电力系统实验二

实验二 同步发电机励磁控制实验

一、认识设备

图1 发电机组控制屏面板示意图

图2 发电机组控制屏5区

控制屏5区为自动励磁装置及其控制区。

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启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改变其状态）

远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的任何操作均不起作用。

恒Ug/恒IL/恒Q/恒α：即4种控制方式。注意在将励磁装置“方式选择”开关拨到中间位置（“恒Q/恒α”）后，应等待10秒再选择“恒Q”或“恒α”方式。

增磁/减磁：利用该按钮可对发电机励磁进行控制。

升压/降压：当与同期装置“升压”、“降压”端子相连时，可由同期装置自动调速。

二、实验内容-同步发电机励磁控制实验 1. 实验目的

1) 加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务。 2) 了解微机励磁调节装置的基本控制方式。 3) 了解几种常用励磁限制器的作用。 4) 掌握励磁调节装置的基本使用方法。

2.原理与说明

同步发电机励磁系统由 励磁功率单元 和 励磁调节装置 两部分组成，它们和同步发电机结合在一起构成一个闭环反馈控制系统，称为发电机励磁控制系统。

励磁控制系统的三大基本任务：稳定电压、合理分配无功功率 和 提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图3，交流励磁电源取自380V市电，构成他励励磁系统。

市电TQLC-III型微机自动励磁装置F1~GF2

图3 励磁控制系统示意图

励磁装置的控制方式有四种：恒Ug（恒机端电压方式）、恒IL（恒励磁电流方式）、恒Q（恒无功方式）和恒α（恒控制角方式）。

恒Q和恒α方式一般在抢发无功的时候才投入。大多数情况下应选择恒电压方式运行，这样能满足发电机并网后调差要求，恒励流方式下并网的发电机不具备调差特性。

注：具体励磁装置的说明请参照附录《TQLC-III 微机型自动励磁装置用户手册》。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节装置的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节装置的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出。

无论是在“手动”还是“自动”方式下，都可以操作增减磁按钮，所不同的是调节的参

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数不同。在“自动”方式下，调节是的机端电压，也就是上下平移特性曲线，在“手动”方式下，改变的是励磁电流的大小，此时即使在并网的情况下，也不具备调差特性。

3.实验内容与方法

1） 不同α角对应的励磁电压测试

注：本实验机组不并网。

（1)实验接线：

将发电机组电动机三相电源插头与机组控制屏侧面“电动机出线”插座连接； 发电机三相输出电压插头与“发电机进线”插座连接； 发电机励磁电源插头与“励磁出线”插座连接。

机组控制屏侧面的“380V电源”插座与实验室380V三相交流电源连接；220V电源插头（“发电机出线”插座左侧的黑色插头）与实验室220V交流电源连接。

（2) 检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。 （3) 合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF处信号灯应绿灯亮，红灯熄灭。

（4) 合上“调速励磁电源”开关（380V）。

注意，一定要先合“220V电源”开关，再合“调速励磁电源”开关，否则，励磁或调速输出的功率模块可能处于失控状态！

（5) 根据液晶显示屏显示和面板指示灯状态检查调速、励磁、同期装置是否正常；通过菜单检查各项参数是否设置正确。

(a) 调速装置参数设定参考表 PID参数 Kp 15 T1 5 T2 0.5

(b) 励磁装置参数设定参考表 自动PID Kp 10 T1 5 T2 0.5 Kp 10 手动PID T1 5 T2 0.5 欠励限制 A（Kvar） B（KW） 1.50

V/Hz倍数 1.1 调差极性 + 调差系数（％） 3 额定机端电压（V） 额定定子电流（A） 额定励磁电压（V） 额定励磁电流（A） 380 3.6 220 3.6 功率因数 0.85 0.75 2 10 2.2 强励倍数 强励时间（s） 瞬时过励 1500 额定转速（转/分） 注：部分装置中额定励磁电压显示小数点前缺一位，设置成22即可，

