相互垂直，阻止勵(lì) 磁變壓器14低壓側(cè)的高次諧波通過電磁禪合作用進(jìn)入到勵(lì)磁高壓側(cè)便可。
[0022] 通過上述實(shí)施例所提供發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，通過增加與勵(lì)磁變壓器連接的電抗器 18,使得電抗器18的磁場(chǎng)與勵(lì)磁變壓器14磁場(chǎng)相互隔離，且電抗器18的磁力線與勵(lì)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(jìn)入勵(lì)磁變壓器14高壓側(cè)影響發(fā)電機(jī)空 載或者輕載時(shí)的端電壓波形。
[0023] 如圖3所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括 如下步驟：
[0024] S100,建立發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)定 子、與所述母線另一側(cè)連接的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁控制單元、W及與所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系 統(tǒng)和所述勵(lì)磁控制單元連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
[0025] 本實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)機(jī)組仿真模型具體如圖2所示，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁變壓 器14和電抗器18，勵(lì)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(lì)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(jī)轉(zhuǎn)子11與母線10的 一側(cè)連接，勵(lì)磁變壓器14的高壓側(cè)及勵(lì)磁控制單元15均與母線10的另一側(cè)連接。勵(lì)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(jī)機(jī)組仿真模型還包括與電抗器18連接的勵(lì)磁整流單元16。勵(lì)磁 變壓器14通過電抗器18與勵(lì)磁整流單元16連接，該勵(lì)磁控制單元15也與勵(lì)磁整流單元16連 接。通過勵(lì)磁整流單元16可W對(duì)電壓端輸出電壓進(jìn)行整流和濾波，達(dá)到更加精確模擬仿真 的結(jié)果。
[0027] 該發(fā)電機(jī)機(jī)組仿真模型可W選擇現(xiàn)有的仿真軟件實(shí)現(xiàn)，如可W通過MatLAB進(jìn)行建 模和仿真。其中發(fā)電機(jī)機(jī)組仿真建模的具體實(shí)現(xiàn)方式也可W通過現(xiàn)有技術(shù)實(shí)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
[0029]發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是評(píng)價(jià)發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行的重要條件，因此對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī) 組設(shè)計(jì)需確保發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間符合預(yù)設(shè)條件。通常，可w通過在仿真模型中輸 入勵(lì)磁變壓器相關(guān)參數(shù)、發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)W及勵(lì)磁控制單元相關(guān)參數(shù)，模擬實(shí)際運(yùn)行情況， 然后通過修改勵(lì)磁控制單元中的PID參數(shù)模擬獲得發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
[0030] S104,當(dāng)所述響應(yīng)時(shí)間符合預(yù)設(shè)條件時(shí)，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(shí)間，其中符合預(yù)設(shè)條件是指所述發(fā) 電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)電壓的上升時(shí)間和下降時(shí)間分別符合預(yù)設(shè)范圍，具體的上升時(shí)間不大于 0.08s，下降時(shí)間不大于0.1s，獲取與符合預(yù)設(shè)條件的響應(yīng)時(shí)間時(shí)電抗器的感抗。