第二章電力系統(tǒng)電壓的自動調(diào)節(jié)

1、第二章 電力系統(tǒng)電壓的自動調(diào)節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓的有關(guān)問題一、同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)的組成勵磁功率單元勵磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)二、勵磁控制系統(tǒng)的基本任務(wù)l 電壓調(diào)節(jié)l 無功分配l 提高發(fā)電機(jī)運行穩(wěn)定性l 提高電力系統(tǒng)運行性能1電壓調(diào)節(jié)（1）基本關(guān)系IGUGEqXd等效電路向量圖表達(dá)式：（2）外特性表達(dá)式：曲線IQUGEqxd數(shù)學(xué)含義自變量應(yīng)變量截距斜率物理意義只受勵磁電流控制只與發(fā)電機(jī)參數(shù)有關(guān)A：Eq=1.05，xd=0.1，=0；B：Eq=1.05，xd=0.1，=20；C：Eq=1.05，xd=0.1，=0,2；ABCIQUG（3）勵磁電流對電壓的控制IEFEqUG：勵磁電流可以改變

2、機(jī)端電壓，通過調(diào)節(jié)勵磁電流維持機(jī)端電壓恒定IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG22無功功率的分配（1）發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)向量圖系統(tǒng)AB解析式分析IEF對無功功率的控制IEFIQQG：調(diào)節(jié)勵磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無功功率（2）并聯(lián)運行的發(fā)電機(jī)間的無功功率分配無勵磁調(diào)節(jié)G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ2 IQ1有勵磁調(diào)節(jié)G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ1 IQ23提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行穩(wěn)定性（1）穩(wěn)定性的概念靜態(tài)穩(wěn)定：小干擾后恢復(fù)到原狀態(tài)；（如：負(fù)荷波動）暫態(tài)穩(wěn)定：大干擾后恢復(fù)到原狀態(tài)或新狀態(tài)；（如：系統(tǒng)故障）（2）勵磁提高靜態(tài)穩(wěn)定性功角特性最大功率：穩(wěn)定區(qū)

3、間：0，90無勵磁調(diào)節(jié)有勵磁調(diào)節(jié)恒定的UG：If變Eq變UG不變，4改善電力系統(tǒng)運行條件（1）異步電動機(jī)自啟動（2）同步發(fā)電機(jī)異步運行（3）繼電保護(hù)裝置動作（4）水輪發(fā)電機(jī)組強(qiáng)行勵磁三、勵磁系統(tǒng)的任務(wù)與要求1勵磁調(diào)節(jié)器任務(wù)要求迅速響應(yīng)輸入信息變化時間常數(shù)小準(zhǔn)確調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓自然調(diào)差系數(shù)精確合理分配無功功率電壓調(diào)差系數(shù)范圍大人工穩(wěn)定區(qū)域運行無失靈區(qū)迅速反映系統(tǒng)故障勵磁控制功能2勵磁功率單元任務(wù)要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和本身無功可靠性、調(diào)節(jié)容量較強(qiáng)勵磁能力頂值電壓快速響應(yīng)能力電壓上升速度第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)一、直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)1原理（1）自勵 （2）他勵GIEEREEUEFIEFREE IEE U

4、EF勵磁機(jī)發(fā)電機(jī)EGIEEUEFIEFREE IEE UEF副勵主勵發(fā)電機(jī)2特點l 優(yōu)點：控制方便l 缺點：有滑環(huán)、電刷易產(chǎn)生火花，可靠性不高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護(hù)3應(yīng)用l 中小容量機(jī)組（100MW）l 舊型機(jī)組二、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)1他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（1）原理起勵電源副勵自勵恒壓調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器主勵交流發(fā)電機(jī)500Hz副勵 100Hz主勵磁機(jī) 50Hz發(fā)電機(jī)（2）特點l 優(yōu)點：響應(yīng)速度快（相對DC）；容量較大（相對DC）l 缺點：有滑環(huán)、電刷易產(chǎn)生火花，可靠性不高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護(hù)（3）應(yīng)用l 中等容量機(jī)組（ 100MW 300MW ）l 我國舊型機(jī)組2無刷勵磁系統(tǒng)（1）原理副勵磁機(jī)：電樞

