电力系统自动化实验报告

学    院 :        核技术与自动化工程学院            

专    业 :        电气工程及其自动化        

班    级 :        电气工程及其自动化1班           

学    号 :                    

姓    名 :                   

指导老师 :        顾民         

完成时间 :        2014.5.11          

目录

实验一   发电机组的起动与运转实验... 3

实验二   典型方式下的同步发 电机起励实验... 8

实验三  励磁调节器控制方式及其相互切换实验... 9

实验四 典型方式下的同步发电机起励实验... 14

实验五  励磁调节器的控制方式及其相互切换... 16

实验六   跳灭磁开关灭磁和逆变灭磁实验... 21

实验一   发电机组的起动与运转实验

一、实验目的

1．了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。

2．熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。

3．掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作

二、原理说明

在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。

图 3-1-1 为调速系统的原理结构示意图，图 3-1-2 为励磁系统的原理结构示意图。

 

   

            图 3-1-1  调速系统原理结构示意图

装于原动机上的编码器将转速信号以脉冲的形式送入 THLWT-3 型微机调速装置，该装置将转速信号转换成电压，和给定电压一起送入 ZKS-15 型直流电机调速装置，采用双闭环来调节原动机的电枢电压，最终改变原动机的转速和输出功率。

 

               图 3-1-2  励磁系统的原理结构示意图

发电机出口的三相电压信号送入电量采集模块 1，三相电流信号经电流互感器也送入电量采集模块 1，信号被处理后，计算结果经 485 通信口送入微机励磁装置；发电机励磁交流电流部分信号、直流励磁电压信号和直流励磁电流信号送入电量采集模块 2，信号被处理后，计算结果经485 通信口送入微机励磁装置；微机励磁装置根据计算结果输出控制电压，来调节发电机励磁电流。

三、实验内容与步骤

1．发电机组起励建压

⑴  先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。

⑵  将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。

⑶  按下 THLWT-3 型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开机默认方式为“自动方式”。

⑷  按下 THLWT-3 型微机调速装置面板上的“启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁，表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到 1500rpm 时，THLWT-3 型微机调速装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。

⑸  当发电机转速接近或略超过 1500rpm 时，可手动调整使转速为 1500rpm，即：按下THLWT-3 型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手动”指示灯会被点亮。按下 THLWT-3 型微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键即可调整发电机转速。

⑹  发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；一是常规起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定电压 400V，具体操作如下：

①  手动起励建压

1)  选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到“手动调压”，“励磁电源”旋钮旋到  “他励”。

2) 打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。

3) 建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压（线电压）达到设定的发电机电压。

②  常规励磁起励建压

1)  选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到  “自并励”或“他励”。

2) 重复手动起励建压步骤⑵

3) 励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节 THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到 3.5V 左右，按下 THLCL-2 常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发电机电压达到设定的发电机电压。

4) 励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节 THLCL-2 常规励12磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电机电压。

③  微机励磁起励建压

1)  选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控制”，“励磁电源”旋钮旋到  “自并励”或“他励”。

2) 检查 THLWL-3 微机励磁装置显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：

“励磁调节方式”设置为实验要求的方式，此处为“恒 Ug”。

“恒 Ug 预定值”设置为设定的发电机电压，此处为发电机额定电压。

“无功调差系数”设置为“+0”

具体操作见 THLWL 微机励磁装置使用说明。

3)  按下 THLWL-3 微机励磁装置面板上的“启动”键，发电机开始起励建压，直至 THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。

2．发电机组停机

⑴  减小发电机励磁至 0。

⑵  按下 THLWT-3 微机调速器装置面板上的“停止”键。

⑶  当发电机转速减为 0 时，将 THLZD-2 电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。

3．发电机组并网

⑴  首先投入无穷大系统，具体操作参见第一部分“无穷大系统”，将实验台上的“发电机运行方式”切至“并网”方式。打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。

⑵  发电机与系统间的线路有“单回”和“双回”可选。根据实验要求选定一种，此处选“单回”。单回：断路器 QF1 和 QF3（或者 QF2、QF4 和 QF6）处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态；双回：断路器 QF1、QF2、QF3、QF4 和 QF6 处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态。

⑶  合上断路器 QF7，调节自耦调压器的手柄，逐渐增大输出电压，直到接近发电机电压。

⑷  投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。

⑸  发电机组并网有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动并网；一是半自动并网；一是自动并网。为了保证发电机在并网后不进相运行，并网前应使发电机的频率和电压略大于系统的频率和电压。

