误强励时同步发电机新型叠加强励励磁系统的分析

误强励时同步发电机新型叠加强励励磁系统的分析

文章针对同步发电机新型叠加强励励磁系统的可行性，重点研究了误强励下，新型叠加强励励磁系统的强励能力。在MATLAB中，建立了误强励下新型叠加强励励磁系统的仿真模型，并与传统自并励励磁系统进行了对比分析，结果表明误强励下新型叠加强励励磁系统的强励能力优于传统自并励励磁系统。

标签：新型叠加强励励磁；传统自并励；误强励；过电压

Abstract：In order to study the feasibility of the new superposition strong excitation system for the synchronous generator，this paper focuses on the ability of the strong excitation under the faulty forced excitation. In MATLAB，we build up one model of the new superposition strong excitation system，and compare to the traditional self-shunt excitation system. The simulation result shows the new superposition strong excitation system is better than the traditional under the faulty forced excitation.

Keywords：new superposition strong excitation；traditional self-shunt excitation；faulty forced exciation；faulty forced excitation

引言

勵磁系统是同步发电机中最为主要的组成结构，它不仅能直接影响励磁电流的变化，对发电机的可靠运行以及电网的稳定具有重要影响[1-4]。而传统的采用功率整流桥的自并励励磁系统，机端电压下降的情况得到足够的强励励磁电压，晶闸管整流器将会承受较大的换相电压[5]，在额定运行工况下，这种强励方式的运行效率非常低下，随着机组的容量不断增大，此方式将会带来更大的损耗。

长江电力有关专家就此开始研究了大型水电机组新型励磁系统，新型励磁系统相比传统励磁系统在安全、经济、效率方面有了明显提高[6-7]。由于此前已提出一种新型叠加强励励磁系统，且正常故障即机端电压降低情况的强励能力已有分析[8-9]。而误强励引起的超高机端电压会严重危害发电机的安全运行[10-12]，造成严重的影响，因此励磁系统承受误强励的能力尤为重要，而文献[13]中对误强励时的新型叠加强励励磁系统已有简单的分析，而本文通过叠加励磁回路引入回调触发信号，并在模拟不同误强励环境的情况下，对比分析传统励磁系统和新型叠加励磁系统的励磁电流、电压尤其是对二者的谐波研究，来分析比较哪种励磁方式在误强励下更为优越。

1 新型叠加强励励磁系统工作结构及原理

新型叠加强励励磁系统的结构如图1所示，与传统自并励励磁系统相较而言，在其基础上将励磁变压器ZLB由两相改为三相，并引入强励变压器QLB，通过电子开关K和励磁变压器ZLB第三绕组连接，将事故强励部分采用叠加方

式进行投入，并将不太常用的强励功能转为离线备用避免了原方式的主励磁回路整流器深控换相电压高的问题，将触发角由70°～80°提高了50°左右甚至更小[14]。

图1 新型叠加强励励磁系统的结构

Fig1 The structure of the new new superposition strong excitation system

发电机额定工况时，励磁变压器ZLB的二次绕组提供励磁电，三次绕组侧空载，主励磁回路G1单独运行，即强励未投入运行，整个励磁回路的工作回路与传统自并励励磁回路一致。

发电机机组发生故障时，机端电压降低，主励磁回路G1运行使得电压有一定幅度升高，同时叠加励磁回路G2投入与原回路电压进行叠加从而拉高机端电压，此种方式在之前的研究中已得到证明不仅可以降低变压器容量，提高励磁变压器的效率，还能解决整流器的深控问题。

当发电机机组机端电压在正常范围内运行，机组强行进行励磁，致使机端电压过高，这一强励过程当属异常强励过程即误强励。值得注意的是，此时强励变压器QLB因强行投入运行，使得主励磁回路G1和强励磁回路G2叠加输出励磁电压，使得机端电压升高，将严重影响电网稳定。而本文将模拟误强励环境对此进行研究，进一步分析新型叠加强励励磁系统的优越性。

2 误强励时励磁系统仿真分析

2.1 误强励时励磁绕组电压和电流

由于本文只针对励磁系统的叠加进行研究，为了简化分析，因此将发电机简化为一恒定电压源，将励磁绕组简化为R与L串联，即不考虑发电机内部的电磁耦合，通过改变整流桥的触发角来进行对励磁系统的控制，仿真总时长为10s，前5s系统回路正常运行，5s时，主励磁回路整流桥触发角由60度降至较小于60的度数，叠加励磁回路整流桥仍保持60度，即开始模拟系统出现误强励，此时主励磁回路和叠加励磁回路同时投入运行，使得励磁电压大幅度升高，同时7s时，叠加励磁回路的整流桥开始进行调整至较大度数，进行回调作用。通过上述分析理论在MATLAB中构建的新型叠加强励励磁系统误强励回路与传统自并励励磁系统误强励回路的仿真图如图2、图3所示。仿真过程中，将主励磁回路整流桥触发角由60度分别降至30度、20度、10度，模拟不同的误强励环境仿真可得到励磁绕组的励磁电压和励磁电流。

图 3 误强励时传统自并励励磁方式励磁回路Fig3 The circui of traditional self-shunt excitation excitation

under the faulty forced excitation