热电厂发电机励磁系统的设计
励磁系统重要参数及计算
表6.21-2 励磁系统结构数据表技术条件与选型强励电压=2倍的额定励磁电压，当发电机电压下降到80%时，可以连续运行20S。
强励电流=2倍额定励磁电流，可以连续输出20S。
户内环境温度最高40摄氏度。
b).1 励磁系统额定电流本励磁系统按照超出额定励磁电流10%来进行设计I fd = I fn ×1.1=30471.14.2 励磁系统强励电压采用2倍额定励磁电压作为强励电压Ufp=Ufn ×2=586V 。
设备设计用Ufp=Ufn ×2=586V 作为发电机的正常电压。
1.24.3 励磁系统强励电流采用2倍额定励磁电流作为强励电流Ifp=Ifn ×2=5540A,时间为20秒。
设备用Ifp=Ifn ×2=5540A 进行设计。
1.34.4 发电机三相短路时的励磁电流故障发生0.1秒，直流分量测量元件就能测量到。
参照ANSI/IEEE C37.18.1979标准-Ifm Kdc Ifd IfnIfg d x xd Ifdc ⨯=⨯⨯='1,0 (xd and x’d 参照标准采用不饱和值), 考虑x’d 的10%的精度取x’d =0.3454。
认为 Ifm = IfdA Ifdc 56243047277015073036.003.11,0=⨯⨯=-测量的峰值电流在故障发生的0.1s （参照ANSI/IEEE C37.18.1979标准）Ifdc Ifc ⨯=35.31,0=3.5/3×5624=6561A (3.5 & 3 是Kc 和Kdc 各自的最大概率值,（参考定义 ANSI/IEEE C37.18-1979)▪-5.1励磁变参考 IEC 146.1.1, IEC 146.1.2 & IEC 14.1.3-励磁变输出电流 :- 长期输出电流: A I Itn fd 6.248732=⨯=-瞬时输出电流: A I Itns fP 452332=⨯= -励磁变输出电压 :- 在80%发电机电压下的理想输出电压V Ufp Uefti 55010cos 8.0/23=︒=π-理想输出功率:KVA Itn Uefti Sefti 7.23693=⨯⨯=- 感应电压降:V I SeftiUeftixcc Dx fp 5.4032=⨯⨯⨯=π变压器 xcc≈6% (估计值)- 外部电压降 ( 晶闸管, 线等…)V Uefti Vt Df 51.5203,002=⨯+⨯=Vt0=晶闸管阀电压 (约 1.2V)0.03的因数相当于3%线路电压降 ，设计时必须考虑现场接线的因素。
无刷同步发电机交流励磁机的设计
无刷同步发电机交流励磁机的设计引言：一、无刷同步发电机的原理二、无刷同步发电机交流励磁机的基本结构三、设计步骤1.确定初始参数根据发电机需求，需要确定发电机的额定功率、电压、频率等参数。
2.确定励磁电流和磁场强度通过计算电压、电阻和功率之间的关系，确定励磁电流的大小。
根据励磁电流和发电机的设计磁场强度，可以计算出励磁机的磁场强度。
3.计算导体的尺寸和数量根据已知参数，计算出定子的内、外半径和长度。
根据定子的尺寸和发电机的设计功率，可以确定定子线圈的数量和线圈匝数。
4.计算铜导线的截面积和长度根据导线的材料和电阻特性，计算出需要的导线截面积和长度。
5.计算电枢电感根据电感的计算公式，可以计算出电枢的电感。
6.计算电感器的电容根据电容的计算公式，可以计算出电感器的电容。
7.设计转子的磁极根据磁场的需求，设计转子的磁极的形状和尺寸。
8.最终参数计算根据以上计算结果，计算出发电机的最终参数，包括转速、功率因数等。
四、设计注意事项1.在设计过程中需要考虑发电机的效率和稳定性，同时应避免因过高的转速而产生机械破坏。
2.在选取导线和磁体材料时，应考虑其导电性和耐热性。
3.定子的设计要合理，使得转子与定子之间能产生合适的磁场强度差。
4.需要进行电气和磁性仿真分析，以确保设计的准确性。
五、结论通过以上步骤的计算和设计，可以得到一台高效、稳定的无刷同步发电机交流励磁机。