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(c) 同期装置参数设定参考

同期参数 允许频差（Hz） 允许压差（V） 合闸时间（ms） 0.5 1.0 恒定越前时间 合闸相角 10 均频系数 7 均压均频参数 均频周期 0.5 均压系数 7 均压周期 0.5 （6) 调速装置的选择：

“方式选择”为“自动”或“手动”方式均可；

“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。 “启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置开始输出控制信号。

注：“自动”和“手动”方式均可，但实验结果可能有所差别。

增速：“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近额定转速时，采用“点动”的方式操作按钮，使电动机达到需要的转速（1500转/分）。

（7) 励磁装置的选择：

“方式选择”开关拨到中间位置（“恒Q/恒α”），10秒后，将“恒Q/恒α”开关选择为“恒α”（此时的增磁、减磁按钮控制导通角α的减小和增大）；

“远方/就地”开关选择为“就地”。

当机组转速升到额定附近时，“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调节器开始输出控制信号。

启动后，励磁装置其实控制导通角α为90°，对应建压在400V左右。

增磁：通过“增磁”按钮逐渐降低发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，电压将快速降低。接近额定电压时，采用“点动”的方式操作按钮，使发电机达到需要的电压。

实验时，调节励磁电流为表1 规定的若干值，记下对应的α角，对应的励磁电压，观察其变化规律。（励磁电流、α角及励磁电压在励磁装置液晶显示屏上读取）

表1 不同控制角下的状态参数

励磁电流 Ifd（A） 显示控制角 α 励磁电压 Ufd（V） 0.0 0.25 0.5 0.75 1.0 实验完毕后停机。

停机：

① 将同期装置的“启动/停止”开关打到“停止”位；

② 调节转速和电压使机组负荷接近0（观察有功、无功接近0即可），跳开同期开关1QF，使同步发电机与系统解列。

③ 将励磁的“启动/停止”开关打到“停止”位置，使发电机端电压迅速降为零； 或者通过“减磁”按钮使发电机电压降低到零时再选择“停止”，励磁装置将停止功率单元的输出。

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④ 将调速装置的“启动/停止”开关打到“停止”，使电动机转速迅速降为零； 或者通过“减速”按钮使电动机转速降低到零时再选择“停止”。调速装置将停止功率单元的输出。

⑤ 待机组停稳后先断开“励磁调速电源开关”，再断开“220V电源”开关。

注意：

A. 一定要首先将同期装置停止，然后再跳开1QF，防止同期装置再次合闸。

B. 一定要先断开“励磁调速电源开关”再断开“220V电源”开关，先断220V电源的话功率输出模块可能失控！

2） 同步发电机起励

起励方式有两种：恒机端电压方式起励，恒励磁电流方式起励。

恒机端电压方式起励——起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上； 恒励磁电流方式起励——起励后的发电机励磁电流稳定在手动设定的电流水平上。

本实验机组不并网。

A. 恒机端电压方式起励

（1) 将调速装置“方式选择”开关选择为“自动”或“手动”方式，“远方/就地”选择为“就地”。“启动/停止”开关选择为“启动”。按增速按钮，使发电机组频率达到表2-3所示数值。

注：实验中所涉及到频率均以同期装置上显示为准，在未建压的情况下所有频率均不准确。

（2) 将励磁装置“方式选择”开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”。当机组转速升到额定附近时，“启动/停止”开关选择为“启动”。按“增磁”按钮，使发电机电压达到接近需要电压。

说明：

在恒Ug方式下，按“增磁”按钮表示增加发电机机端电压给定值。

（3) 观测在起励时励磁电流和励磁电压的变化，并记录起励后的发电机稳态电压、励磁电流、励磁电压和控制角α。

每次实验完毕后停机，应严格按照“同步发电机准同期并列实验”中的停机步骤执行。 改变起动时机组转速，重复步骤（1)~（3)，将记录数据填入表2。

表2 恒Ug方式起励测试

发电机组频率（Hz） 47 48 49 50 51 52 发电机电压(V) 5

励磁电流(A) 励磁电压(V) 控制角α(°)

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