CN103281024B - 一种基于全控器件的交流励磁系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全控器件的交流励磁系统，包括励磁功率单元和励磁调节器，励磁调节器控制励磁功率单元的励磁电流的输出，励磁功率单元包括励磁机励磁系统、励磁机励磁绕组、励磁机和变流器，励磁机励磁系统的输出端与励磁机励磁绕组连接，变流器的输入端与励磁机的机端连接，励磁机励磁系统为励磁机提供励磁电流，励磁功率单元还包括斩波器，变流器采用全控变流器，全控变流器的输出端与斩波器的输入端连接，斩波器的输出端用于与发电机的励磁绕组连接。本发明采用了全控变流器，不存在换相失败问题，可靠性高，励磁能力良好，提高了发电机容量，有效防止灭磁失败，降低了系统造价，减小了调节系统的等值时间常数，提高了响应速度。
Description
技术领域
本发明属于发电机励磁技术领域，具体涉及一种基于全控器件的交流励磁系统。
背景技术
随着电网容量和规模的发展，电力系统对励磁控制的可靠性和动态性能要求越来越高。现代电力系统要求同步发电机励磁系统能抑制0.1Hz～3Hz低频/超低频振荡，然而常规可控硅整流的励磁系统已很难达到抑制0.1Hz～3Hz的宽范围低频振荡的目的。当电网发生低频/超低频振荡时，同步发电机机端电压也将随之大幅度低频/超低频振荡，机端电压有可能较长时间持续在较低水平。在振荡期间，如果系统发生短路故障或需要增补无功，则要求励磁系统强行励磁，一旦出现励磁能力不足，必将导致系统事故扩大化。
励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流，励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。三机系统在汽轮发电机中应用得非常普遍，三机系统的励磁功率单元包括副励磁机、可控硅整流电路、励磁机及不控整流电路，副励磁机的作用是给励磁机提供励磁电流。
然而，三机系统存在以下缺陷：⑴同轴安装有发电机、励磁机和副励磁机，故发电机主轴较长，影响机组轴系的稳定性，系统造价高，维护工作量大；⑵励磁调节器控制的是励磁机的励磁电压，作用到发电机励磁绕组还需经过励磁机这个环节，故励磁系统等效的时间常数较大，调节系统的响应速度较慢，使电力系统稳定性也受到了一定程度的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够减小发电机机轴长度、提高机组轴系的稳定性、造价低、维护成本低、且能够提高调节系统响应速度、并可以提高发电机容量的基于全控器件的交流励磁系统。
本发明的上述目的通过以下的技术措施来实现：一种基于全控器件的交流励磁系统，包括励磁功率单元和励磁调节器，所述励磁调节器控制励磁功率单元的励磁电流的输出，所述励磁功率单元包括励磁机励磁系统、励磁机励磁绕组、励磁机和变流器，励磁机励磁系统的输出端与励磁机励磁绕组连接，所述变流器的输入端与励磁机的机端连接，所述励磁机励磁系统为励磁机提供励磁电流，其特征在于：所述励磁功率单元还包括斩波器，所述变流器采用全控变流器，所述全控变流器的输出端与斩波器的输入端连接，所述斩波器的输出端用于与发电机的励磁绕组连接，所述励磁调节器的输出控制全控变流器中全控器件的工作状态，从而控制发电机的励磁电流。
本发明变流器采用全控变流器，并设置了斩波器，通过励磁调节器的输出控制电压型变流器中的全控开关器件的工作状态，从而控制发电机的励磁电流，以维持发电机机端电压的稳定。由于变流器采用了全控开关器件，因此不存在晶闸管整流电路存在的换相失败问题，可靠性较高，可以维持很好的励磁能力，并能够提高发电机的容量，可有效防止灭磁失败；另外，本发明与传统的三机系统相比较，由于省去了副励磁机，因而减小了发电机的机轴长度，降低了系统造价，减小了维护工作量，同时减小了调节系统的等值时间常数，提高其响应速度，进而提高了电力系统的稳定性。
作为本发明的一种实施方式，所述励磁机励磁系统由励磁变压器和三相全桥整流电路构成，所述励磁变压器的一次绕组用于与发电机机端连接，所述励磁变压器的二次绕组与所述三相全桥整流电路的输入端连接，所述三相全桥整流电路的输出端与励磁机的励磁绕组连接，所述励磁机的励磁由发电机定子侧经变压器及整流器整流后供电。
作为本发明的另一种实施方式，所述励磁机励磁系统采用三相全桥整流电路，所述三相全桥整流电路的输入端与所述励磁机机端连接，所述三相整流电路的输出端与励磁机的励磁绕组连接，励磁机的励磁由励磁机的电枢经过自励恒压装置供电。由于励磁机的励磁不受发电机机端电压的影响，因此提高了励磁可靠性和系统稳定性。
作为本发明的又一种实施方式，所述励磁机励磁系统采用永磁体，励磁机的励磁由永磁体提供。由于励磁机的励磁不受发电机机端电压的影响，所以提高了励磁可靠性和系统稳定性。
本发明还可以有以下实施方式：
所述全控变流器采用电压型全控变流器或者电流型全控变流器。
所述的全控变流器的开关管采用IGBT或IGCT或GTO全控器件。也可以采用其它类型的全控器件。
所述三相全桥整流电路的开关元件采用晶闸管或二极管。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明与传统的三机系统相比较，由于省去了副励磁机，因而减小了发电机的机轴长度，降低了系统造价，减小了维护工作量，同时减小了调节系统的等值时间常数，提高其响应速度，进而提高了电力系统的稳定性。
