本科生实验报告实验课程 电力系统控制技术 学院名称 核技术与自动化工程学院 专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 饶宏 学生学号 201206050303 指导教师 罗耀耀 实验地点 6c903 实验成绩 二 一五 年四 月 二 一五 年 六 月实验一、典型方式下的同步发电机起励实验一、实验目的 了解同步发电机的几种起励方式，并比较它们之间的不同之处。 分析不同起励方式下同步发电机起励建压的条件。 二、原理说明同步发电机的起励方式有三种：恒发电机电压 Ug 方式起励、恒励磁电流 Ie 方式起励和恒给 定电压 UR 方式起励。其中，除了恒 UR 方式起励只能在他励方式下有效外，其余两种方式起励 都可以分别在他励和自并励两种励磁方式下进行。恒 Ug 方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”两种起 励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动 设定的给定电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预， 起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为 85%115%额定电 压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，可以为准同期并列操作创造电压条件，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。恒 Ie 方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预， 起励后的发电机电压一般为 20%额定电压左右。恒 UR(控制电压)方式只适用于他励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始人工调节逐渐 增加励磁而升压，完成起励建压任务。三、实验内容与步骤 选定实验台上的“励磁方式”为“微机控制”，“励磁电源”为“他励”，微机励磁装置菜 单里的“励磁调节方式”为“恒 Ug”和“恒 Ug 预定值”为 400V。 “发电机组起励建压” 观测控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流”表的指针摆动。 选定“微机控制”，“自励”，“恒 Ug”和“恒 Ug 预定值”为 400V。 选定“微机控制”，“他励”，“恒 Ie”和“恒 Ie 预定值”为 1400mA。 选定“微机控制”，“自励”，“恒 Ie” 和“恒 Ie 预定值”为 1400mA。 选定“微机控制”，“他励”，“恒 UR” 和“恒 UR 预定值”为 5000mV。 实验二 伏赫限制实验一、实验目的 1了解伏赫限制的意义。 2熟悉伏赫限制的工作原理。二、原理说明 V/Hz（伏/赫）限制就是限制发电机的端电压与频率的比值，其目的是防止发电机在空载、甩负荷和机组启动期间，由于电压升高或频率降低使发电机励磁电流增大，导致发电机铁芯饱和而引起发电机转子过热。 已知公式： U=4.44KN1fBS 式中：U发电机的相电势；N每相绕组的串联匝数； KN1绕组系数；B发电机的磁感应强度；S发电机铁芯截面积 对于给定的发电机，N和S是常数，令 K=4.44NKN1S ，则 U/f =BK根据整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率f，计算出当前允许的最高电压Umax=Bmaxf,将其与当前发电机端电压Ug比较，取两者中间的最小值作为Uref进行调节Uref=min Uref ,Umax调节的结果必然是发电机端电压Ug=Uref，即满足U/fBmax,达到伏赫限制的目的。考虑到机组并网运行时，比值U/f一般不会越限，故伏赫限制器解列运行时投入，并网后退出。三、实验内容与步骤 以下内容均由THLWL-3微机励磁装置完成，励磁采用“他励”。 合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开关，后三相开关，再单相开关。 选定THLZD-2电力系统综合自动化实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。 发电机组起励建压，使原动机转速为1500rmp，发电机电压为420V。 设置THLWL-3微机励磁装置的“伏赫限制系数”为“8595”。 按下THLWL-3微机调速装置上的“” 键或“”键，调节发电机组频率下降至45 Hz，每间隔1Hz记录发电机电压，直到伏赫限制灯亮（伏赫限制动作），记录此时的发电机电压和频率。记录相关数据在表3-2-5-1中。表3-2-5-1 发电机频率f（Hz） 50 49 48 47 机端电压Ug（V） 419.6 416.6 416.3 415.7 发电机组停机。实验三、励磁调节器控制方式及其相互切换实验一、实验目的 了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。 通过实验理解励磁调节器无扰动切换的重要性。