数字式发电机自动励磁调节系统的建模及其在核能汽轮发电机上的应用研究

【摘要】： 为提高核电机组的运行可靠性和接入系统的安全稳定性，防止在外电网的干扰下核电机组发生长时间的低频振荡，保证机组在暂态稳定的前提下提高其稳定裕度，验证秦山核电二期核电机组所配日产MEC5220型数字式励磁调节器参数对机组阻尼的灵敏性，确定数字式励磁调节器的参数的合理性，优化PSS整定参数，本文利用美国PTI公司研发的PSS／E软件对日产MEC5220型数字调节器的原理进行进行了深入细化的研究，完成了励磁调节器、PSS、发电机、励磁机的建模，描述了该型励磁调节器的性能，分析了产生低频振荡的根本原因，阐明了影响阻尼特性的因素。文章基于建模、仿真和对PSS传递函数的分析研究，对调节器节器原参数进行了优化，对PSS参数进行了合理的整定，闸明了MEC5220型励磁调节器T_B、T_C、K_(PR)、K_(IR)对机组阻尼特性灵敏度的影响，并进行了空载和负载情况下的阶跃试验和大干扰试验，完成了励磁调节器和PSS参数优化前后的比较试验，试验证明了所建数学模型的正确性，参数优化的科学性和合理性。基于对励磁调节器节器性能的分析研究和PSS参数优化，成功的将PSS投入了运行，现场还进行了发电机在不同工况下的阶跃响应试验，试验证明大大地提高了机组的稳定裕度和阻尼特性。 为验证励磁调节器参数整定的合理性和PSS参数优化的科学正确性，在现场进行了500kV系统人工接地故障的实际考验，试验表明故障期间发电机无功在迅速增加，有功迅速恢复，故障消失后有功功率仅波动1.5次，证明机组具有良好的稳定特性和阻尼特性，试验取得了圆满成功。 【关键词】：同步发电机 参数优化 低频振荡 电力系统稳定器 仿真
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM623.3
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 1 绪论7-10
• 1.1 课题的意义7
• 1.2 本论文的主要工作7-8
• 1.3 使用工具介绍8-10
• 2 数字式励磁调节器介绍10-31
• 2.1 发电机励磁系统的发展及数字式励磁调节器的特点10-11
• 2.2 数字式励磁调节器的国内外发展状况11
• 2.2.1 我国数字式励磁调节器的发展状况11
• 2.2.2 国外数字式励磁调节器的发展状况11
• 2.3 励磁控制系统的主要作用11-18
• 2.3.1 控制机端电压11-12
• 2.3.2 控制无功功率分配12-13
• 2.3.3 改善发电机静态稳定性13-16
• 2.3.4 提高电力系统的暂态稳定16-18
• 2.3.5 提高继电保护动作的灵敏度18
• 2.4 对发电机励磁控制系统的基本要求18-19
• 2.5 数字式励磁调节器的配置19-20
• 2.6 励磁调节和控制的算法20-31
• 2.6.1 PID调节及其算法20-25
• 2.6.2 励磁限制器及其实现25-28
• 2.6.3 调差计算28
• 2.6.4 标么值的设定28-31
• 3 低频振荡的原理及其影响阻尼的因素与改进措施31-37
• 3.1 单机无穷大系统的小干扰线性化模型31-34
• 3.2 负阻尼产生机理分析34-35
• 3.3 减小负阻尼的措施35-36
• 3.4 低频振荡的对策36-37
• 4 电力系统稳定器原理及其算法37-41
• 4.1 PSS的模型及传递函数37
• 4.2 PSS算法37-38
• 4.3 PSS的作用38-41
• 4.3.1 抑制低频振荡39
• 4.3.2 提高静态稳定极限39
• 4.3.3 对暂态稳定的影响39-41
• 5 励磁系统建模41-62
• 5.1 发电机参数41-49
• 5.1.1 发电机空载特性42-43
• 5.1.2 发电机稳定极限曲线43-44
• 5.1.3 同步发电机的数学模型44-49
• 5.2 交流励磁机参数49-50
• 5.2.1 交流励磁机特性50
• 5.3 副励磁机参数50
• 5.4 励磁系统数学模型50-60
• 5.4.1 电压测量单元数学模型50-51
• 5.4.2 放大单元数学模型51-52
• 5.4.3 励磁系统稳定器单元数学模型52-54
• 5.4.4 幅值限制单元数学模型54
• 5.4.5 交流励磁机数学模型54-56
• 5.4.6 低励限制器数学模型56
• 5.4.7 过励限制器数学模型56-57
• 5.4.8 PSS数学模型57-58
• 5.4.9 相关模型参数的计算58-60
• 5.5 发电机励磁系统模型参数60-61
• 5.6 发电机励磁系统传递函数框图61-62
• 6 励磁系统参数仿真及优化62-78
• 6.1 AVR及PSS参数设定程序流程62-66
• 6.1.1 AVR及PSS设定程序流程图62-63
• 6.1.2 励磁系统的暂态响应63-65
• 6.1.3 励磁控制系统无补偿相频特性计算65-66
• 6.2 励磁系统参数对机组阻尼的灵敏度分析66-71
• 6.2.1 +10%发电机空载阶跃响应试验66-68
• 6.2.2 大干扰响应68-70
• 6.2.3 小结70-71
• 6.3 励磁调节器参数优化71-78
• 6.3.1 AVR及PSS原参数71
• 6.3.2 优化后的AVR及PSS参数71-72
• 6.3.3 发电机空载±10%阶跃响应仿真比较72
• 6.3.4 发电机带负载时励磁控制系统频率响应分析72-75
• 6.3.5 发电机轻载±3%阶跃响应75-77
• 6.3.6 原参数和优化参数比较结果77-78
• 7 现场试验78-86
• 7.1 发电机空载+10%阶跃响应试验78-79
• 7.2 发电机空载-10%阶跃响应试验79
• 7.3 发电机轻载+3%阶跃响应试验(PSS未投)79-80
• 7.4 发电机轻载-3%阶跃响应试验(PSS未投)80
• 7.5 发电机轻载+3%阶跃响应试验(PSS投入)80-81
• 7.6 发电机轻载-3%阶跃响应试验(PSS投入)81
• 7.7 发电机重载+3%阶跃响应试验(PSS未投)81-82
• 7.8 发电机重载-3%阶跃响应试验(PSS未投)82
• 7.9 发电机重载+3%阶跃响应试验(PSS投入)82-83
• 7.10 发电机重载-3%阶跃响应试验(PSS投入)83
• 7.11 试验结论83
• 7.12 电网实际故障考核83-86
• 7.12.1 参数未优化和PSS未投入前低频功率振荡图83-84
• 7.12.2 参数优化和PSS投入之后,有功功率振荡图84-86
• 8 结论和展望86-88
• 8.1 本文的总结86-87
• 8.2 展望87-88
• 参考文献88-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录95

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