5、靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)主勵磁機(jī)：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極（勵磁）靜止發(fā)電機(jī)： 電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)副勵勵磁調(diào)節(jié)器主勵交流發(fā)電機(jī)（2）特點l 優(yōu)點：維護(hù)工作量少；可靠性高無接觸磨損，電機(jī)絕緣壽命長l 缺點：響應(yīng)速度慢不能直接滅磁 對機(jī)械性能要求高（3）應(yīng)用大容量機(jī)組（ 600MW ）三、靜止勵磁系統(tǒng)1原理起勵電源勵磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)2特點l 優(yōu)點：維護(hù)工作量少；可靠性高主軸長度短，基建投資少電壓響應(yīng)速度快過電壓低l 缺點：發(fā)電機(jī)近端端路時，缺乏足夠的強(qiáng)勵能力繼電保護(hù)的動作會受一定影響3應(yīng)用l 大容量機(jī)組（ 600MW ）l 水輪機(jī)組第三節(jié) 勵磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場的建立與滅磁一、磁場建立1勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵要

6、求l 轉(zhuǎn)子勵磁電壓的最大值頂值電壓：UEF,max強(qiáng)勵倍數(shù)：UEF,max/ UEF,N1.6-2.0l 轉(zhuǎn)子磁場的建立速度勵磁機(jī)的響應(yīng)速度轉(zhuǎn)子的響應(yīng)速度2勵磁機(jī)的時間常數(shù)（1）他勵回路方程：回路電流：時間常數(shù)：（2）自勵回路方程：磁化曲線：回路電流：時間常數(shù)：3轉(zhuǎn)子磁場的建立時間（1）響應(yīng)時間（2）電壓響應(yīng)比二、滅磁1概念：將勵磁繞組的磁場盡快減小到最小程度2要求：（1）滅磁時間要短；（2）滅磁過程中勵磁繞組的電壓不應(yīng)超過允許值3方法（1）直流勵磁機(jī)放電滅磁電路結(jié)構(gòu)滅磁過程影響滅磁的因素滅磁電阻Rm適宜值：（4-5）RGl Rm越大，滅磁快，e0大；l Rm越小，滅磁慢，e0小；理想滅磁保持

7、為常數(shù)，過程會加快（2）交流勵磁機(jī)逆變滅磁基本原理：利用交流輸出進(jìn)行逆變滅磁條件：90，4090；ac電源不能消失滅磁過程：l state 1逆變滅磁l state 2電阻滅磁理想滅磁l 他勵交流勵磁系統(tǒng)l 自并勵的交流電取自發(fā)電機(jī)端，有衰減，速度慢第四節(jié) 勵磁調(diào)節(jié)器原理一、勵磁調(diào)節(jié)器基本功能l 保證發(fā)電機(jī)在投入和退出電網(wǎng)運行時能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移，無功負(fù)荷，不要引起對電網(wǎng)的沖擊；l 保證并聯(lián)運行的發(fā)電機(jī)組間無功功率的合理分配；二、勵磁調(diào)節(jié)器原理1測量比較單元（1）電壓測量：（2）比較整定：2綜合放大單元（1）正競比電路：勵磁信號控制（2）負(fù)競比電路：電壓/頻率限制器信號（3）信號綜合放大電路：線性放

8、大，雙向限幅（4）互補(bǔ)輸出電路：提高與下一級負(fù)載阻抗匹配能力3移向觸發(fā)單元（1）移向觸發(fā)：（2）整流輸出：三、勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)工作特性1靜態(tài)工作特性的合成（1）平移發(fā)電機(jī)的外特性改變RP值，即Uset整定。實現(xiàn)平穩(wěn)的將發(fā)電機(jī)投入和退出電網(wǎng)運行（2）改變發(fā)電機(jī)的外特性的斜率調(diào)整調(diào)差系數(shù)Kadj，保證并聯(lián)運行的發(fā)電機(jī)組間無功功率的合理分配。2發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性0IGQIAERUG= UGNIGQUGabRP大RP大RP小RP?。?）同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性是指在沒有人工參與調(diào)節(jié)的情況下，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)電流的無功分量之間的靜態(tài)特性。此特性通常稱為發(fā)電機(jī)外特性或電壓調(diào)節(jié)特性，也稱為電壓調(diào)差特性。（2）發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)差率：在自動勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷從零變化到額定值時，用發(fā)電機(jī)額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化率。四、勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)工作特性的調(diào)整1定義在某一RP值下，無功負(fù)荷電流從零變至額定值時，發(fā)電機(jī)電壓的相對變化。發(fā)電機(jī)的無功電流IGQ也可表示為用標(biāo)幺值表示為2調(diào)差系數(shù)的調(diào)整（1）改變極性l 正調(diào)差接線l 負(fù)調(diào)差接線輸入線電壓：（2）改變大?。赫{(diào)整電阻R值。3發(fā)電機(jī)外特性的平移（1）發(fā)電機(jī)在退出系統(tǒng)運