①  手动并网

所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。

1) 选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。

2) 观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fg > fs  时同期表的相角指针顺时针旋转，频率指针转到“+”的部分；Ug>Us  时压差指针转到“+”。反之相反。fg 和 Ug 表示发电机频率和电压；fs  和 Us 表示系统频率和电压。 根据同期表指针的位置，手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器 QF0 的“合闸”按钮。完成手动并网。

②  半自动并网

所谓“半自动并网”，就是手动调整频差和压差至满足条件后，系统自动操作并网断路器实现并网。

1) 选定“同期方式”。将 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“同期方式”旋钮旋到“半自动”状态。

2) 检查 THLWZ-2 微机准同期装置的系统设置菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：

“导前时间”设置为 200ms

“允许频差”设置为 0.3Hz

“允许压差”设置为 2V

“自动调频”设置为“退出”

“自动调压”设置为“退出”

“自动合闸”设置为“投入”

上述的设置操作可参见附录八，同时，还需设置合闸时间，即设定 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“QF0 合闸时间设定”为 0.11 s～0.12s（考虑控制回路继电器的动作时间），该时间继电器的显示格式为 00.00s。如实验中对上述参数没有要求，为了延长设备的寿命，一律按上述设置设定。

3) 投入微机准同期。按下 THLWZ-2 微机准同期装置面板上的“投入”键。

4) 根据 THLWZ-2 微机准同期显示的值，手动调整频差和压差，满足条件后，自动并网。

③ 自动并网

所谓“自动并网”，就是自动调整频差和压差，满足条件后，自动操作并网断路器，实现并网。

1) 选定“同期方式”。将 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“同期方式”旋钮旋到“自动”状态。

2) 检查 THLWZ-2 微机准同期装置的系统设置内显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：

“导前时间”设置为 200ms

“允许频差”设置为 0.3Hz

“允许压差”设置为 2V

“自动调频”设置为“投入”

“自动调压”设置为“投入”

“自动合闸”设置为“投入”

上述设置的操作可参见附录八，同时，还需设置合闸时间，即设定 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“QF0 合闸时间设定”为 0.11 s～0.12s（考虑控制回路继电器的动作时间），该时间继电器的显示格式为 00.00s。如实验中对上述参数没有要求，为了延长设备的寿命，一律按上述设置设定。

3) 投入微机准同期。按下 THLWZ-2 微机准同期装置面板上的“投入”键。

4) 检查 THLWT-3 微机调速装置和 THLWL-3 微机励磁装置是否处于“自动”状态，如果不是，调整到“自动”状态，操作可参见 THLWT 微机调速装置使用说明书和 THLWL 微机励磁装置使用说明书。

5) 满足条件后，并网完成。

6)  退出同期表。将 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“同期表控制”旋钮打到“退出”状态。

4．发电机组发出有功和无功功率

⑴  调节励磁装置，调整发电机组发出的无功，使 Q=0.75kVar，PF=0.8。具体操作：

①    手动励磁：调节 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“手动也调压”旋钮，逐步增大励磁，直到达到要求的无功值。

②  常规励磁：调节 THLCL-2 常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐步增大给定，直至达到要求的无功值

③  微机励磁：多次按下 THLWL-3 微机励磁装置面板上的“＋”键，逐步增大励磁，直至达到要求的无功值。

⑵  调节调速器，调整发电机组发出的有功，具体操作：多次按下 THLWT-3 微机调速装置“+”键，逐步增大发电机有功输出，使 P=1kW。

5．发电机组解列

⑴  将发电机组输出的有功和无功减为 0。具体操作：

①  多次按下 THLWT-3 微机调速装置“－”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功接近 0。

②  调节励磁，减小无功。多次按下 THLWL-3 微机励磁装置面板上的“－”键，逐步减少发电机无功输出，直至无功接近于 0。

备注：在调整过程中，注意不要让发电机进相。

⑵  按下 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的断路器 QF0 的“分闸”按钮，将发电机组和系统解列。然后发电机停机，具体参照实验内容“⒉发电机组停机”。

