第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)_電力系統(tǒng)自動(dòng)化

1、第第2章章 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)2.1 概述概述基本知識(shí)點(diǎn)基本知識(shí)點(diǎn)l勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成l勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本任務(wù) 電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié) 無(wú)功分配無(wú)功分配 提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行性能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行性能l勵(lì)磁系統(tǒng)的要求勵(lì)磁系統(tǒng)的要求一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)2 同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及勵(lì)磁電流同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及勵(lì)磁電流GGIdGxIdGxI jdQ

2、xI jdPxI jGUqEdGGqXI jUEQIPI3 同步發(fā)電機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行相量圖同步發(fā)電機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行相量圖1GIdGxI j1GU1qE1QI1PI2qEdGxI j21cosKIG常數(shù)2sinKEq常數(shù)二、機(jī)端直接并聯(lián)的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行二、機(jī)端直接并聯(lián)的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行 1、兩臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行無(wú)功電流增加:I1G.Q、I2G.Q 調(diào)節(jié)器感受電壓UG（因正調(diào)差單元） 調(diào)節(jié)器的輸出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁I1G.Q、I2G.Q 無(wú)功電流引起擾動(dòng)時(shí)，正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)可維持無(wú)功電流的穩(wěn)定分配，能穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行，并保持并聯(lián)點(diǎn)母線電壓在整定水平。兩臺(tái)正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)在機(jī)端直接并聯(lián)運(yùn)行

3、時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，其電壓偏差相同，調(diào)差系數(shù)較小的發(fā)電機(jī)承擔(dān)較多的無(wú)功電流增量。因此容量大調(diào)差系數(shù)小。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)正調(diào)差特性2、一臺(tái)無(wú)差特性發(fā)電機(jī)與正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行、一臺(tái)無(wú)差特性發(fā)電機(jī)與正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行無(wú)功負(fù)荷變化時(shí)，第二臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流I2G.Q保持不變，而第一臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)全部無(wú)功負(fù)荷的變動(dòng)。 一臺(tái)無(wú)差特性的發(fā)電機(jī)可以與一臺(tái)或多臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。 對(duì)于兩臺(tái)無(wú)差特性的發(fā)電機(jī)，是不能在同一母線上并聯(lián)運(yùn)行的。 一臺(tái)無(wú)差特性與一臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行3、一臺(tái)負(fù)調(diào)差特性發(fā)電機(jī)與一臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行、一臺(tái)負(fù)調(diào)差特性發(fā)電機(jī)與一臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)

4、行I1G.Q調(diào)節(jié)器感受電壓U1G（因負(fù)調(diào)差關(guān)系）調(diào)節(jié)器的輸出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁I1G.Q所以具有負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)不能參與機(jī)端直接并聯(lián)運(yùn)行。負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行4、發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無(wú)功負(fù)荷分配的計(jì)算、發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無(wú)功負(fù)荷分配的計(jì)算發(fā)電機(jī)無(wú)功電流波動(dòng)量的標(biāo)幺值IGQ*相等，這就要求在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)具有相同的調(diào)差系數(shù)。 例例3-1 某電廠有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行，一號(hào)機(jī)的額定功率為25MW，二號(hào)機(jī)的額定功率為50MW。兩臺(tái)機(jī)組的額定功率因數(shù)都是0.85，調(diào)差系數(shù)為0.05。如果系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷使電廠無(wú)功功率的增量為它們總無(wú)功容量的20%，問(wèn)各機(jī)組承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的

5、電壓波動(dòng)是多少？ 一號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率為一號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率為QG1=PG1tg1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率為二號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率為QG2=PG2tg2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因?yàn)閮膳_(tái)機(jī)的調(diào)差系數(shù)均為因?yàn)閮膳_(tái)機(jī)的調(diào)差系數(shù)均為0.05，所以公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)，所以公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)Kadj也為也為0.05。因此母線電壓波動(dòng)為。因此母線電壓波動(dòng)為 U*=-Kadj Q *=-0.050.2= -0.01各機(jī)組無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)量各機(jī)組無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)量:Q1*= -U* / Kadj=-( -0.01 / 0.05

6、)=0.02Q1= Q1*QG1=0.0215.49=3.10(Mvar)Q2*= -U* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02Q2= Q2*QG2=0.0230.99=6.20(Mvar)一號(hào)機(jī)組無(wú)功負(fù)荷增加一號(hào)機(jī)組無(wú)功負(fù)荷增加3.10M var, 二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)增加二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)增加6.20M var。因?yàn)?。因?yàn)檎{(diào)差系數(shù)相等，無(wú)功負(fù)荷的波動(dòng)量與它們的容量成正比。調(diào)差系數(shù)相等，無(wú)功負(fù)荷的波動(dòng)量與它們的容量成正比。解：解：例例3-2 在例在例3-1中，若一號(hào)機(jī)的調(diào)差系數(shù)為中，若一號(hào)機(jī)的調(diào)差系數(shù)為0.04，二號(hào)機(jī)調(diào)差系數(shù)仍，二號(hào)機(jī)調(diào)差系數(shù)仍 為為0.05。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷波