这种设计不仅能满足发电需求，还具备较高的能量利用效率和发电稳定性，具有很大的应用潜力。
无刷同步发电机励磁系统设计及仿真
无刷同步发电机励磁系统设计及仿真摘要：励磁系统是无刷同步发电机的重要组成部分，其性能对于发电机组乃至整个电力系统的运行效率和运行特性都具有决定性作用，一般来说，性能优良的励磁系统不仅能保证发电机安全稳定运行，还能保证电能质量以及电力系统静态、暂态稳定。
本文首先对无刷同步发电机励磁系统的作用进行简要论述，并着重在常规PID控制的励磁系统的基础上对基于模糊PID控制和基于BP神经网络PID控制的无刷同步发电机励磁系统的设计及仿真进行研究。
关键词：无刷同步发电机；励磁系统；模糊PID；BP神经网络；仿真无刷同步发电机具有改善电力系统稳定性的优良特性，而励磁系统在发挥无刷同步发电机的优良特性方面起着关键作用，可靠性高、性能优良且具有良好稳定性的励磁系统对于发电机组乃至整个电力系统的的安全运行起着非常重要的作用，因而在电机设计中的电磁设计占有重要地位。
无刷励磁系统由于无碳刷和滑环，要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，所以其维护工作量较少，能承受高速旋转的离心力，且适合在危险的环境中运行，另外，由于没有接触部件的磨损，可延长电机绝缘寿命，是现代中小型电机和大型无刷励磁系统首选励磁方式。
本文将对基于模糊PID控制和基于BP神经网络PID控制的无刷同步发电机励磁系统的设计及仿真进行研究。
一、无刷同步发电机励磁系统的作用无论发电机机组或电力系统是在稳定状态下还是在固定状态下运行，无刷同步发电机的励磁系统都起着非常关键的作用。
首先，在发电机正常运行工况下，励磁系统向发电机提供励磁电流，并且根据电力负载情况进行实时调节励磁电流，以将发电机端口电压维持在给定水平；其次，当机组并网运行时，无刷同步发电机的励磁系统合理分配机组间的无功功率；第三，改变励磁电流从而改变总含有发电机空载电动势，以此来改善系统稳定性，提高有功功率的传输能力，扩大机组运行的稳定区域；当电力系统发生电路故障比如出现短时低电压等情况，励磁系统可通过大幅增加励磁以提高电压，改善发电机运行条件，提高继电保护装置动作准确性，进而保证整个电力系统的暂态稳定性。
同步发电机励磁控制系统设计与分析
用。 国外 某些公 司 已经把 这种 方式 列为大 型机组 的 定型励 磁方式 。为 了更 加深入 地 了解 自并 励励磁 系
统 ， 设 计 采 用 自并 励 方 式 。 本 １ 主 回路设 计 主 回路 的设 计 首先 要计算 出变 压器的容 量 。计 算 时 ， 流 电 压 以 满 足 强 励 要 求 为 准 ， 虑 到 交 流 电 交 考 源允许 瞬时 电流过 载 ， 以交 流 电流 以额 定运 行 情 所 况 为准 。在 计 算 交 流 侧 线 电 压 时 有 一个 回代 的 过 程。先设 总 的 电压 降 占 １ ％， ５ 算得 估 算的 交流 侧 线 电压 。 根 据 这 个 求 得 的 线 电 压 求 出 交 流 侧 线 电 流 ， 然 后 求 出 交 流 电 源 功 率 。 根 据 求 得 的 电源 功 率 查 相 应 手 册 查 出相 近 变 压 器 漏 抗 。 用 查 得 的 漏 抗 数 值 再 求 一 次 交 流 侧 线 电 压 、 流 侧 线 电 流 ， 后 求 得 交 流 交 最
电机 机 端 短 路 时 强 励 问题 和 短 路 电 流 迅 速 衰 减 保 护 拒动 的 问题 的 解 决 ， 自并 励 方 式 越 来 越 普 遍 地 被 采
由于 自并励 方式 发 电机 起 动时 自己无法 建 立 电 压 ， 此 必 需 考 虑 起 励 问 题 。 考 虑 到 他 励 电 源 起 励 因 方式更 加 可靠 ， 且 一 般 起励 时 所 需 的他 励 电源 电 并 压不 高 ， 以采 用 厂 用 电起 励 。所 需 的起 励 电源 功 所 率 为 额 定 励 磁 功 率 的 ２ ５％， 求 得 起 励 电 源 容 量 为 ． 可 ５ ８ ６ Ａ。起 励 电源 电压为额 定 励磁 电压 的 １４ ．６ ＫＶ ／， 可算 出所 需 电源 电压 为 ４ Ｖ。 ９