6．发电机组组网运行

该功能是配合 THLDK-2 电力系统监控实验台而设定的。

⑴  将 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“发电机运行方式”切至“联网”方式。

⑵  将 THLZD-2 电力系统综合自动化实验台左侧的电缆插头接入 THLDK-2 电力系统监控实验台。

⑶  重复实验 1 发电机组起励建压步骤。

⑷  采用手动并网方式，将发电机组并入 THLDK-2 电力系统监控实验台上的电力网。具体

操作参见 THLDK-2 电力系统监控实验指导书。

四、实验报告

1．为什么发电机组送出有功和无功时，先送无功？

2． 为什么要求发电机组输出的有功和无功为 0 时才能解列？

答：

1、发电机并网之前要增加励磁，将定子电压调到与系统电压相同，在频率电压相同之后并网，并网之后就可以带一些有功（受热机限制，不能一下满负荷）根据有功和电压调整无功，没有先送无功。

答：

2、保护断路器，尽量不要带电流分闸。2，维护系统稳定。不发生功率突变。3。保护发电机，避免突然甩符合的冲击。

五、实验心得

实验前应该先启动三相再启动单相，关闭系统前应断开合闸，再关闭单相最后三相

实验二   典型方式下的同步发 电机起励实验

一、实验目的

⒈  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。

⒉  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

常规励磁装置起励建压在第一章实验已做过，此处以微机励磁为主。

⒈  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。

⑴  参照第一章中的“发电机组起励建压”步骤操作。

⑵  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。

⒉  选定“微机控制”，“自励”，“恒 Ug”和“恒 Ug 预定值”为 400V。 操作步骤同实验 1。

⒊  选定“微机控制”，“他励”，“恒 Ie”和“恒 Ie 预定值”为 1400mA。

操作步骤同实验 1。

⒋  选定“微机控制”，“自励”，“恒 Ie”  和“恒 Ie 预定值”为 1400mA。

操作步骤同实验 1。

⒌  选定“微机控制”，“他励”，“恒 UR”  和“恒 UR 预定值”为 5000mV。

操作步骤同实验 1。

四、实验总结

⒈  比较起励时，自并励和他励的不同。

⒉  比较各种起励方式有何不同。

答：

发电机从空转状态转变为空载状态的过程叫“起励”。简单地说：起励就是空转状态的发电机建立电压的过程。起励一般分为“他励”和“自并励”两种，他励：一般用于机端电压高于400V的发电机组。他励是指利用外电源对发电机进行起励。自并励：一般用于机端电压低于或等于400V的发电机组。自并励，又叫“自并激励”，是利用发电机定子线圈的残余电压通过一定的技术方法整流后送回其转子线圈，再对定子线圈进行相互激励使发电机电压在“自激励”过程中不断升高到设定值。

答：

残压起励 ：所谓残压起励，是以电机的剩磁发出一定的残存电压，把这个残存电压送入励磁线圈，励磁得到加强，以后形成一个良好的正反馈效果，发出电压越高励磁越得到加强，直至发出额定电压，以致输出额定功率。

它励起励 ：他励是指外部的励磁方式，用12V直流电源或其他直流电源，自励当然就是自带的励磁方式了，最好的就是永磁。直流起励 ：直接用直流电起励交流起励：用交流电起励

五、实验心得

三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。

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

⒈  了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。

⒉  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，PID控制原理框图如图2-3-1所示，系统由PID控制器和被控对象组成，PID算法可表示为：

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：

式中：u0—偏差为 0 时的初值。

则第 n-1 次采样的调节量为：

两式相减，得增量型PID算法，表示如下：

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。

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。

具体操作如下：

⑴  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。

⑵  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。

⑶  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

⑴  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。

⑵  设置THLWL-3微机励磁装置的“恒Ug预定值”为“400V”，具体操作同上。

⑶  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。

⑷  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。

⑸  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

 

2．恒 Ie 方式

⑴  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验步骤⑴ 方式

⑵  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 方实验步骤⑵。

⑶  重复恒 Ug 方式实验步骤⑶、⑷，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。

3．恒 UR方式  

⑴  设置 THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒 UR”，具体操作同恒 Ug验步骤⑴ 方式.

