一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)及方法。首先采集發(fā)電機(jī)的電壓和電流信號(hào)，然后采用PID算法對(duì)采集的發(fā)電機(jī)的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到控制信號(hào)，該控制信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算、模數(shù)轉(zhuǎn)換、變壓后進(jìn)入到整流單元，在整流單元內(nèi)，利用控制信號(hào)對(duì)整流單元的可控硅導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后，所述可控硅根據(jù)導(dǎo)通角的大小對(duì)輸入的交流電源的電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供合適的直流電壓和電流。
【專利說明】一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明應(yīng)用涉及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁領(lǐng)域，特別涉及于短路容量試驗(yàn)中對(duì)短路沖擊發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 短路沖擊發(fā)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)不同于普通發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子由拖動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行 短路試驗(yàn)時(shí)拖動(dòng)電機(jī)斷電，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子呈自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)由轉(zhuǎn)動(dòng)慣性提供短路能量。采用直 流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁系統(tǒng)，在過去的十幾年間，是短路沖擊發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)。長(zhǎng)期 的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，這種勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：具有獨(dú)立的不受外系統(tǒng)干擾的勵(lì)磁電源，調(diào)節(jié)方 便。缺點(diǎn)是：相關(guān)設(shè)備多，占用空間大，投資大，維護(hù)很不方便，且對(duì)短路沖擊參數(shù)調(diào)節(jié)精度 不夠高，尤其是對(duì)于短路容量大，短路時(shí)間長(zhǎng)的容量試驗(yàn)無法滿足其試驗(yàn)要求。
[0003] 近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)短路容量試驗(yàn)的要求也不斷增高，要求勵(lì)磁功率 也相應(yīng)增大。使用大功率可控硅元件直接控制轉(zhuǎn)子電壓電流的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，具有調(diào)節(jié)范 圍廣、調(diào)節(jié)精度1?等優(yōu)點(diǎn)是短路沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的最佳方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)及方法，應(yīng)用于短路容 量試驗(yàn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括：交流電源，通過變壓器與整流 單元連接；采集單元：采集發(fā)電機(jī)電壓和電流；控制單元：對(duì)采集的發(fā)電機(jī)電壓和電流進(jìn)行 計(jì)算并控制，輸出控制信號(hào)；邏輯信號(hào)輸出單元：對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算；輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換 單元：對(duì)邏輯運(yùn)算后的控制信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；脈沖變壓器：對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的控制信號(hào)進(jìn) 行變壓；整流單元：包括有可控硅，利用控制信號(hào)對(duì)可控硅的導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)交流 電源的電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，將交流電轉(zhuǎn)為直流電，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供合適的直流電壓和 電流。
[0007] 優(yōu)選的，所述交流電源在變壓器和整流單元之間連接有交流側(cè)保護(hù)單元，主要由 熔斷器、整流器和阻容吸收保護(hù)回路組成，以對(duì)交流電源側(cè)的過電壓進(jìn)行保護(hù)。
[0008] 優(yōu)選的，所述阻容吸收保護(hù)回路主要由并聯(lián)的整流回路和電容、電阻組成。
[0009] 優(yōu)選的，所述整流單元和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間并聯(lián)有直流側(cè)保護(hù)裝置，以吸收直流 側(cè)的過電壓。
[0010] 優(yōu)選的，所述直流側(cè)保護(hù)裝置主要由一對(duì)正反向可控硅并聯(lián)后串聯(lián)一個(gè)放電電阻 組成。
[0011] 優(yōu)選的，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與直流側(cè)保護(hù)裝置之間并聯(lián)有起勵(lì)電阻，以保證升壓 過程平穩(wěn)進(jìn)行。
[0012] 優(yōu)選的，所述整流單元由四套6脈沖全橋整流裝置并聯(lián)組成。
[0013] -種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁方法，首先采集發(fā)電機(jī)的電壓和電流信 號(hào)，然后采用PID算法對(duì)采集的發(fā)電機(jī)的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到控制信號(hào)，該控制 信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算、模數(shù)轉(zhuǎn)換、變壓后進(jìn)入到整流單元，在整流單元內(nèi)，利用控制信號(hào)對(duì)整流 單元的可控硅導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后，所述可控硅根據(jù)導(dǎo)通角的大小對(duì)輸入的交流電源的 電壓和電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)
[0014] 節(jié)，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供合適的電壓和電流信號(hào)。
[0015] 優(yōu)選的，所述控制信號(hào)按照以下步驟進(jìn)行：
[0016] 步驟1)計(jì)算PID算法的調(diào)節(jié)系數(shù)，包括PID算法的比例系數(shù)kp的調(diào)節(jié)系數(shù)S p和 PID算法積分系數(shù)Td的的調(diào)節(jié)系數(shù)Sd;
[0017] 在短路起始階段，計(jì)算第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率，以第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電 壓下降的斜率與第i時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率之差與1相加即得S p ;
