電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分

1、電力系統(tǒng)電壓和無功功率電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制自動控制教材內(nèi)容教材內(nèi)容 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性（電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性（4.1）電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制（電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制（4.2） 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基本要求（本要求（4.3） 同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)（同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)（4.4） 比例式勵磁控制系統(tǒng)的基本原理（比例式勵磁控制系統(tǒng)的基本原理（4.5） 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性（同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性（4.6）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的動態(tài)特性（同步發(fā)電機勵磁控制系

2、統(tǒng)的動態(tài)特性（4.7）同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)（同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)（4.8）4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性 電力系統(tǒng)電壓控制的必要性電力系統(tǒng)電壓控制的必要性1）電壓偏離對電力用戶造成影響）電壓偏離對電力用戶造成影響2）電壓偏離對電力系統(tǒng)造成影響）電壓偏離對電力系統(tǒng)造成影響4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性1）電壓偏離對電力用戶的影響）電壓偏離對電力用戶的影響 當(dāng)電壓過低時可使電動機拖動能力下降；使繞組溫度上升，當(dāng)電壓過低時可使電動機拖動能力下降；使繞組溫度上升，加速絕緣老化，嚴(yán)重情況下，甚至使電動

3、機燒毀。電壓下加速絕緣老化，嚴(yán)重情況下，甚至使電動機燒毀。電壓下降時會使電動機的轉(zhuǎn)速下降，將影響工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)降時會使電動機的轉(zhuǎn)速下降，將影響工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。量。 電爐的用功功率與電壓的平方成正比，煉鋼廠中的電爐會電爐的用功功率與電壓的平方成正比，煉鋼廠中的電爐會因電壓降低而增加冶煉時間，從而影響產(chǎn)量。因電壓降低而增加冶煉時間，從而影響產(chǎn)量。 電壓過低時，照明設(shè)備的發(fā)光頻率和亮度會大幅度下降。電壓過低時，照明設(shè)備的發(fā)光頻率和亮度會大幅度下降。 電壓過高將使所有電氣設(shè)備絕緣受損；使變壓器、電動機電壓過高將使所有電氣設(shè)備絕緣受損；使變壓器、電動機等的鐵心飽和程度加深，鐵心損耗增大，溫升增

4、加，壽命等的鐵心飽和程度加深，鐵心損耗增大，溫升增加，壽命縮短?？s短。 電壓偏離額定值，影響白熾燈和日光燈的壽命。電壓偏離額定值，影響白熾燈和日光燈的壽命。 沖擊負(fù)荷（如軋鋼機等）會引起電壓突然下降和恢復(fù)，產(chǎn)沖擊負(fù)荷（如軋鋼機等）會引起電壓突然下降和恢復(fù)，產(chǎn)生電壓閃變。電壓閃變對沖擊負(fù)荷附近的用戶產(chǎn)生不良影生電壓閃變。電壓閃變對沖擊負(fù)荷附近的用戶產(chǎn)生不良影響，如燈光閃爍。響，如燈光閃爍。4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性2）電壓偏離對電力系統(tǒng)的影響）電壓偏離對電力系統(tǒng)的影響電壓下降會影響廠用機械的出力，從而影電壓下降會影響廠用機械的出力，從而影響鍋爐和

5、汽輪機的運行，嚴(yán)重時會使電廠響鍋爐和汽輪機的運行，嚴(yán)重時會使電廠出力下降，危機電力系統(tǒng)的安全運行。出力下降，危機電力系統(tǒng)的安全運行。 嚴(yán)重情況會產(chǎn)生嚴(yán)重情況會產(chǎn)生“電壓崩潰電壓崩潰”，導(dǎo)致大量，導(dǎo)致大量電動機自動切除，發(fā)電機組失步，導(dǎo)致系電動機自動切除，發(fā)電機組失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。統(tǒng)解列或大面積停電。4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性 電力系統(tǒng)無功功率控制的必要性：電力系統(tǒng)無功功率控制的必要性：1）維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)）維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)2）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定）維持電