⑵  设置 THLWL-3 微机励磁装置的“恒 UR

实验步骤⑵。 预定值”为“4760mV”，  具体操作同恒 Ug方式

 ⑶  重复恒 Ug方式实验步骤⑶、⑷，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 3-2-3-3 中。

4．恒 Q 方式

⑴  重复恒 Ug 方式实验步骤⑴、⑵和⑶。

⑵  发电机组与系统并网。（具体操作见实验一）

⑶  并网后，通过调节调速装置使发电机组发出一定的有功，通过调节励磁或系统电压使发电机组发出一定的无功。要求保证发电机功率因数为 0.8。具体操作如下：按下 THLWT-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小有功功率；降低 15kVA 自耦调压器的电压,使发电机发出一定的无功功率。

⑷  选择“恒 Q”方式，具体操作如下：按下 THLWL-3 微机励磁装置面板上的“恒 Q”键。

注：并网前按下“恒 Q”键是非法操作，装置将视该操作为无效操作。）

⑸  改变系统电压，从 THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流、给定电压和无功功率数值并记录于表 3-2-3-4 中。

注：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。

5．负荷调节

⑴  设置子菜单“励磁调节方式”为“恒 Ug”方式，操作参照恒 Ug 方式实验步骤⑴。

⑵  将系统电压调到 300V（调节自耦调压器到 300V），发电机组并网，具体操作参照第一章。

⑶  调节发电机发出的有功和无功到额定值,即：P=2kW,Q=1.5kVar。调节有功，即按下

THLWT-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小有功功率；调节无功，即

按THLWL-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小无功功率。

⑷  从 THLWL-3 微机调速装置读取功角，从 THLWL-3 微机调速装置读取励磁电流和励

磁电压，并记录数据于表 3-2-3-5

⑸  重复步骤⑶，调节发电机发出的有功和无功为额定值的一半。

⑹  重复步骤⑷

⑺  重复步骤⑶，调节发电机输出的有功和无功接近 0。

    ⑻  重复步骤⑷。

四、实验总结

1．自行体会和总结微机励磁调节器四种运行方式的特点。说说他们各适合于那种场合应用？

对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？是就电压质量，无功负荷平衡，电力系统稳定性等方面进行比较。

2．分析励磁调节器的工作过程及其作用

励磁调节器的工作过程：当Ｕｇ下降时，Ｉｅｆ就大为增加，发电机的感应电动势Ｅｑ随即

增大使Ｕｇ重新回到基准值附近；反之，Ｕｇ升高时，Ｉｅｆ就大为减少，又使Ｕｇ重新回

到基准值附近，这就是闭环比例调节的原理。

为了提高电力系统稳态和动态性能，对同步发电机、同步调相机和大型同步电动机的励磁进

行自动调节的一种措施。它对电力系统的作用是：

1.正常运行工况下维持母线电压为给定水平，即起调压作用。

2．定地分配机组间的无功功率。

3.提高电力系统运行的动态性能及输电线路的传输能力。装有快速无失灵区励磁调节器的发电机可运行在人工稳定区，在系统事故下高顶值倍数的快速励磁系统能提高系统的暂态稳定度。

4.励磁控制中引入镇定器后，可提供合适的阻尼力矩，有力地抑制低频振荡和改善电力系统动态品质。

五、实验心得

发电机端电压经电压互感器降压后输入到测量单元，电压讯号在测量单元中

经测量比较后，将电压偏差量输入到中放单元放大，并作为移相单元的控制电压以相

应改变触发单元的触发脉冲相位角，从而改变了自动可控硅的控制角和交流励磁机励

磁电压值，相应地改变了主发电机的励磁，当发电机负载增大而使发电机电压下降时

调节器使自动可控硅整流器的控制角检小，以增大发电机的励磁，当发电机减少负荷

时，其操作以上述相反，减少励磁来维持发电机端电压为给定值。

  

实验四 典型方式下的同步发电机起励实验

一、实验目的

⒈ 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。

⒉ 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

常规励磁装置起励建压在第一章实验已做过，此处以微机励磁为主。

⒈ 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。

⑴ 参照第一章中的“发电机组起励建压”步骤操作。

⑵ 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。

⒉ 选定“微机控制”，“自励”，“恒Ug”和“恒Ug 预定值”为400V。

操作步骤同实验1。

⒊ 选定“微机控制”，“他励”，“恒Ie”和“恒Ie 预定值”为1400mA。

操作步骤同实验1。

⒋ 选定“微机控制”，“自励”，“恒Ie” 和“恒Ie 预定值”为1400mA。

操作步骤同实验1。

⒌ 选定“微机控制”，“他励”，“恒UR” 和“恒UR 预定值”为5000mV。

操作步骤同实验1。

四、实验报告

⒈ 比较起励时，自并励和他励的不同。

答：他励直流电机的 励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励直流电机。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。否则在加励磁电流之前，电枢中一直为起动电流（或理解为电能只以电枢绕组中热量的形式释放）