乌东德水电站机组励磁系统热管整流柜设计及试验
第52卷第5期2021年5月Vol.52,NoMay.,2021人民长江Yangtze River文章编号：1001-4179（2021）05-0120-04乌东德水电站机组励磁系统热管整流柜设计及试验王波1!余翔2!胡先洪3!张敬4!陈小明5（1-向家坝水力发电厂，四川宜宾644600；2.长江三峡能事达电气股份有限公司，湖北武汉430070；3.乌东德水力发电厂,云南昆明651512；4.白鹤滩水力发电厂，云南昭通654600；5.中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌443002）摘要：目前水电站机组励磁系统大功率整流柜普遍采用强迫风冷的散热方式，因此需要定期对功率框进行滤网更换和风道清灰；同时风机运行时也会产生比较高的噪声污染。
为此,经过研究和试验，对乌东德水电站电厂励磁系统进行设计时,结合热管技术和智能均流功能，实现了大功率整流柜的自冷运行。
介绍了热管原理、热管整流柜额定输出能力的核算方法,以及所用热管整流柜在瑞士ABB公司实验室进行的大电流温升测试情况。
实践证明:这种热管整流柜在现场长期运行后的状态稳定,说明热管整流柜在最大水轮发电机组励磁系统中的运用获得了成功,这一创新技术可对今后大容量发电机组励磁系统的升级改造提供借鉴和参考。
关键词:整流柜设计；热管散热器；温升测试；励磁系统；乌东德水电站中图法分类号：TM31；TM341文献标志码：A DOI：10.16232/ki.1001-4179.2021.05.019近年来我国的水电建设事业得到了飞跃发展，金沙江水电基地的溪洛渡、向家坝水电站已经成功运行,乌东德、白鹤滩水电站即将全部投产"1乌东德水电站是金沙江下游河段4个水电梯级电站中的第一个梯级,也是目前世界上在建的第三大水电站。
乌东德水电站左、右岸地下厂房内各安装6台850MW的水轮发电机组,首台机组已于2020年6月并网发电,是目前世界上已投运的单机容量最大的水轮发电机组。
基于嵌入式处理器的同步发电机双机热备励磁调节器的设计
：
图 ２ 双机热备冗余结构框 图
励 磁调 节器 的双机 热备 工 作 原理 ：当励 磁 调 节 器上 电
变
工作后 ，２ 套励磁调节器采用抢 先占用模式 自主设定 主机
（ 假定为 Ａ机） ，另 １ 套则 为 热备 机 （ 假 定 为 Ｂ机 ） 。２ 套 励
图１ 目并 励直 流 励 磁 系 统 原 理 图
电力 系 统及 同步发 电机 的运 行 状态 ，还 直接 关 乎 电力 Байду номын сангаас 统
给励磁调节器（ Ａ Ⅵ ） ；由嵌入式 系统构成 的 ＡＶ Ｒ单元 主 要完成相关 电信号的采集 、分析和处理 ，并通过优 良的控 制算法 ，实时调整脉冲触发角度 ，实现励磁 电流 的可控 ，
从 而达 到实 时调 节 发 电机机 端 电压 ，实 现 电力 系 统稳 定 运
巨 疆
电机 技 术
基 于嵌 入 式 处 理器 的 同步发 电机 双 机 热 备 励 磁 调 节 器 的 设 计
袁 宁 ，刘 培 ，江 忠龙 ，任 金 龙
（ 国电 南瑞科技 股份 有 限公 司，南京 ２ １ ０ ０ ６ １ ）
［ 摘要］ 介 绍同步发 电机 自并励直流励磁 系统，提 出采 用 ３ ２ ｂ ｉ ｔ 微 处理 器 Ａ Ｔ ｇ ｌ Ｒ Ｍ９ ２ ０ ０和 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ（ 大规模 可编程控 制
行 的 目的 。
２ 双 机 热 备励 磁 调 节器 的 总体 设计
双机热备励磁 调节器 适用 于多种可控 硅励磁 控制 方
式 ，它 主要 面 向 自并励 同步发 电机 可 控 硅励 磁 系 统 。双 机 热 备励 磁调 节 器 即为 １ 台发 电机 配 备 ２ 套 励磁 调 节 器 ，分 主 套和 从套 ， 由主套 的 脉 冲触 发 可控 硅导 通 。２套励 磁 调 节 器通 过 自身 的核心 控 制进 行 状态 监 测 、逻辑 仲裁 ，并 实