6、力系統(tǒng)穩(wěn)定4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性1）維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)）維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)電力系統(tǒng)的電壓是靠電力系統(tǒng)中無功功率電力系統(tǒng)的電壓是靠電力系統(tǒng)中無功功率平衡維持的。要控制電力系統(tǒng)在額定電壓平衡維持的。要控制電力系統(tǒng)在額定電壓運行，就要控制電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出運行，就要控制電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出的無功功率等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓的無功功率等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓時所需消耗的無功功率。如果這個時所需消耗的無功功率。如果這個“等于等于”關(guān)系不能滿足，電力系統(tǒng)就會偏離額定電關(guān)系不能滿足，電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運行?？梢?，維

7、持電力系統(tǒng)電壓在允許壓運行?？梢?，維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)是靠控制電力系統(tǒng)無功電源的出范圍之內(nèi)是靠控制電力系統(tǒng)無功電源的出力實現(xiàn)的。力實現(xiàn)的。4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性2）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的無功電源較多，選用哪種無功電力系統(tǒng)的無功電源較多，選用哪種無功電源，將他們配置在何處，如何控制系統(tǒng)電源，將他們配置在何處，如何控制系統(tǒng)中無功電源的出力，是很重要的。這些工中無功電源的出力，是很重要的。這些工作做得好，不僅可以提高電力系統(tǒng)的電壓作做得好，不僅可以提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，而且還會減少無功功率傳輸過程

8、中質(zhì)量，而且還會減少無功功率傳輸過程中造成的無功和有功功率損耗，而且可以提造成的無功和有功功率損耗，而且可以提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。無功功率一般都盡高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。無功功率一般都盡可能就地、就近平衡?？赡芫偷?、就近平衡。4.1 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性必要性3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定方面，合理地選用自動勵磁在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定方面，合理地選用自動勵磁調(diào)節(jié)器，可以使發(fā)電機出口某一電抗后面的電壓調(diào)節(jié)器，可以使發(fā)電機出口某一電抗后面的電壓維持不變。這相當(dāng)于將發(fā)電機電抗和發(fā)電機后的維持不變。這相當(dāng)于將發(fā)電機電抗和發(fā)電機后的電抗減少至零

9、，從而提高電力系統(tǒng)地靜態(tài)穩(wěn)定性。電抗減少至零，從而提高電力系統(tǒng)地靜態(tài)穩(wěn)定性。在暫態(tài)穩(wěn)定方面，采用高勵磁頂值、快速響應(yīng)的在暫態(tài)穩(wěn)定方面，采用高勵磁頂值、快速響應(yīng)的勵磁系統(tǒng)，會使發(fā)電機在加速過程中迅速增大勵勵磁系統(tǒng)，會使發(fā)電機在加速過程中迅速增大勵磁電流，從而有效地改善電力系統(tǒng)地暫態(tài)穩(wěn)定性。磁電流，從而有效地改善電力系統(tǒng)地暫態(tài)穩(wěn)定性。在現(xiàn)代大型發(fā)電機上采用高性能的勵磁調(diào)節(jié)器提在現(xiàn)代大型發(fā)電機上采用高性能的勵磁調(diào)節(jié)器提高勵磁頂值電壓和勵磁電壓上升速度，對提高電高勵磁頂值電壓和勵磁電壓上升速度，對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯的效果。力系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯的效果。4.3 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要同步發(fā)電機勵磁控

10、制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基本要求任務(wù)和對它的基本要求 勵磁勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器勵磁功勵磁功率單元率單元發(fā)電機發(fā)電機勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)手動手動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)給定電壓給定電壓輔助控制信號輔助控制信號PTCTULILUGIG同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.3.1 概述同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng) 勵磁功率單元 勵磁調(diào)節(jié)器 G發(fā)電機電力系統(tǒng)一勵磁自動控制系統(tǒng)構(gòu)成 控制同步發(fā)電機的勵磁同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機的空載電動勢的大小發(fā)電機的勵磁電流 電壓控制 控制無功功率的分配 提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性 改善電力系統(tǒng)的運行條件 對水輪發(fā)電機組實行強行減磁 4.3.2 同步發(fā)電機勵磁控制系