  ⒉ 比较各种起励方式有何不同。

答：他励：一般用于机端电压高于400V的发电机组。他励是指利用外电源对发电机进行起励。

自并励：一般用于机端电压低于或等于400V的发电机组。自并励，又叫“自并激励”，是利用发电机定子线圈的残余电压通过一定的技术方法整流后送回其转子线圈，再对定子线圈进行相互激励使发电机电压在“自激励”过程中不断升高到设定值。

五、实验心得

    灭磁的时候应该注意发电机的状态，一定不能在并网的状态下灭磁。

实验五  励磁调节器的控制方式及其相互切换

一、实验目的

⒈了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。

⒉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U g ，恒励磁电流I e ，恒给定电压U R

和恒无功

Q。其中，恒U R

为开环控制，而恒U g ，恒I e

和恒Q 三种控制方式均采用PID 控制，PID 控制原

理框图如图2-3-1 所示，系统由PID 控制器和被控对象组成。

每种控制方式对应一套PID 参数（KP、KI 和K D），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。

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。

具体操作如下：

⑴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。1.恒U g

方式

⑴设置THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒U g ”,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U g ”方式。

⑵设置THLWL-3 微机励磁装置的“恒U g

预定值”为“400V”,具体操作同上。

⑶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。

⑷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。

⑸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。

⒈恒U_G=400V

⑴测试记录及数据处理：

表2-4-1

⑵测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒U_G=400V时，当发电机频率在50±5Hz范围内变化时，励磁调节器可将发电机电压恒定在400±2V的范围内，即实现了恒U_G=400V的功能，满足要求。

⒉恒IL=2A

⑴测试记录及数据处理：

表2-4-2

⑵测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒IL=2A后，当发电机频率在50±5Hz范围内变化时，励磁调节器可将励磁电流恒定在2±0.01A的范围内，即实现了恒IL=2A的功能，故认为满足要求。

⒊恒Ug=3V

⑴测试记录及数据处理：

表2-4-3

⑵测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒Ug=3V后，当发电机频率在50±5Hz范围内变化时，励磁调节器可将给定电压恒定在3±0.015V的范围内，即实现了恒Ug=3V的功能，故认为满足要求。

⒋恒Q=0.569Kvar

⑴测试记录及数据处理：

表2-4-4

⑵测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒Q=0.569Kvar后，当系统电压在350～410V范围内变化时，励磁调节器可将无功功率Q恒定在0.569±0.034 KVA的范围内，即实现了恒Q=0.569Kvar的功能，故认为满足要求。

⒌负荷调节(双回线)

⑴测试记录及数据处理：

表2-4-7     

⑵测试结论：控制回路工作正常，符合设计要求。

四、实验报告

1.自行体会和总结微机励磁调节器四种运行方式的特点。说说他们各适合于那种场合应用？对电力系统运行而言,哪一种运行方式最好？是就电压质量,无功负荷平衡,电力系统稳定性等方面进行比较。

答： 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 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。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。 电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

2.分析励磁调节器的工作过程及其作用。

答：通过对发电机端电压进行检测，或者还要进行信号的隔离，这是防止干扰的，然后和AVR内部设定的电压值进行对比，对这个偏差量然后进行放大，用他去触发励磁的输出，从而控制了励磁的输出，这个励磁的变化从而又弥补了发电机电压的变化，使其尽快回归正常的电压水平，通过这样一个原理使得发电机的电压持续稳定在一个恒定的水平。发电机的励磁输出一般是可控硅输出的，有的是全波整流的，有的是半波整流的，当然全波的性能好一些。这些可控硅的触发信号就来自于实际值和设定值的偏差量。比如当发电机的实际电压偏离了正常电压，高了一点的时候，这个电压和设定电压的偏差，就被放大，然后触发可控硅，使得AVR的励磁输出减小一些，这样电压就会下降一点又回归正常值