励磁系统简介即运行方式
同步发电机的励磁分类
• ３：他励旋转半导体励磁系统，又称无刷励磁系 统。 • 特点：交流励磁机的励磁线圈装在定子上， 而交流线圈装设在转子上，硅整流装置也装设在 同一主机转轴上，并随汽轮机同速旋转。将整流 后的励磁电流直接送入发电机转子。 • 优点：取消了碳刷、滑环，可靠性提高。 • 缺点：轴系较长，励磁回路无法监视，且转 子上装设的励磁整流装置在运行时离心力较大。
• 3、现在大容量机组（我厂）的自动励磁调节器。
• 我厂采用美国通用电气公司自造的自并励静止可 控硅整流励磁系统。系统主要包括： • 1—励磁变（取自机端） • 2、功率整流柜（3个) • 3辅助柜 • 4控制柜-----AVR使用三模块两通道冗余方 • 式。 • 5、启励电源取自厂用电380V汽机MCC段。（单 相）
自动励磁调节装置的作用（56） 自动励磁调节装置的作用（56）
• 5、短路故障切除后，加速系统电压的恢复。 改善电动机的自启动条件。 • （一般感应电动机启动电流周期分量大约 为额定值的5-6倍） • 6、改善并联运行同步发电机在失去励磁而 转入异步运行或发电机进行自同期并列的 工作条件。
对自动调节励磁装置的要求
自动励磁调节装置的工作原理
• 自动励磁装置根据发电机电压，负荷电流 的变化，相应改变可控硅整流回路的可控 硅导通角，使整流桥送入的电流发生变化。 为取得励磁调节的快速性主励磁机一般采 用100---200Hz中频交流同步发电机，副励 磁机采用400---500Hz中频发电机。副励的 励磁可用永磁机或自励恒压式
同步发电机的励磁分类
• 根据励磁电源供电方式的不同，励磁系统可分为：他励和 自励。 • 他励系统-----由同步发电机本身以外电源供电的励磁系 统。 • 他励系统的特点: 其电源相对独立，受电力系统影 响较小，工作可靠。 • 他励系统的形式包括： • 1、直流励磁机的励磁系统。 优点：励磁可靠、调节方便、结构简单。 缺点：励磁机整流子，碳刷维护量大，常常带来换 向器发 热、打火等 问题。 2、 他励静止半导体励磁系统。 特点：采用交流励磁机，经静止可控硅装置整流后，励磁电 流由滑环引人发电机。运行时维护量小，制造容量不受限 制。
同步发电机数字式励磁控制系统的设计
量 由一 系列信 号所 表征 。信 号采 集部分 的任务 就是要 快 速 、 确 的采集外 部 信号 ， 准 为控 制算法 提供参 数 。模
（） Ｉ 信号量 采集 单元 ： 要想 对 发 电机 进行 控制 ， 首
先应 该 得到发 电机 及 电力 系统 当时 的状态 ， 些状 态 这
线修改， 动发出一个控制信号 ， 自 断开接触器 ， 切断起 励 电源 ， 进人 正常 调节 升压 。 在 发 电机 正 常工 作 时 ， 磁 电 源 由 接在 发 电机机 励
目前国 内微 机励磁 控制 器的研 制和开 发有 多个单 位 开展 了研 制 ， 中南 京 自动化 研 究 所 、 其 清华 大 学 、 华
中科技 大学研制 的产 品已在应 用 中 ， 但其 功能简单 ， 可
（） ４ 并列补偿 —— 用 于两 台或 多 台发 电机 并联 或
并 网运 行 。
Ｌ ＵＪ ｎｈ ａ １ ｕ — ｕ
（ ｈ ｐｃ ｌ ｌ ｔｃｌ ｅａ ｍ ｎ ｏ Ｘａｇ ｎＥｅｔｃｌ ｒ ｐ Ｘａｇ ｎ １１ １Ｃ ｉ ） Ｔ ｅ ｅｉ ｅ ｒ ａ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｉ ｔ ｌ ｒ ａ Ｇｏ ， ｉ ｔ ０ ，ｈ ａ Ｓ ａ Ｅ ｃｉ ｔ ｎａ ｃｉ ｕ ｎ ａ ４１ ｎ
（） １ 自动电压调节（ Ｖ ） Ａ Ｒ ——其稳态 电压调整率
达到较高值。 （） ２ 稳定性—— 即 ＰＤ参数应能针对不同发电机 Ｉ
参数过行灵 活设 置 。
相继生产出微机励磁调节器 ， 这些大公司均具有很强
