一种数字化相复励励磁系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种数字化相复励励磁系统，其特征在于，包括A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统，A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统均与主控设备相连。本实用新型专利技术的电路主要元件与拓扑结构与普通相复励系统一样，将三相全桥整流器变为可控硅三相全桥整流器。由此，不再需要通过调节饱和电抗器来调压，而是通过自动装置直接控制可控硅的触发换相角，以此来主动控制励磁电流。当控制系统不参与主动调节时，物理系统能够根据输出负载自动调整励磁电压；当控制系统进行主动调节时，能够做到快速准确，大范围的调节。并且，本实用新型专利技术提供的控制系统简单，低成本，硬件上增加的成本也在可接受的范围内。硬件上增加的成本也在可接受的范围内。硬件上增加的成本也在可接受的范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化相复励励磁系统


[0001]本技术涉及一种相复励励磁系统，属于发电


技术介绍

[0002]在发电机励磁领域，相复励是一种较为传统的技术，在早期控制技术不够发达的时候有部分应用。其特点是无需自动控制即可根据发电机电压与电流的相角输出并自动调节励磁电流。在此基础上可以再外接一套控制系统，叠加在现有输出上进行微调。此种结构对于控制而言是有利的。由于并不依赖高级的控制系统，因此有极高的可靠性，在早期的核电领域有所应用。
[0003]随着电子技术的发展，高速、高精度的数字化控制器变得普遍，如今的主流励磁系统已经全部改为自动控制，靠着高精度的采样与快速的控制系统，达到了在硬件结构较为简单的情况下，快速稳定的控制励磁电流的需要。
[0004]但是高精度的数字系统伴随着极高的价格，与复杂的数字系统。大型火电机组使用的励磁设备动辄上千万。随着火电项目的减少，发电机行业开始转向相对小型化的水力发电、垃圾焚烧发电、燃气轮机调峰发电等小型分布式项目。此类项目无法接受高昂的成本，也没有大量的、专业的运维人员参与维护调节，但并网运行又有一定的可靠性要求。在此类情况下，硬件自恒压的励磁系统就重新有所应用了。
[0005]传统相复励的优点是成熟，主要控制方式简单且为纯物理方式，且符合发电机运行时的特性矢量图。可靠性高，适合小机系统。其缺点在于：硬件结构相对复杂，调节速度不够快，调节范围不够大，无法以强励模式运行，如遇到系统震荡也不能主动进行有效的抑制。
[0006]原始相复励系统中由于采用二极管三相全桥整流Br，无法直接对电流进行控制，因此是通过在全桥整流的交流母线侧并联三相饱和电抗器RL。控制系统在饱和电抗器RL的铁芯上通直流电，铁芯饱和后电感量下降，感抗X＝jωL也随之下降，将交流侧母线电压拉低，以此降低二极管三相全桥整流Br上的功率，使励磁电流下降。
[0007]这种控制方式会带来一些问题：
[0008]无功功率带来的有功损耗：在控制调节时，依靠感抗来拉低整流桥交流母线上的电压，那么在电感中时刻要流过大量的交流电流。尽管理论上这些交流电只会消耗无功功率，但是导线上还是有电阻的，长时间运行必然会导致电感发热严重，产生诸多不利。
[0009]主动调节范围不够大。考虑到电感上的功耗，不能让电感从承担太多的功率。也由于饱和电抗器调节的原理，电感量只能在一定范围内调节。因此，被动调节响应时间不够快：虽然相复励结构能够自动调整励磁电流，但是只能根据当前的工况进行调节。并且由于物理限制，无法做到超调。现代电网系统中对于发电机的响应速度，与稳定性都有要求。当遇到震荡的工况，由于没有强励能力，稳定性不够好。
[0010]数字自动调压器近年来逐渐成熟，其优点是结构简单，可以快速调节，根据电力系统的需要快速响应各种的工况。其缺点在于控制复杂，价格昂贵。适合大机系统，需要专业
人员维护。
[0011]由于晶闸管整流的特性，在输出值较低的时候电压波形的抖动会比较大。在大机系统中由于发电机转子电感很大，电流并不会明显抖动，但小机的转子电感量相对较小，可能会带来不利的影响。
[0012]数字自动调压器系统随着ABB、西门子等公司的不断改进与推广，功能已经非常强大。其一般直接经过励磁变从交流母线取电，使用多个可控硅整流桥并联，可输出上千安培的电流。其控制系统的可靠性经过实践检验。然而此类产品价格极其昂贵，系统冗余度高带来的是复杂度随之增大，并且需要专人进行操作维护。即使能够通过减少整流桥个数，减少冗余电源来缩减规模，也仍然不适合小型化的需要。