二、原理说明励磁调节器具有四种控制方式：恒发电机电压 Ug，恒励磁电流 Ie，恒给定电压 UR 和恒无功 Q。其中，恒 UR 为开环控制，而恒 Ug，恒 Ie 和恒 Q 三种控制方式均采用 PID 控制，系统由 PID 控制器和被控对象组成，PID 算法可表示为： e(t) = r(t) - c(t) 2-3-1 u(t) = KP e(t) +1/ TI e(tdt + TD de(t) / dt 2-3-2 其中：u(t)调节计算的输出；KP比例增益； TI积分常数；TD微分常数。因上述算法用于连续模拟控制，而此处采用采样控制，故对上述两个方程离散化，当采样周 期 T 很小时，用一阶差分代替一阶微分，用累加代替积分，则第 n 次采样的调节量为：u(n) = KPe(n) + T / TI e(i)+ + TD / Te(n) - e(n -1)+ u0 2-3-3式中：u0偏差为 0 时的初值。 则第 n-1 次采样的调节量为： 2-3-4两式 2-3-3 和 2-3-4 式相减，得增量型 PID 算法，表示如下：u(n) = u(n) - u(n -1) =KP e(n) - e(n -1) + KI e(n) + KD e(n) - 2e(n -1) + e(n - 2)T 2-3-5 每种控制方式对应一套 PID 参数（KP、KI 和 KD），可根据要求设置，设置原则：比例系数加 大，系统响应速度快，减小误差，偏大，振荡次数变多，调节时间加长，太大，系统趋于不稳定； 积分系数加大，可提高系统的无差度，偏大，振荡次数变多；微分系数加大，可使超调量减少， 调节时间缩短，偏大时，超调量较大，调节时间加长。为了保证各控制方式间能无扰动的切换，本装置采用了增量型 PID 算法。 三、实验准备： 以下内容均由 THLWL-3 微机励磁装置完成，励磁采用“它励”；系统与发电机组间的线路 采用双回线。四、具体操作： 合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开 关，后三相开关，再单相开关。 选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机控制”位置； 将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。 使实验台上的线路开关 QF1，QF3，QF2，QF6，QF7 和 QF4 处于“合闸”状态，QF5 处于“分闸”状态。1恒 Ug 方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒 Ug”，具体操作如下：进入主菜 单，选定“系统设置”，接着按下“确认”键，进入子菜单，然后不断按下“”键，翻页找到 子菜单“励磁调节方式”，再次按下“确认”键。最后按下“”键，选择“恒 Ug”方式。 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“恒 Ug 预定值”为“400V”，具体操作同上。 发电机组起励建压（操作见第一章），使原动机转速为 1500rmp，发电机电压为额定电压 400V。 发电机组不并网，通过调节原动机转速来调节发电机电压的频率，频率变化在 45Hz 55Hz 之间，频率数值可从 THLWL-3 微机励磁装置读取。具体操作：按下 THLWT-3 微机调速装 置面板上的“”键或“”键来调节原动机的转速。 从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录到表3-2-3-1 中。表 3-2-3-1序号发电机频率fg（Hz）发电机电压Ug（V）励磁电流Ie（A）励磁电压Ue（V）147.0 3 398398.51.3513.93248.0397.41.2994.01349.0398.71.2454.06450.0400.11.1994.13551.0398.81.1514.19652.0 399.31.1174.22753.0399.51.0694.262恒 Ie 方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒 Ie”，具体操作同恒 Ug 方式实 验步骤 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“恒 Ie 预定值”为“1400mA”， 具体操作同恒 Ug 方式 实验步骤。 重复恒 Ug 方式实验步骤、，从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流 和给定电压的数值并记录于表 3-2-3-2 中。表 3-2-3-2序号发电机频率fg（Hz）发电机电压Ug（V）励磁电流Ie（A）励磁电压Ue（V）347.0405.31.3983.86448.0413.21.3983.84549.0422.31.3993.86650.0429.11.3903.86751.0438.21.3883.868852.0447.31.3993.86953.0456.71.3993.883恒 UR 方式 设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“