发电机励磁系统及其参数设计方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种发电机励磁系统，包括励磁变压器，所述励磁变压器包括变压器铁芯及绕制于所述变压器铁芯上的变压器绕阻，还包括电抗器，所述电抗器包括与电抗器铁芯及绕制于所述电抗器铁芯上的电抗器绕阻，所述变压器铁芯与所述电抗器铁芯之间设有屏蔽元件，所述电抗器的磁力线与所述励磁变压器的磁力线相互垂直。本发明专利技术进一步提供一种发电机励磁系统参数设计方法和系统。通过增加与励磁变压器连接的电抗器，可以有效地阻止高次谐波进入励磁变压器高压侧影响发电机空载或者轻载时的端电压波形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发电机电压控制领域，尤其涉及一种发电机励磁系统及发电机励磁系统参数设计方法和系统。
技术介绍
发电机孤网运行或者轻载运行时，发电机端电压容易出现缺口或尖峰，如附图1所示，为现有技术中某电站发电机空载时端电压的波形图，发电机端电压波形缺口或者尖峰容易对电器设备产生严重的危害，同时对电网产生污染。随着用户用电质量要求的提高，处理发电机端电压出现尖峰或者缺口的现象显得尤为重要。经过研究发现，发电机端电压出现尖峰与缺口是由于励磁系统中的可控硅整流部份在换流时产生的一种固有现象，由于可控硅的通态电流临界上升率di/dt过大，励磁整流系统换流时的重叠角过小所导致，目前，通过增加励磁变压器的绕阻电感以增加励磁变压器的短路阻抗来减少发电机端电压尖峰与缺口的问题，然而，增加励磁变压器的绕阻电感会造成励磁变压器的体积很大，且励磁变压器低压侧电感量增发，导致励磁变压器温升很高，变压器励磁系统的相应响应时间增大，其次仍然大量高次谐波通过电磁耦合进入到励磁变压器的高压侧而使得端电压波形出现尖峰，因此，发电机空载或者轻载运行时发电机端电压出现尖峰或者缺口的问题已成为业内的严重困扰。
技术实现思路
基于此，本专利技术在于提供能够有效减小发电机端电压尖峰或缺口的发电机励磁系统以及该励磁系统的参数设计方法和系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种发电机励磁系统，包括用于与发电机连接的励磁变压器，所述励磁变压器包括变压器铁芯及绕制于所述变压器铁芯上的变压器绕阻，还包括电抗器，所述电抗器包括与电抗器铁芯及绕制于所述电抗器铁芯上的电抗器绕阻，所述变压器铁芯与所述电抗器铁芯之间设有屏蔽元件，所述电抗器的磁力线与所述励磁变压器的磁力线相互垂直。通过上述发电机励磁系统，通过增加与励磁变压器连接的电抗器，使得电抗器的磁场与励磁变压器磁场相互隔离，且电抗器的磁力线与励磁变压器的磁力线相互垂直，可以有效地阻止高次谐波进入励磁变压器高压侧影响发电机空载或者轻载时的端电压波形。根据本专利技术的另一方面，提供一种发电机励磁系统参数设计方法包括：建立发电机机组仿真模型，所述仿真模型包括与母线一侧连接的发电机定子、与所述母线另一侧连接发电机励磁系统和励磁控制单元、以及与所述发电机励磁系统和所述励磁控制单元连接的发电机转子；根据所述仿真模型获取所述发电机励磁系统的响应时间；当所述响应时间符合预设条件时，获取所述电抗器的感抗；根据所述感抗确定所述电抗器压降；根据励磁变压器额定电压、励磁电压器额定电流、预设励磁倍数、发电机的额定励磁电压以及发电机的额定励磁电流获取所述电抗器的额定电流。根据本专利技术的再一方面，提供一种发电机励磁系统参数设计系统，包括仿真模块，用于建立发电机机组仿真模型，所述仿真模型包括与母线一侧连接的发电机定子、与所述母线另一侧连接的发电机励磁系统和励磁控制单元、以及与所述发电机励磁系统和所述励磁控制单元连接的发电机转子；响应时间确定模块，用于根据所述仿真模型获取所述发电机励磁系统的响应时间；感抗确定模块，用于当所述响应时间符合预设条件时，获取所述电抗器的感抗；压降确定模块，用于根据所述感抗确定所述电抗器压降；电流确定模块，用于根据励磁变压器额定电压、励磁电压器额定电流、预设励磁倍数、发电机的额定励磁电压以及发电机的额定励磁电流获取所述电抗器的额定电流。通过上述发电机励磁系统参数设计方法和系统，首先建立发电机组仿真模型，获取励磁变压器、发电机以及励磁控制单元的已有参数作为仿真模型输入并根据其与电抗器之间的关系，分别计算获得电抗器的感抗、压降以及额定电流，以完成发电机励磁系统参数设计。通过确定发电机励磁系统参数，为最大程度的减少甚至消除发电机端电压波形尖峰或者缺口的问题提供了基础。附图说明图1为现有技术中发电机空载运行时发电机端电压波形图。图2为本专利技术一实施例所提供的发电机机组的结构示意图。图3为本专利技术一实施例所提供的发电机励磁系统参数设计方法的流程图。