7、動(dòng)時(shí)仍使電廠總無(wú)功增加。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)時(shí)仍使電廠總無(wú)功增加20%， 問(wèn)各機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的電壓波動(dòng)是多少？問(wèn)各機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的電壓波動(dòng)是多少？ 解：首先應(yīng)求出公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)，為此推導(dǎo)如下：解：首先應(yīng)求出公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)，為此推導(dǎo)如下： )/()(212211212211GGadjGadjGGGGGQQKQKQUQQQQQQQadjadjGadjGKUKQKQQQU/221121= 等值調(diào)差系數(shù)為等值調(diào)差系數(shù)為046. 005. 099.3004. 049.1599.3049.15)(221121adjGadjGadjKQKQQQK 母

8、線電壓波動(dòng)為母線電壓波動(dòng)為 0092. 02 . 0046. 0QKUadj各機(jī)組的無(wú)功增量各機(jī)組的無(wú)功增量 23. 004. 0/0092. 0/11adjKUQ185. 005. 0/0092. 0/22adjKUQ56. 349.1523. 0111GQQQ(Mvar)73. 599.30185. 0222GQQQ(Mvar)一號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加一號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加3.56M var，二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加，二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加5.73M var。調(diào)差系數(shù)小的機(jī)承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量較大。調(diào)差系數(shù)小的機(jī)承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量較大。 三、經(jīng)升壓變壓器后發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行三、經(jīng)升壓變壓器后發(fā)電

9、機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行則對(duì)并聯(lián)點(diǎn)的高壓母線則對(duì)并聯(lián)點(diǎn)的高壓母線Usys: Usys=U1G I1G.QXT1 Usys=U2G I2G.QXT2 接線圖接線圖 外特性外特性U0IGQI2GQXT2I1GQXT1122134負(fù)調(diào)差特性可補(bǔ)償負(fù)調(diào)差特性可補(bǔ)償變壓器阻抗上的壓降變壓器阻抗上的壓降 2.2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁） 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁）交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁） 發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)（靜止勵(lì)磁系統(tǒng)）發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)（靜止勵(lì)磁系統(tǒng)）一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1 原理原理GIEEREEUEFIEF

10、EGIEEUEFIEF自勵(lì)：自勵(lì)： REE IEE UEF勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)他勵(lì)：他勵(lì)： REE IEE UEF 副勵(lì)副勵(lì)主勵(lì)主勵(lì)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)2特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：控制方便 缺點(diǎn)：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)用應(yīng)用 中小容量機(jī)組（100MW） 舊型機(jī)組二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1 他勵(lì)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) （1）原理）原理500Hz副勵(lì)磁機(jī)副勵(lì)磁機(jī) 100Hz主勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī) 50Hz發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)起勵(lì)電源起勵(lì)電源副勵(lì)副勵(lì)自勵(lì)恒壓自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主勵(lì)主勵(lì)交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)（2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度

11、快（相對(duì)DC）； 容量較大（相對(duì)DC） 缺點(diǎn)：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）應(yīng)用 中等容量機(jī)組（ 100MW 300MW ） 我國(guó)舊型機(jī)組2 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)(1) 原理原理副勵(lì)磁機(jī)：電樞靜止，磁極（勵(lì)磁）旋轉(zhuǎn)主勵(lì)磁機(jī)：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極（勵(lì)磁）靜止發(fā)電機(jī)： 電樞靜止，磁極（勵(lì)磁）旋轉(zhuǎn)副勵(lì)副勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主勵(lì)主勵(lì)交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)（2）特點(diǎn)）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)工作量少； 可靠性高 無(wú)接觸磨損，電機(jī)絕緣壽命長(zhǎng)缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢 不能直接滅磁 對(duì)機(jī)械性能要求高（3）應(yīng)用）應(yīng)用大容量機(jī)組（ 600MW ）因?yàn)闆](méi)有滑因?yàn)闆](méi)有滑動(dòng)器件動(dòng)器件三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)三、靜

12、止勵(lì)磁系統(tǒng)1 原理原理起勵(lì)電源勵(lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)2 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)工作量少優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)工作量少； 可靠性高可靠性高 主軸長(zhǎng)度短，基建投資少主軸長(zhǎng)度短，基建投資少 電壓電壓響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快 過(guò)電壓低過(guò)電壓低 缺點(diǎn)：發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，缺乏足夠的強(qiáng)勵(lì)能力缺點(diǎn)：發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，缺乏足夠的強(qiáng)勵(lì)能力 繼電保護(hù)的動(dòng)作會(huì)受一定影響繼電保護(hù)的動(dòng)作會(huì)受一定影響3 應(yīng)用應(yīng)用 大容量機(jī)組（大容量機(jī)組（ 600MW ） 水輪機(jī)組水輪機(jī)組因?yàn)闆](méi)有轉(zhuǎn)因?yàn)闆](méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)勵(lì)磁動(dòng)勵(lì)磁2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的建立與滅磁勵(lì)磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的建立與滅磁 基本內(nèi)容基本內(nèi)容 掌握強(qiáng)勵(lì)、滅磁的定義及作用，分析繼

