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一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种用于短路冲击发电机的静态励磁系统及方法。首先采集发电机的电压和电流信号，然后采用PID算法对采集的发电机的电压和电流信号进行计算，得到控制信号，该控制信号经逻辑运算、模数转换、变压后进入到整流单元，在整流单元内，利用控制信号对整流单元的可控硅导通角进行调节，最后，所述可控硅根据导通角的大小对输入的交流电源的电压和电流进行调节，为发电机转子提供合适的直流电压和电流。
【专利说明】一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统及方法

【技术领域】
[0001] 本发明应用涉及发电机励磁领域，特别涉及于短路容量试验中对短路冲击发电机 励磁系统及方法。

【背景技术】
[0002] 短路冲击发电机试验系统不同于普通发电机系统，其转子由拖动电机驱动，进行 短路试验时拖动电机断电，发电机转子呈自由旋转状态由转动惯性提供短路能量。采用直 流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是短路冲击发电机的主要励磁系统。长期 的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方 便。缺点是：相关设备多，占用空间大，投资大，维护很不方便，且对短路冲击参数调节精度 不够高，尤其是对于短路容量大，短路时间长的容量试验无法满足其试验要求。
[0003] 近年来，随着电力系统的发展，对短路容量试验的要求也不断增高，要求励磁功率 也相应增大。使用大功率可控硅元件直接控制转子电压电流的静态励磁系统，具有调节范 围广、调节精度1?等优点是短路冲击发电机励磁的最佳方案。


【发明内容】

[0004] 本发明提供了一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统及方法，应用于短路容 量试验。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，包括：交流电源，通过变压器与整流 单元连接；采集单元：采集发电机电压和电流；控制单元：对采集的发电机电压和电流进行 计算并控制，输出控制信号；逻辑信号输出单元：对控制信号进行逻辑运算；输出信号转换 单元：对逻辑运算后的控制信号进行模数转换；脉冲变压器：对模数转换后的控制信号进 行变压；整流单元：包括有可控硅，利用控制信号对可控硅的导通角进行调节，进而对交流 电源的电压和电流进行调节，将交流电转为直流电，为发电机转子提供合适的直流电压和 电流。
[0007] 优选的，所述交流电源在变压器和整流单元之间连接有交流侧保护单元，主要由 熔断器、整流器和阻容吸收保护回路组成，以对交流电源侧的过电压进行保护。
[0008] 优选的，所述阻容吸收保护回路主要由并联的整流回路和电容、电阻组成。
[0009] 优选的，所述整流单元和发电机的转子之间并联有直流侧保护装置，以吸收直流 侧的过电压。
[0010] 优选的，所述直流侧保护装置主要由一对正反向可控硅并联后串联一个放电电阻 组成。
[0011] 优选的，所述发电机的转子与直流侧保护装置之间并联有起励电阻，以保证升压 过程平稳进行。
[0012] 优选的，所述整流单元由四套6脉冲全桥整流装置并联组成。
[0013] -种应用于短路冲击发电机的静态励磁方法，首先采集发电机的电压和电流信 号，然后采用PID算法对采集的发电机的电压和电流信号进行计算，得到控制信号，该控制 信号经逻辑运算、模数转换、变压后进入到整流单元，在整流单元内，利用控制信号对整流 单元的可控硅导通角进行调节，最后，所述可控硅根据导通角的大小对输入的交流电源的 电压和电流信号进行调
[0014] 节，为发电机转子提供合适的电压和电流信号。
[0015] 优选的，所述控制信号按照以下步骤进行：
[0016] 步骤1)计算PID算法的调节系数，包括PID算法的比例系数kp的调节系数S p和 PID算法积分系数Td的的调节系数Sd;
[0017] 在短路起始阶段，计算第i+Ι时刻发电机电压下降的斜率，以第i+Ι时刻发电机电 压下降的斜率与第i时刻发电机电压下降的斜率之差与1相加即得S p ;
[0018] 在短路结束阶段，计算第i+Ι时刻发电机电压下降的斜率，以第i+Ι时刻发电机电 压下降的斜率与第i时刻发电机电压下降的斜率之差与1相加即得S p;
[0019] 在短路持续阶段，比较采集到的发电机的短路电流的大小与设定的定子电流限定 负反馈值Ig，如果发电机的短路电流小于Ig，则所述调节系数为1，如果发电机的短路电流 小于Ig，则以发电机的短路电流与Ig做差，以该差值与1之和S d;
[0020] 步骤2)根据以下公式计算控制信号：