11、統(tǒng)的任務(wù) GIEFUG IGEqIGUGdQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXI jUEcosIEF1UGUG2UGeIQIEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP負(fù)荷中的無功電流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)就是通過不斷地調(diào)節(jié)勵磁電流來維持端電壓在給定水平的。 電壓控制電壓控制G IGUG =ConstantEqUGjIGXdIGIQIPconstantXUEPconstantIUPdGqGGGGsincosconstantEconstantIqGsincos發(fā)電機勵磁電流的變化改變了機組的無功功率和功率角的大小。調(diào)節(jié)與無限大母線并聯(lián)運行的機組的勵

12、磁電流可以改變發(fā)電機無功功率的數(shù)值。控制無功功率分配控制無功功率分配靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定 提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下，經(jīng)受微小擾動后恢復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運行方式下突然遭受大擾動后，能否過渡 到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)、或者恢復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，計及自動調(diào)節(jié)和控制裝置作用的長過程的運行穩(wěn)定問題稱為動態(tài)穩(wěn)定。 sinXUEPqGPPsinXUUPGG勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響GU=ConstantUGSystem內(nèi)功率特性外功率特性勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響PPG0bacdF123PGmax*0

13、.750.700.650.500.350 0.2 0.4 0.6 0.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.350 1 2 3 4KTe=0.1STe=0.8S要使勵磁系統(tǒng)在短暫過程中完成符合要求的控制必須要求勵磁系統(tǒng)具備快速響應(yīng)的條件。為此，一方面縮小勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)，另一方面盡可能提高強行勵磁的倍數(shù)。1改善異步電動機的自起動條件 2為發(fā)電機異步運行創(chuàng)造條件 3提高繼電保護裝置工作的正確性 1201008060402000 10 20 30t(s)U(%)改善電力系統(tǒng)的運行條件改善電力系統(tǒng)的運行條件當(dāng)水輪發(fā)電機組發(fā)生故障突然跳閘時，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具

14、有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會使轉(zhuǎn)速急劇上升。如果不采取措施迅速降低發(fā)電機的勵磁電流，則發(fā)電機電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵磁自動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)強行減磁。 對水輪發(fā)電機組實行強行滅磁對水輪發(fā)電機組實行強行滅磁 勵磁勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器勵磁功勵磁功率單元率單元發(fā)電機發(fā)電機勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)手動手動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)給定電壓給定電壓輔助控制信號輔助控制信號PTCTULILUGIG同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.3.3 對勵磁系統(tǒng)的基本要求對勵磁系統(tǒng)的基本要求 系統(tǒng)正常運行時,勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機電壓高低以維持發(fā)電機電壓在給定水平；

15、勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機組的無功功率； 對遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運行，要求勵磁調(diào)節(jié)器沒有失靈區(qū)； 勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強行勵磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運行條件； 具有較小的時間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。 1 對勵磁調(diào)節(jié)器的要求 2 對勵磁功率單元的要求 要求勵磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量。在電力系統(tǒng)運行中，發(fā)電機依靠勵磁電流的變化進行系統(tǒng)電壓和本身無功功率的控制。因此，勵磁功率單元應(yīng)具備足夠的調(diào)節(jié)容量以適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行工況的要求。 具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。從改善電力系統(tǒng)運行 條件和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性來說

16、，希望勵磁功率單元具有較大的強勵能力和快速的響應(yīng)能力。因此，在勵磁系統(tǒng)中勵磁頂值電壓和電壓上升速度是兩項重要的技術(shù)指標(biāo)。 勵磁調(diào)節(jié)器任務(wù)任務(wù)要求要求迅速響應(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)故障勵磁控制功能勵磁功率單元任務(wù)任務(wù)要求要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和本身無功 可靠性、調(diào)節(jié)容量較強勵磁能力頂值電壓快速響應(yīng)能力電壓上升速度4.4 同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng) 一 勵磁系統(tǒng)的歷史直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 機械整流子在換流方面遇到了困難，且大功率半導(dǎo)體整流元件制造工藝的日益成熟。交流勵磁機勵磁系統(tǒng)(交流發(fā)電機和半導(dǎo)體整流