⑵本发明变流器采用全控变流器，并设置了斩波器，通过励磁调节器的输出控制电压型变流器中的全控开关器件的工作状态，从而控制发电机的励磁电流，以维持发电机机端电压的稳定。
⑶由于本发明采用了全控变流器，具有一定的升压能力，在电力系统大幅度低频/超低频振荡期间，可以维持很好的励磁能力。
⑷由于采用了具有全控器件的变流器变换电流，因此不存在晶闸管整流电路存在的换相失败问题，可靠性较高。
⑸全控器件的开关频率较高，因此产生的谐波相对较小，发电机的发热减小，从而可以提高发电机的容量。
⑹控制变流器中的全控器件的开关状态可以关断直流电流，本发明与灭磁开关协调动作，可以有效防止灭磁失败。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例1的示意图；
图2是斩波器组成结构示意图；
图3是励磁变压器组成结构示意图；
图4是由晶闸管构成的三相全桥整流电路组成结构示意图；
图5是本发明实施例2的示意图；
图6是由IGBT构成的三相全桥整流电路组成结构示意图；
图7是本发明实施例3的示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1～4及6所示，是本发明一种基于全控器件的交流励磁系统，包括励磁功率单元和励磁调节器，励磁功率单元向发电机8提供励磁电流，励磁调节器控制励磁功率单元的励磁电流的输出，励磁功率单元包括励磁机励磁系统9、励磁机励磁绕组3、励磁机4和变流器，励磁机励磁系统9的输出端与励磁机励磁绕组3连接，变流器的输入端与励磁机4的机端连接，励磁机励磁系统9为励磁机4提供励磁电流，励磁功率单元还包括斩波器6，参见图2，变流器采用全控变流器，全控变流器为电压型全控变流器5，其中的开关管采用IGBT全控器件，电压型全控变流器5的输出端与斩波器6的输入端连接，斩波器6的输出端用于与发电机8的励磁绕组连接，励磁调节器的输出控制电压型全控变流器中全控器件的工作状态，从而控制发电机8的励磁电流。
励磁机励磁系统9由励磁变压器1（参见图3）和三相全桥整流电路2构成，其中，三相全桥整流电路2由IGBT构成，参见图6，三相全桥整流电路2的开关元件采用晶闸管，参见图4，励磁变压器1的一次绕组用于与发电机机端连接，励磁变压器1的二次绕组与三相全桥整流电路2的输入端连接，三相全桥整流电路2的输出端与励磁机4的励磁绕组3连接，励磁机的励磁由发电机定子侧经变压器及整流器整流后供电。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：全控变流器采用电流型全控变流器，其中的开关管采用IGCT全控器件，励磁机励磁系统采用三相全桥整流电路2构成，三相全桥整流电路2的开关元件采用二极管，三相全桥整流电路2的输入端与励磁机机端连接，三相整流电路2的输出端与励磁机4的励磁绕组3连接，励磁机的励磁由励磁机的电枢经过自励恒压装置供电。由于励磁机的励磁不受发电机机端电压的影响，因此提高了励磁可靠性和系统稳定性。
实施例3
如图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：全控变流器5的开关管采用GTO全控器件，励磁机励磁系统采用永磁体11，励磁机4的励磁由永磁体11提供。本实施例由于励磁机的励磁也不受发电机机端电压的影响，提高了励磁可靠性和系统稳定性。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的励磁机励磁系统还具有其它实施方式，全控变流器的开关管也可以采用其它的全控器件，而三相全桥整流电路的开关元件可以采用其它开关元件；因此，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于全控器件的交流励磁系统，包括励磁功率单元和励磁调节器，所述励磁调节器控制励磁功率单元的励磁电流的输出，所述励磁功率单元包括励磁机励磁系统、励磁机励磁绕组、励磁机和变流器，励磁机励磁系统的输出端与励磁机励磁绕组连接，所述变流器的输入端与励磁机的机端连接，所述励磁机励磁系统为励磁机提供励磁电流，其特征在于：所述励磁功率单元还包括斩波器，所述变流器采用全控变流器，所述全控变流器的输出端与斩波器的输入端连接，所述斩波器的输出端用于与发电机的励磁绕组连接，所述励磁调节器的输出控制全控变流器中全控器件的工作状态，从而控制发电机的励磁电流；所述励磁机励磁系统由励磁变压器和三相全桥整流电路构成，所述励磁变压器的一次绕组用于与发电机机端连接，所述励磁变压器的二次绕组与所述三相全桥整流电路的输入端连接，所述三相全桥整流电路的输出端与励磁机的励磁绕组连接，所述励磁机的励磁由发电机定子侧经变压器及整流器整流后供电；所述全控变流器采用电流型全控变流器。
2.根据权利要求1所述的基于全控器件的交流励磁系统，其特征在于：所述的全控变流器的开关管采用IGBT或IGCT或GTO全控器件。
3.根据权利要求2所述的基于全控器件的交流励磁系统，其特征在于：所述三相全桥整流电路的开关元件采用晶闸管或二极管。
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