Page 84 - 电力与能源2022年第一期

7 8 刘 瑞, 等: 针对 UN5000 励磁系统起励问题的研究与优化

图 1 发电机自并励励磁系统原理图
常启动 过 程 中 发 电 机 空 载 建 压 时 的 励 磁 调 节 图 2 自动励磁调节器内部主要环节图
图。该机组 在 正 常 建 压 过 程 中, 励 磁 系 统 在 正 对比机端电压给定值, 利用 PID 计算控制,
常低 初 始 磁 场 电 流 时, 初 始 励 磁 电 流 升 到 约 通过测量环节测量机端输出电压不断调节, 最终
54.4A 后, 经 0.5s下 降 到 阶 段 低 点 后 继 续 通 使机端输出电压达到给定值 [ 7-11 ] 。
过斜坡逻辑缓慢上升, 机端电 压 U c 可以通过比 2.1 建模研究原起励逻辑在低、 高初始磁场电流
例 - 积分 - 微分( PID ) 调 节, 最 后 斜 坡 将 控 制 权 移 下情况
交给自 动 电 压 调 节 器 ( AutomaticVolta g eRe g u- 利用重新还原故障情境来分析具体故障产生
lator ,简称 AVR ), 通过斜坡逻辑可靠控制电压 原因, 为此进行实验室建模。试验测试系统包括
爬升, 发电 机 机 端 电 压 得 到 可 靠 控 制 达 到 额 定 使用 了 实 时 发 电 机 模 型 和 UN5000 励 磁 系 统。
值 27kV , 整个起励过程一般持续约 10s 。 7 号 实验室发电机数据见表 1 , 试验设备照片见图 3 。
发电机异 常 起 励 时 出 现 了 高 初 始 磁 场 电 流, 励
磁电流在 0.5s瞬间升到约 143A , 原始斜坡逻
辑使控 制 电 压 U c 漂 移 ( 开 环)。 此 时 当 斜 坡 将
控制权移交给 AVR 时, 发电机可能已经超过额
定电压, 最终机端电压高达 30.2kV 。在这种情
况下, 机端输出电压没有足 够的时间及时降低。
励磁电流后面又 一 次 升 高, 一 度 升 到 165A , 随
即再次下降到阶段低谷后又 沿着斜坡最后上升
到 164A 。但此时机端输出电压却在一直降低,
判断为此过程中励磁机由于 自身硬件原因在高
强励磁电 流 输 出 情 况 下 发 生 了 故 障, 发 电 机 保 图 3 试验设备照片
护灭磁动作, 把励磁机跳开, 最后励磁电流降为 模拟 UN5000 励磁 系统在低初始磁场 电 流
和高磁场电流情况下的机端电压和励磁电流的变
0A , 此次异常起励共持续约 17s , 机端电压从 0
V 上升到 30.2kV 仅 用 了 约 4s 。 此 次 异 常 建 压 化曲线, 见图 4 和图 5 。
时间短, 电 压 调 节 幅 度 大, 多 次 出 现 超 励 磁 现
象, 给机组造成了严重的损伤 [ 3-4 ] 。
对比正常起励和异常起励的励磁调节图可以
得出, 在高初始磁场电流时原始斜坡逻辑使控制
电压U c 漂移, 斜坡将控制权移交给 AVR 时, 发

电机机端电压超过额定电压。在这种情况下, U c
距离斜坡输出太远, 没有足够的时间及时降低, 会

造成一系列异常起励问题。
图 4 低初始磁场电流下相关数据曲线图
2 起励逻辑研究以及修改方案 对比图 4 和图 5 可以得到, UN5000 励磁系

励磁 系 统 主 要 通 过 励 磁 调 节 器 控 制, 使 用 统在起励过程, 在高初始磁场电流时原始斜坡逻
PID 根据给定值和机端输出电压进行调节, 是起 辑使控制电压 U c 已经漂移, 因此出现了发电机
励调节的核心部分, 原理图如图 2 所示 [ 5-6 ] 。 起励时的异常建压情况 [ 12-13 ] 。