[发明专利]静态励磁的大型汽轮发电机的建模模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种静态励磁的大型汽轮发电机的建模模型，属于汽轮发电机技术领域。

背景技术

汽轮发电机作为电能生产的核心设备之一，在电力系统中担负着非常重要的任务。发电机的故障和停运，不仅会损坏昂贵的电机本体，而且将直接威胁电力系统的安全和可靠供电。随着发电机组单机容量的增大，由轴电压问题引起轴瓦损伤事故应引起足够的重视。如果没有对其加以关注并采取防护措施，轴电压足以击穿轴与轴承之间的油膜而发生放电，造成电机部件损伤、加速机械磨损，严重时还会导致轴瓦烧坏而被迫停机，造成不必要的检修和发电损失。

近年来，随着电力电子技术的快速发展，静态励磁系统在大型汽轮发电机中得到广泛应用，导致一种新的、频率更高，幅值更大的轴电压源。静态励磁系统将交流电压通过晶闸管整流输出直流电压工作，因此不可避免在励磁系统的输出中有脉动分量，而转子绕组和大轴之间存在耦合电容，运行中大轴会因电磁感应现象而产生交流耦合电容电压。静态励磁系统引发的轴电压幅值很高且具有高频波动，是整个轴电压中的高频分量所在，波形具有复杂的谐波脉冲分量，在轻负荷时其峰值脉冲比重负荷时高得多，需要重点防护。

MATLAB是一种集数学计算、分析、可视化、算法开发与发布等于一体的软件平台，包括两大部分：数学计算和工程仿真。在工程仿真SIMULINK环境中，运用电力系统仿真工具箱SimPowerSystems库，进行电力、电子系统建模与仿真在电力系统中有着广泛的应用。SimPowerSystems主要由应用子库、电源子库、元件子库、附加子库、电机子库、测量子库和电力电子子库这七个模块库组成，同时还可以根据需要组合封装出更为复杂的模块，由此可以方便地对所研究的对象进行各种数字仿真建模，了解电气参数变化对电力系统分析、运行的影响，验证理论分析结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静态励磁的大型汽轮发电机的建模模型，对静态励磁系统引起的轴电压进行仿真建模，便于对轴电压的防治进行仿真分析与研究。

本发明所采用的技术方案是：静态励磁的大型汽轮发电机的建模模型，包括用建模方法实现的考虑了中性点对地电容的静态励磁子系统模型、考虑了输入输出对端部的影响及与频率相关的励磁绕组损耗的励磁绕组子系统模型及考虑了转子轴对地电容及汽轮机轴系阻抗的转子轴系子系统模型，所述静态励磁子系统模型的输出端接入励磁绕组子系统模型的输入端，所述励磁绕组子系统模型的输出端接入转子轴系子系统模型的输入端。

所述静态励磁子系统模型包括：三相交流电源模型：用于提供三相交流电压信号；三相变压器模型：用于调节输出电压幅值；所述三相变压器模型的原边采用三角形连接，副边采用星形连接；三相全控桥模型：将三相变压器模型输出的交流电压转变换成六脉冲直流电压；同步六脉冲发生器模型：用于发出脉冲触发信号，控制触发三相全控桥模型的六个晶闸管；示波器一模型：用于观测共模电压U_c；电容模型C_w：用于模拟中性点对地电容。

所述励磁绕组子系统模型包括：第一线圈模型：用于模拟发电机励磁绕组的第一个线圈；最后线圈模型：用于模拟发电机励磁绕组的最后一个线圈；中间线圈模型：用于模拟发电机励磁绕组的中间线圈；无源RL回路模型RL_C1、RL_C2：用于模拟等效与频率有关的励磁绕组损耗，RL_C1、RL_C2均由并联连接的电阻和电感组成；所述第一线圈模型、中间线圈模型和最后线圈模型串联连接；RL_C1、RL_C2分别串联在中间线圈模型的输入端、输出端上。

所述转子轴系子系统模型包括：用于模拟汽轮机高压缸的电感模型L_hpt；用于模拟汽轮机中压缸的电感模型L_mpt；分别用于模拟汽轮机两个低压缸的电感模型L_lpt0、电感模型L_lpt；用于模拟发电机接地电刷的阻抗模型R_brush；用于模拟发电机定子铁芯内转子轴与频率相关的阻抗的无源RL回路模型RLi1、RLi2；用于模拟转子轴对地电容的电容模型；用于输出显示轴电压的示波器二模型。

本发明所达到的有益效果是：通过搭建发电机静态励磁子系统模型并建立励磁绕组和转子轴系的子系统模型，可仿真地得到发电机由静态励磁系统产生的轴电压波形，便于对轴电压的防治进行仿真分析与研究，本发明具有模型结构简单、易于实现、精确度高的优点。

附图说明