的科 研开 发能力 ， 励磁 控 制器 所 用 的计 算 机 系统 都 以
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热电厂发电机励磁系统的设计
摘要：近几年来，由于新技术、新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机
的励磁方式得到了不断的发展和完善，大幅度地提高了电厂的工作效率。通过介
绍发电机自并励静止励磁系统在电厂中的应用，说明该励磁方式与过去的励磁方
式相比有较大的优越性。并探讨了大中型汽轮发电机自并励静止励磁系统组成方
案及保护问题，可供设计参考。
关键词：发电机；励磁方式；自并励静止励磁系统；组成方案
Abstract: In recent years, thanks to the new technologies, new processes and
new emerging and use of the device, making the generator excitation way to get the
continuous development and perfection, greatly improve the efficiency of the power
plant. Through the introduction of the generator excitation system since by static in
the application of power plant that the excitation type and past excitation compared
with the advantages of large way. Exploring the large and medium-sized turbo
generator excitation system since by static schemes and protection which can provide
reference for design.
Key Words: generator; excitation method; static excitation system; schemes
引言
发电机励磁系统在发电机机组投资中所占的比重虽然极小,却是一个实
时控制系统,其安全性和可靠性关系到电力系统的安全与可靠 ,各项性能指标直
接关系到电力系统的稳定。发电机励磁系统的性能对于提高电网的输送能力和稳
定性等具有重要意义 ,尤其是大型发电机励磁系统,其调节性能以及安全性、可靠
性是电网安全稳定的重要环节 ,是电网安全稳定的基础。近期的实践也进一步表
明,发电机励磁系统,特别是大型发电机励磁系统,是提高电网稳定性最经济、有
效、直接的手段 ,所以,提高大型发电机励磁系统的设计水平 ,不但具有直接的经
济效效益 ,同时具有很大的社会效益。
随着计算机技术的发展 , 目前在硬件上已经有不少文献对发电机励磁
系统的原理做了较全面的阐述。在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响
电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配；在某些故障情况下，发电机
的端电压降低，近发电机机端发生短路情况下及保证系统稳定性方面是要求发电
机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见发电机励磁系统性
能的优劣，其各部件质量的好坏，是影响整个机组安全、经济的重要因素之一。
中型汽轮发电机组的常用励磁方式主要有交流励磁机一静止整流器励磁系统、交
流励磁机一旋转整流器励磁系统(以下称无刷励磁系统)、自并励静态励磁系统三
种。
1 三种励磁方式在的选择比较
1）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统需要同轴励磁机，