13、電強(qiáng)勵(lì)接線及工作原理；比較滅磁的三種方法 學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn) 強(qiáng)勵(lì)、滅磁的定義及作用一、同步發(fā)電機(jī)繼電強(qiáng)行勵(lì)磁一、同步發(fā)電機(jī)繼電強(qiáng)行勵(lì)磁（一）強(qiáng)勵(lì)的定義及作用：定義：電力系統(tǒng)短路故障時(shí)，為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性迅速將發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁增加到最大值。作用：有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；有助于繼電保護(hù)的正確動(dòng)作；有 助于縮短電力系統(tǒng)短路故障切除后母線電壓的恢復(fù)時(shí)間；并有 助于用戶電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)過(guò)程。（二） 繼電強(qiáng)勵(lì)裝置（AEI）1接線及工作原理當(dāng)系統(tǒng)故障，機(jī)端電壓降低到80%85%額定值時(shí)，低電壓繼電器的動(dòng)作，通過(guò)KM1、KM2啟動(dòng)接觸器KM，通過(guò)KM的觸頭將R1、Rm短接，勵(lì)磁機(jī)的端電壓迅速上升到頂值，起到強(qiáng)

14、勵(lì)作用。1）防止勵(lì)磁機(jī)的過(guò)電壓，ROV強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作后仍保留； 4）為使強(qiáng)勵(lì)裝置動(dòng)作后有關(guān)勵(lì)磁設(shè)備不致過(guò)熱，一般考慮強(qiáng)勵(lì)時(shí)間為20s左右 繼電器強(qiáng)勵(lì)系統(tǒng)接線原理圖3）為保證G在起動(dòng)時(shí)或事故跳閘后滅磁過(guò)程中，強(qiáng)勵(lì)裝置不發(fā)生誤動(dòng)，串入發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)QF的輔助觸點(diǎn)和自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)SD的輔助觸點(diǎn)及逆變滅磁繼電器K動(dòng)斷觸點(diǎn)閉鎖。2）為防止TV二次惻熔斷器熔斷時(shí)造成的誤強(qiáng)勵(lì)，KM1、KM2分別由KVU1和KVU2啟動(dòng)且觸點(diǎn)相串聯(lián)再起動(dòng)KM；2參數(shù)整定參數(shù)整定低電壓繼電器：返回電壓Ur :Ur0，為正調(diào)差系數(shù)，特性下傾當(dāng)無(wú)功電流增大時(shí)，調(diào)節(jié)器感受 到的電壓在上升調(diào)節(jié)裝置降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，驅(qū)使發(fā) 電機(jī)電壓降低， R

15、值增大，外特性下傾的程度增大，調(diào)差 系數(shù)也增大。因此正調(diào)差特性主要用來(lái)穩(wěn)定并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組 間無(wú)功電流的分配，也稱(chēng)為電流穩(wěn)定環(huán)節(jié)。 特性3的Kadj=0， 為無(wú)差特性，特性呈水平，發(fā)電機(jī)端電壓不隨無(wú)功電流而 變化，是恒定值。特性4的Kadj0， 為負(fù)調(diào)差系數(shù)，當(dāng)無(wú)功電流增大時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器感受 到的電壓在下降調(diào)節(jié)裝置增加了發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，驅(qū)使 發(fā)電機(jī)電壓升高，調(diào)整R值，也可以調(diào)整差系數(shù)的大小。 負(fù)調(diào)差特性可以用來(lái)補(bǔ)償線路或變壓器的阻抗壓降，保持 升壓變壓器高壓側(cè)并列點(diǎn)或電力系統(tǒng)某點(diǎn)的電壓水平，也 稱(chēng)為電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 五、發(fā)電機(jī)外特性的平移五、發(fā)電機(jī)外特性的平移 IGQ0IGQ2IGQ1UGUsys發(fā)電機(jī)在退出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) IG.Q1減小到IG.Q2減小到0，只要將發(fā)電機(jī)外特性由1下移動(dòng)到3，這樣機(jī)組就可平穩(wěn)退出運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生無(wú)功功率的突變，不會(huì)引起對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行時(shí)，待機(jī)組并入系統(tǒng)后外特性3向上移動(dòng)，使無(wú)功電流逐漸增加到運(yùn)行要求值。IGQ0IGQ2IGQ1UGUsys小結(jié)小結(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜特性調(diào)整方法勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜特性調(diào)整方法1、調(diào)差系數(shù)的調(diào)整：極