【权利要求】
1. 一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在于：包括： 交流电源，通过变压器与整流单元连接； 采集单元：采集发电机电压和电流； 控制单元：对采集的发电机电压和电流进行计算并控制，输出控制信号； 逻辑信号输出单元：对控制信号进行逻辑运算； 输出信号转换单元：对逻辑运算后的控制信号进行模数转换； 脉冲变压器：对模数转换后的控制信号进行变压； 整流单元：包括有可控硅，利用控制信号对可控硅的导通角进行调节，进而对交流电源 的电压和电流进行调节，将交流电转为直流电，为发电机转子提供合适的电压和电流。
2. 根据权利要求1所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在于： 所述交流电源在变压器和整流单元之间连接有交流侧保护单元，主要由熔断器、整流器和 阻容吸收保护回路组成，以对交流电源侧的过电压进行保护。
3. 根据权利要求2所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在于： 所述阻容吸收保护回路主要由并联的整流回路和电容、电阻组成。
4. 根据权利要求1所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在于： 所述整流单元和发电机的转子之间并联有直流侧保护装置，以吸收直流侧的过电压。
5. 根据权利要求4所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在于： 所述直流侧保护装置主要由一对正反向可控硅并联后串联一个放电电阻组成。
6. 根据权利要求4或5所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在 于：所述发电机的转子与直流侧保护装置之间并联有起励电阻，以保证升压过程平稳进行。
7. 根据权利要求1所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统，其特征在于： 所述整流单元由四套6脉冲全桥整流装置并联组成。
8. -种基于权利要求1所述的一种应用于短路冲击发电机的静态励磁系统的励磁方 法，其特征在于：首先采集发电机的电压和电流信号，然后采用PID算法对采集的发电机的 电压和电流信号进行计算，得到控制信号，该控制信号经逻辑运算、模数转换、变压后进入 到整流单元，在整流单元内，利用控制信号对整流单元的可控硅导通角进行调节，最后，所 述可控硅根据导通角的大小对输入的交流电源的电压和电流进行调节，为发电机转子提供 合适的直流电压和电流。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述控制信号按照以下步骤进行： 步骤1)计算PID算法的调节系数，包括PID算法的比例系数kp的调节系数Sp和PID 算法积分系数Td的调节系数Sd ; 在短路起始阶段，计算第i+Ι时刻发电机电压下降的斜率，以第i+Ι时刻发电机电压下 降的斜率与第i时刻发电机电压下降的斜率之差与1相加即得Sp ; 在短路结束阶段，计算第i+Ι时刻发电机电压下降的斜率，以第i+Ι时刻发电机电压下 降的斜率与第i时刻发电机电压下降的斜率之差与1相加即得Sp ; 在短路持续阶段，比较采集到的发电机的短路电流的大小与设定的定子电流限定负反 馈值Ig，如果发电机的短路电流小于Ig，则所述调节系数为1，如果发电机的短路电流小于 Ig，则以发电机的短路电流与Ig做差，以该差值与1之和Sd; 步骤2)根据以下公式计算控制信号： u(η)=u(n-I) +S()k() {[^(/?) -e(n-1)] e(n)+^(/^(/ [ein) -2e(n-1) + ^(/7-2)] }； 其中，u(η)为控制器在第η时刻输出的控制信号，u(η-1)为控制器在第η-1时刻输出 的控制信号；e(n)为第η时刻采集的电压或电流信号，e(n-l)为第n-1时刻采集的电压或 电流信号，e(n-2)为第n-2时刻采集的电压或电流信号，ΛΤ为采集间隔，Ti为ΛΤ的积分 值，Td为ΛΤ的微分值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述交流电源经变压器后再进入到整流 单元，所述变压器的变比为16倍。
【文档编号】G01R31/34GK104459543SQ201410826716
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】何冰, 沙涌, 董玮 申请人:中国西电电气股份有限公司, 西安高压电器研究院有限责任公司