五、实验心得

这次实验帮助我们了解了更多的并网规律，我们更加的懂得可控硅整流的原理。

实验六   跳灭磁开关灭磁和逆变灭磁实验

一、实验目的

1.理解灭磁的作用、原理和方式。

2.加深对三相整流电路有源逆变工作状态的理解。

二、原理说明

当发电机内部、引出线、与发电机直接连接的主变压器内部或与发电机出口直接连接的厂用

变压器内部发生故障时,虽然继电保护装置能快速地使发电机出口回路的断路器跳开,切断故障

点与系统的联系,但发电机励磁电流产生的感应电动势会继续维持故障电流。为了快速限制发电

机内部或与其直接相连的变压器内部的故障范围,减小其损坏程度,必须尽快地降低发电机电动

势,即需要把励磁绕组电流建立的磁场迅速地降低到尽可能小。把发电机磁场迅速降低到尽可能

小的过程称为灭磁。

如上所述,对发电机灭磁的主要要求是可靠而迅速地消耗储存在发电机中的磁场能量。最简

单的灭磁方式是切断发电机的励磁绕组与电源的连接。但是,这样将使励磁绕组两端产生较高的

过电压,危及到主机绝缘的安全。为此,灭磁时必须使励磁绕组接至可使磁场能量耗损的闭合回

路中。

根据实现灭磁方式的不同,分为跳灭磁开关灭磁和逆变灭磁。

跳灭磁开关灭磁原理如下图所示:

图3-2-4-1 跳灭磁开关灭磁原理示意图

灭磁时,灭磁开关QFG 的常开触点断开,切断了发电机励磁绕组和电源的连接;灭磁开关

QFG 的常闭触点闭合,使与发电机励磁绕组并联的线形电阻R 接入回路,由此电阻消耗发电机

的磁场能量,完成了灭磁。

逆变灭磁原理如下图所示:

图3-2-4-2 逆变灭磁原理示意图

当触发控制角大于90°时,全控桥将工作在有源逆变状态下,此时转子储存的磁场能量就以

续流的形式经全控桥反送到交流电源,以使转子磁场的能量不断减少,达到灭磁目的。此时,灭

磁开关QFG 的常闭触点处于断开状态,即线形电阻R 未接入回路;灭磁开关QFG 的常开触点

闭合,这是与跳灭磁开关灭磁不同的。

三、实验内容与步骤

1.跳灭磁开关灭磁实验

⑴将实验台面板上的“励磁方式”旋钮旋至“常规控制”,“励磁电源”切至“他励”方式。

⑵发电机组的起励建压,具体操作参照第一章。

⑶按下THLCL-2 常规可控励磁装置面板上的“灭磁”按钮,记录励磁电流和励磁电压的变

化(观察控制柜上的励磁电流表和电压表)。并通过示波器观测励磁电压U e (对应面板上的U d )

波形。

⑷发电机组停机,具体操作参照第一章。

2.逆变灭磁实验

⑴将实验台面板上的“励磁方式”旋钮旋至“微机控制”,“励磁电源”切至“他励”方式。

⑵发电机组的起励建压,具体操作参照第一章。

⑶按下THLWL-3 微机励磁装置面板上的“灭磁”键,记录励磁电流和励磁电压的变化(观

察控制柜上的励磁电流表和电压表)。并录制励磁电压波形,分析变化规律。

⑷发电机组停机,具体操作参照第一章。

四、实验报告

1.分析在他励方式下逆变灭磁与在自并励下逆变灭磁有什么差别？

答：他励是针对直流发电机作为励磁机向交流发电机提供励磁电流，那么它励下的逆变灭磁是灭掉直流发电机的励磁电流，从而使直流发电机无法向交流发电机提供励磁电流！这种励磁方式一般实用与50MW以下机组。自并励是将交流发电机出现增设励磁变压器提供励磁，它是直接通过可控硅整流输出到交流发电机的转子。其实逆变灭磁原理都是一样！通过可控角的控制实现的逆变，可以用平均电压的积分公式得到电压与控制角的关系！

2.分析灭磁为何只能在空载下进行,若在发电机并网状态下灭磁会导致什么后果。

答;那是不是因为如果直接灭磁后，原动机保持不变，没有励磁发电机没有能量输出，使得发电机转子越来越快?是的要是并列状态的发电机失磁后，将进相运行，若带有功较多，将变成失步的异步状态，并出现大幅度的电流和功率摆动，要是原动机不及时减小输出，将使机组过速。

五、实验心得

理解了灭磁的作用、原理和方式。加深了对三相整流电路有源逆变工作状态的理解。

实验总结与体会

    通过这四次实验，我们对发电机的自动并网和退出更加的了解。我们也更好的对电网的防护做了更加深入的了解，如果未来我们在发电厂工作。我们会更快的了解发电机的状态，方便我们人的控制，保证电网的质量和稳定性。