论文题目：基于励磁系统的水轮机组制动技术研究
摘要：随着水电事业快速发展,水电在我国能源结构比例中逐步提高。水电站以往的“生产为重设备为轻”理念已慢慢转换为“设备为重生产为轻”,这对生产水平和设备维护都提出了更高的要求。在现代化水电站建设中,为防止大型水轮机停机因机组惯性大、停机时间长带来的轴承和风闸磨损,以及需要定期清理风道等问题,往往采用电气制动技术辅助停机。目前,暂无关于水电站电气制动的国标或行标。本文首先阐述课题相关意义和背景,介绍了电气制动技术在国内水轮机上的应用情况,对现有应用的水轮机组停机制动技术进行了优化。本文主要从以下两个方面开展工作:（1）对电气制动原理进行了详细的分析,结合励磁系统调节器控制原理,进一步阐述基于励磁系统的制动电流产生机理。介绍了电气制动PLC模块控制流程,分析了目前电气制动失败的主要原因。提出定子电流导致电气制动失败的可避免性,通过定子电流以负反馈的形式叠加到励磁系统PID环节中,当定子电流越限时适当降低励磁电流,使定子电流维持在限值以下,减小电气制动失败概率;设计了基于电气制动的定子电流采集STM32小系统,结合PLC模块信号进行分析处理,将定子电流越限量转换为励磁电流标幺值,并通过自制的硬件PWM＿DAC口做限幅处理后输出至励磁系统调节器。鉴于定值PID控制的局限性,在传统励磁系统PID的基础上,提出模糊控制串级PID模型,并结合定子电流采样电路模块输出的PWM＿DAC信号,利用Matlab进行电气制动PID阶跃仿真实验验证模型的正确性,提高励磁系统调节性能。（2）利用制动电流幅值控制停机时间的长短,为选择和确定制动电流幅值,现场调试需要反复开停机,对调试带来较大的障碍。本文探索水轮机组在停机过程中的能量转换关系,基于Matlab平台搭建计算电气制动停机时间的GUI操作仿真平台。应用时只需输入机组实际参数值,即可获得大致的停机时间,同时能够获得相应的转速与时间的关系曲线。平台在贵州三板溪电站实验并得到验证,有较好的参考价值,提高了现场调试的效率和可靠性。
关键词：电气制动;励磁系统;定子电流;模糊控制;停机时间
学科专业：电气工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 课题研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 励磁系统在电气制动中的应用
1.3.2 电气制动失败原因分析
1.4 课题的研究内容
1.5 本文的章节安排
第二章 基于励磁系统的水轮机组制动机理
2.1 励磁系统简介
2.2 电气制动简介
2.2.1 电气制动原理
2.2.2 与励磁系统配合方式
2.2.3 制动过程能量关系
2.2.4 电气制动调试过程
2.3 本章总结
第三章 水轮机组的制动控制技术
3.1 励磁系统PID模型
3.2 励磁模糊控制设计
3.2.1 励磁模糊控制原理
3.2.2 励磁模糊控制流程
3.2.3 励磁模糊控制仿真
3.3 电气制动模糊仿真
3.4 GUI仿真界面设计
3.5 本章总结
第四章 水轮机组的制动系统实现
4.1 制动系统软件设计
4.1.1 PLC程序设计
4.1.2 定子电流采样板软件设计
4.2 制动系统硬件设计
4.2.1 主控芯片选择
4.2.2 电路模块设计
4.2.3 模块PCB图
4.3 定子电流采样模块测试
4.4 本章总结
第五章 电气制动计时系统设计
5.1 现场概况
5.2 GUI平台仿真
5.3 现场实验分析
5.4 本章总结
结论与展望
参考文献
致谢