[0018] 在短路結(jié)束階段，計(jì)算第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率，以第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電 壓下降的斜率與第i時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率之差與1相加即得S p;
[0019] 在短路持續(xù)階段，比較采集到的發(fā)電機(jī)的短路電流的大小與設(shè)定的定子電流限定 負(fù)反饋值Ig，如果發(fā)電機(jī)的短路電流小于Ig，則所述調(diào)節(jié)系數(shù)為1，如果發(fā)電機(jī)的短路電流 小于Ig，則以發(fā)電機(jī)的短路電流與Ig做差，以該差值與1之和S d;
[0020] 步驟2)根據(jù)以下公式計(jì)算控制信號(hào)：

【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于：包括： 交流電源，通過變壓器與整流單元連接； 采集單元：采集發(fā)電機(jī)電壓和電流； 控制單元：對(duì)采集的發(fā)電機(jī)電壓和電流進(jìn)行計(jì)算并控制，輸出控制信號(hào)； 邏輯信號(hào)輸出單元：對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算； 輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換單元：對(duì)邏輯運(yùn)算后的控制信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 脈沖變壓器：對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的控制信號(hào)進(jìn)行變壓； 整流單元：包括有可控硅，利用控制信號(hào)對(duì)可控硅的導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)交流電源 的電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，將交流電轉(zhuǎn)為直流電，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供合適的電壓和電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于： 所述交流電源在變壓器和整流單元之間連接有交流側(cè)保護(hù)單元，主要由熔斷器、整流器和 阻容吸收保護(hù)回路組成，以對(duì)交流電源側(cè)的過電壓進(jìn)行保護(hù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于： 所述阻容吸收保護(hù)回路主要由并聯(lián)的整流回路和電容、電阻組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于： 所述整流單元和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間并聯(lián)有直流側(cè)保護(hù)裝置，以吸收直流側(cè)的過電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于： 所述直流側(cè)保護(hù)裝置主要由一對(duì)正反向可控硅并聯(lián)后串聯(lián)一個(gè)放電電阻組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在 于：所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與直流側(cè)保護(hù)裝置之間并聯(lián)有起勵(lì)電阻，以保證升壓過程平穩(wěn)進(jìn)行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于： 所述整流單元由四套6脈沖全橋整流裝置并聯(lián)組成。
8. -種基于權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于短路沖擊發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁方 法，其特征在于：首先采集發(fā)電機(jī)的電壓和電流信號(hào)，然后采用PID算法對(duì)采集的發(fā)電機(jī)的 電壓和電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到控制信號(hào)，該控制信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算、模數(shù)轉(zhuǎn)換、變壓后進(jìn)入 到整流單元，在整流單元內(nèi)，利用控制信號(hào)對(duì)整流單元的可控硅導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后，所 述可控硅根據(jù)導(dǎo)通角的大小對(duì)輸入的交流電源的電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供 合適的直流電壓和電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：所述控制信號(hào)按照以下步驟進(jìn)行： 步驟1)計(jì)算PID算法的調(diào)節(jié)系數(shù)，包括PID算法的比例系數(shù)kp的調(diào)節(jié)系數(shù)Sp和PID 算法積分系數(shù)Td的調(diào)節(jié)系數(shù)Sd ; 在短路起始階段，計(jì)算第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率，以第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下 降的斜率與第i時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率之差與1相加即得Sp ; 在短路結(jié)束階段，計(jì)算第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率，以第i+Ι時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下 降的斜率與第i時(shí)刻發(fā)電機(jī)電壓下降的斜率之差與1相加即得Sp ; 在短路持續(xù)階段，比較采集到的發(fā)電機(jī)的短路電流的大小與設(shè)定的定子電流限定負(fù)反 饋值Ig，如果發(fā)電機(jī)的短路電流小于Ig，則所述調(diào)節(jié)系數(shù)為1，如果發(fā)電機(jī)的短路電流小于 Ig，則以發(fā)電機(jī)的短路電流與Ig做差，以該差值與1之和Sd; 步驟2)根據(jù)以下公式計(jì)算控制信號(hào)： u(η)=u(n-I) +S()k() {[^(/?) -e(n-1)] e(n)+^(/^(/ [ein) -2e(n-1) + ^(/7-2)] }； 其中，u(η)為控制器在第η時(shí)刻輸出的控制信號(hào)，u(η-1)為控制器在第η-1時(shí)刻輸出 的控制信號(hào)；e(n)為第η時(shí)刻采集的電壓或電流信號(hào)，e(n-l)為第n-1時(shí)刻采集的電壓或 電流信號(hào)，e(n-2)為第n-2時(shí)刻采集的電壓或電流信號(hào)，ΛΤ為采集間隔，Ti為ΛΤ的積分 值，Td為ΛΤ的微分值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：所述交流電源經(jīng)變壓器后再進(jìn)入到整流 單元，所述變壓器的變比為16倍。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK104459543SQ201410826716
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】何冰, 沙涌, 董瑋 申請(qǐng)人:中國(guó)西電電氣股份有限公司, 西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司