图4为本专利技术第二实施例所提供的发电机励磁系统参数设计方法的流程图。图5为采用本专利技术实施例发电机励磁系统的发电机空载运行时发电机端电压波形图。图6为本专利技术另一实施例所提供的发电机励磁系统参数设计系统的示意图。图7为本专利技术第二实施例所提供的发电机励磁系统参数设计系统的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。请参阅图2，为本专利技术一实施例所提供的发电机励磁系统，包括用于与发电机连接的励磁变压器14，所述励磁变压器14包括变压器铁芯及绕制于所述变压器铁芯上的变压器绕阻，还包括电抗器18，所述电抗器18包括与电抗器铁芯及绕制于所述电抗器铁芯上的电抗器绕阻，所述变压器铁芯与所述电抗器铁芯之间设有屏蔽元件(图未示)，所述电抗器18的磁力线与所述励磁变压器14的磁力线相互垂直。其中励磁变压器14是一种专门为发电机励磁系统提供三相交流励磁电源的装置，励磁系统通过可控硅将三相电源转化为发电机转子直流电源，形成发电机励磁磁场，通过励磁系统调节可控硅触发角，达到调节电机端电压和无功的目的。该发电机励磁系统包括增设的电抗器18，励磁变压器14包括变压器铁芯和变压器绕阻，电抗器18包括电抗器铁芯和电抗器绕阻，其中电抗器绕阻包括分别与励磁变压器三相分别串联连接的第一线圈、第二线圈和第三线圈。变压器铁芯与电抗器铁芯之间设置屏蔽元件，通过屏蔽元件将电抗器铁芯的磁场和变压器铁芯的磁场相互隔离。该屏蔽元件通常为由金属材料，比如铁制成的薄片，电抗器18的磁力线与励磁变压器14的磁力线相互垂直，可以避免电磁耦合的影响，减少励磁变压器14的可控硅的通态电流临界上升率di/dt。电抗器18与励磁变压器14的低压侧连接，可阻止励磁变压器14低压侧的高次谐波通过电磁耦合作用进入到励磁高压侧。优选的，变压器铁芯与电抗器铁芯相互垂直，通过将铁芯相互垂直的设置，可使得电抗器18的磁力线和励磁变压器14的磁力线相互垂直。为了优化布置，变压器铁芯与电抗器铁芯沿竖直方向分层排列，具体的，变压器铁芯与电抗器铁芯沿竖直方向对齐，屏蔽元件设置于变压器铁芯与电抗器铁芯之间，变压器铁芯与电抗器铁芯呈上下对称设置，可以减小发电机励磁系统的体积，优化发电机励磁系统的设计。优选的，可以将电抗器18增加到励磁变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机励磁系统，包括用于与发电机连接的励磁变压器，所述励磁变压器包括变压器铁芯及绕制于所述变压器铁芯上的变压器绕阻，其特征在于：还包括电抗器，所述电抗器包括与电抗器铁芯及绕制于所述电抗器铁芯上的电抗器绕阻，所述变压器铁芯与所述电抗器铁芯之间设有屏蔽元件，所述电抗器的磁力线与所述励磁变压器的磁力线相互垂直。

【技术特征摘要】
1.一种发电机励磁系统，包括用于与发电机连接的励磁变压器，所述励磁
变压器包括变压器铁芯及绕制于所述变压器铁芯上的变压器绕阻，其特征在于：
还包括电抗器，所述电抗器包括与电抗器铁芯及绕制于所述电抗器铁芯上的电
抗器绕阻，所述变压器铁芯与所述电抗器铁芯之间设有屏蔽元件，所述电抗器
的磁力线与所述励磁变压器的磁力线相互垂直。
2.如权利要求1所述的发电机励磁系统，其特征在于：所述变压器铁芯与
所述电抗器铁芯沿竖直方向分层排列。
3.如权利要求1所述的发电机励磁系统，其特征在于：所述电抗器与所述
励磁变压器的低压侧连接。
4.如权利要求1所述的发电机励磁系统，其特征在于：所述变压器铁芯与
所述电抗器铁芯相互垂直。
5.如权利要求1所述的发电机励磁系统，其特征在于：所述励磁变压器包
括变压器壳体，所述变压器铁芯、变压器绕阻以及所述电抗器均设置于所述变
压器壳体内。
6.一种发电机励磁系统参数设计方法，包括：
建立发电机机组仿真模型，所述仿真模型包括与母线一侧连接的发电机
定子、与所述母线另一侧连接的如权利要求1-5所中任意一项述发电机励磁系统
和励磁控制单元、以及与所述发电机励磁系统和所述励磁控制单元连接的发电
机转子；
根据所述仿真模型获取所述发电机励磁系统的响应时间；
当所述响应时间符合预设条件时，获取所述电抗器的感抗；
根据所述感抗确定所述电抗器压降；
根据励磁变压器额定电压、励磁电压器额定电流、预设励磁倍数、发电
机的额定励磁电压以及发电机的额定励磁电流获取所述电抗器的额定电流。
7.如权利要求6所述的发电机励磁系统参数设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文宝，胡清波，郭旭东，张志峰，申滔，
申请(专利权)人：华自科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43