励磁系统中间多一个环节，增加了故障率。自并励励磁系统的励磁电源取自发电
机的机端励磁变，没有了旋转部件，运行可靠性高。随着目前大功率可控硅整流
装置的可靠性提高，据国内外统计资料表明，自并励静态励磁系统造成的发电机
强迫停机率低于交流励磁系统。
2）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统需要同轴励磁机，
机组长度大。自并励励磁系统不需要同轴励磁机，仅带端部滑环，可缩短整个发
电机组的长度，有效的提高轴系的稳定性，改善轴系振动水平，提高了机组的安
全运行水平，同时可减少主厂房面积，降低噪音，维护方便。
3）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统具有同轴励磁机，
电压响应速度较慢。自并励静态励磁系统因采用了可控硅，不需要考虑同轴励磁
机时间常数的影响，这样可获得很高的电压响应速度。当系统电压瞬间下降时，
可很快增大发电机无功，以保持系统不发生电压崩溃，其能力比交流励磁机励磁
系统优越；当机组甩负荷时，自并励系统抑制电压超调能力比常规励磁系统强。
4）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统的励磁电源不需要
从外部取得，强励能力较好，这在靠近发电机机端发生短路情况下及保证系统稳
定性方面是有优势的。自并励静态励磁系统的输出电压会随着机端电压的变化而
变化，特别是当发电机机端或主变低压侧、高压侧短路时，机端电压厂降，引起
励磁电压下降，从而影响机端电压进一步下降，强励能力明显降低。由于本设计
发电机至主变和高厂变高压侧采用分相封闭母线，母线的故障率很低，即使有这
样的短路型式，短路电流起始值很大，有一定的衰减时间，发电机主保护也能有
选择性的切除故障。
5）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统包括永磁副励磁
机、交流励磁机属于三机励磁，交流励磁机励磁回路需要逆变励磁，同时，发电
机励磁绕组进行续流灭磁，续流灭磁时间较长，这对发电机组是不利的。自并励
励磁系统通过机端励磁变压器整流后直接供给发电机励磁电流，因此只需要进行
发电机励磁回路的灭磁，灭磁时间较短。这对保护发电机转子绝缘是很有利的。
6）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统附件较多，价格比
自并励励磁系统要高，汽机房跨距比自并励励磁系统要大，综合造价高。正是由
于自并励励磁方式具备这些突出的优点，近年来新建电厂的汽轮发电机较多的选
用了这种励磁方式。随着电网的不断扩大，对于大型机组业界人士也越来越倾向
于采用静态励磁方式，并积累了一定的运行经验，大中型汽轮发电机采用自并励
静态励磁方式已成为一种趋势。且目前上海、东方、哈尔滨三大电机厂均能提供
自并励静态励磁。综合以上情况，比较三种励磁方式的优缺点，并结合本工程的
实际情况，发电机采用静态励磁系统还是具有较大优势的。
2自并励静态励磁系统的组成方案
自并励静态励磁系统主要由励磁变、可控硅整流器、灭磁设备、起励设
备和自动电压调节器等五部分组成，其原理接线图如图1所示。
注：F -发电机
FMK -火燃开关
GT-电流互感器
PT-电压互感器
LB-励磁变压器
2.1励磁变压器
励磁变压器是自并励静态励磁系统的电源装置，励磁变压器已由最初的油浸
式或普通的干式变压器变成环氧浇注的干式变压器，尽管投资增加了，但减少了
事故率，从而增加了系统的可靠性。励磁变压器有两种选择方案：一种是三相固
体成型；另一种是单相固体成型。三相固体成型的干式变压器因成本低、占地小，
应优先采用，只有当励磁功率过大时，才考虑采用三台单相干式变压器，本设计
选用广东顺德特种变压器厂SCR-90013.8／0.4／0.38kVD／Yl1型三相环氧浇注
的干式变压器，变压器的两个副线圈一个用作励磁电源，另一个用作励磁整流柜
风扇电源。