技术实现思路

[0013]本技术的目的是：实现相复励技术与数字系统的互补结合。
[0014]为了达到上述目的，本技术的技术方案是提供了一种数字化相复励励磁系统，其特征在于，包括A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统， A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统均与主控设备相连。
[0015]A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统的结构相同且共用一个复励变压器，其中，A相子励磁系统使用复励变压器的A相部分绕组，B相子励磁系统使用复励变压器的B相部分绕组，C相子励磁系统使用复励变压器的C 相部分绕组；
[0016]A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统包括可控硅三相全桥整流器，复励变压器的A相部分绕组、B相部分绕组或C相部分绕组，移相电抗器，触发回路以及采样回路，其中：
[0017]复励变压器的A相部分绕组、B相部分绕组或C相部分绕组有三个独立的绕组，包括一次侧电压绕组、电流绕组和二次侧输出绕组；发电机转子上的励磁绕组与可控硅三相全桥整流器的输出端相连，可控硅三相全桥整流器的输入端连接二次侧输出绕组；电流绕组串联在发电机的输出母线中；一次侧电压绕组与移相电抗器串联后并联在发电机的输出母线上；
[0018]可控硅三相全桥整流器的控制端与触发回路相连，触发回路连接主控设备，主控设备还与采样电路相连。
[0019]优选地，所述采样电路包括设置于所述发电机出口侧的电压互感器以及电流互感器以及设置于可控硅三相全桥整流器输出端的霍尔传感器；
[0020]电压互感器与高阻隔离电阻相连，高阻隔离电阻通过由运放构成的差分放大电路与模拟量采样板相连；
[0021]电流互感器与高精度采样电阻相连，高精度采样电阻通过隔离运放与模拟量采样板相连；
[0022]霍尔传感器直接连接模拟量采样板；
[0023]模拟量采样板连接所述主控设备。
[0024]优选地，所述触发回路包括输出控制板、功率放大器以及脉冲变压器，其中，输出控制板与主控设备相连，同时采集可控硅三相全桥整流器的交流侧母线电压，输出控制板的脉冲信号输出端经由功率放大器与脉冲变压器相连，脉冲变压器连接所述控制可控硅三
相全桥整流器的控制端。
[0025]本技术的电路主要元件与拓扑结构与普通相复励系统一样，具有移相电抗器、复励变压器，但是将三相全桥整流器变为可控硅三相全桥整流器。由此，不再需要通过调节饱和电抗器来调压，而是通过自动装置直接控制可控硅的触发换相角，以此来主动控制励磁电流。
[0026]与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
[0027]当控制系统不参与主动调节时，物理系统能够根据输出负载自动调整励磁电压；当控制系统进行主动调节时，能够做到快速准确，大范围的调节。并且，本技术提供的控制系统简单，低成本，硬件上增加的成本也在可接受的范围内。
附图说明
[0028]图1为传统相复励磁的硬件结构图；
[0029]图2为本技术提供的单相电路化简图；
[0030]图3为采样电路的电路框图；
[0031]图4为主控设备的控制原理图；
[0032]图5为触发回路的电路框图；
[0033]图6为简化的同步电机运行向量图，图中，E表示转子磁势对应的旋转电动势、jlxd表示定子电流在定子电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化相复励励磁系统，其特征在于，包括A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统，A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统均与主控设备相连；A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统的结构相同且共用一个复励变压器，其中，A相子励磁系统使用复励变压器的A相部分绕组，B相子励磁系统使用复励变压器的B相部分绕组，C相子励磁系统使用复励变压器的C相部分绕组；A相子励磁系统、B相子励磁系统以及C相子励磁系统包括可控硅三相全桥整流器，复励变压器的A相部分绕组、B相部分绕组或C相部分绕组，移相电抗器，触发回路以及采样回路，其中：复励变压器的A相部分绕组、B相部分绕组或C相部分绕组有三个独立的绕组，包括一次侧电压绕组、电流绕组和二次侧输出绕组；发电机转子上的励磁绕组与可控硅三相全桥整流器的输出端相连，可控硅三相全桥整流器的输入端连接二次侧输出绕组；电流绕组串联在发电机的输出母线中；一次侧电压绕组与移相电抗器串联后...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大铭，张凯娟，梁柏印，黄鸿儒，杜浩旻，陈塔，鲁应涤，翁焱，
申请(专利权)人：上海纳信实业有限公司，
类型：新型
国别省市：