17、元件組成 ) 靜止勵磁系統(tǒng) (發(fā)電機自并勵系統(tǒng)) 為了縮短主軸長度，降低造價，減少環(huán)節(jié)。幾種常用的勵磁系統(tǒng)簡要介紹（重點分析勵磁功率單元）（一）自勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（二）它勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)直流勵磁機勵磁系統(tǒng)特點特點 優(yōu)點：控制方便優(yōu)點：控制方便 缺點：須換向，有滑環(huán)、電刷缺點：須換向，有滑環(huán)、電刷易產(chǎn)生火花，可靠性不高易產(chǎn)生火花，可靠性不高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 中小容量機組（中小容量機組（100MW） 舊型機組舊型機組4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（一）它勵交流勵磁機靜止

18、整流勵磁系統(tǒng)（1）原理4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點）特點 優(yōu)點：響應(yīng)速度快（相對優(yōu)點：響應(yīng)速度快（相對DC）；）； 容量較大（相對容量較大（相對DC） 缺點：有滑環(huán)、電刷缺點：有滑環(huán)、電刷 易產(chǎn)生火花，可靠性不高易產(chǎn)生火花，可靠性不高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護（3）應(yīng)用）應(yīng)用 中等容量機組（中等容量機組（ 100MW 300MW ） 我國舊型機組我國舊型機組4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（三）交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）（三）交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）(1)原理原理4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)副勵磁

19、機：電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)主勵磁機：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極（勵磁）靜止發(fā)電機： 電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點）特點 優(yōu)點：維護工作量少優(yōu)點：維護工作量少 可靠性高可靠性高 無接觸磨損，電機絕緣壽命長無接觸磨損，電機絕緣壽命長 缺點：響應(yīng)速度慢缺點：響應(yīng)速度慢 不能直接滅磁不能直接滅磁 對機械性能要求高對機械性能要求高（3）應(yīng)用）應(yīng)用 大容量機組（大容量機組（ 600MW ）（一）自并勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)（2）特點：）特點： 優(yōu)點：維護工作量少；優(yōu)點：維護工作量少； 可靠性高可靠性高 主軸長度短，基建投資少主軸長度短，基建投資少 電壓

20、響應(yīng)速度快電壓響應(yīng)速度快 過電壓低過電壓低 缺點：發(fā)電機近端端路時，缺乏足夠的強勵能力缺點：發(fā)電機近端端路時，缺乏足夠的強勵能力 繼電保護的動作會受一定影響繼電保護的動作會受一定影響（3）應(yīng)用）應(yīng)用 大容量機組（大容量機組（ 600MW ） 水輪機組水輪機組4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)曾經(jīng)的疑慮：發(fā)電機端三相短路而切除時間又較長的情況下，由于勵磁變壓器原邊的電壓為零，歷次系統(tǒng)能否及時提供足夠的強勵電壓 由于短路電流的衰減，帶時限的繼電保護能否正確動作4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)（二）自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)特點：當(dāng)電力系統(tǒng)短路時，自勵部分會因為發(fā)電機電壓下降而降低勵磁能力，復(fù)勵部分會因為發(fā)電機電流增加而增加勵磁能力

21、，兩者相輔相成，彌補了自并勵方式單獨由發(fā)電機供給發(fā)電機勵磁電流的不足，它可以保證在機端短路時有足夠的強勵能力。4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)4.5 比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.1 基本結(jié)構(gòu)與工作原理基本結(jié)構(gòu)與工作原理4.5.1.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)調(diào)差單元調(diào)差單元測量比較單元測量比較單元綜合放大單元綜合放大單元移相觸發(fā)單元移相觸發(fā)單元可控硅整流單元可控硅整流單元勵磁功率單元勵磁功率單元 發(fā)電機發(fā)電機4.5 勵磁調(diào)節(jié)裝置原理 勵磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機勵磁功率單元自動手動其它信號UIIE基準(zhǔn)勵磁系統(tǒng)一 勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類 機電型電壓(勵磁)調(diào)節(jié)器 電磁型勵磁調(diào)節(jié)器半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)器

22、按調(diào)節(jié)原理來劃分勵磁調(diào)節(jié)器反饋型勵磁調(diào)節(jié)器：按被調(diào)量與給定量的偏差進行調(diào)節(jié)，使被調(diào)量接近于給定值，因此能較好地維持電壓水平。 補償型勵磁調(diào)節(jié)器：補償某些因素所引起被調(diào)量的變動，使被調(diào)量維持在所要求的定值附近。 IEF=IEEG二 勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖 1 人工改變Rc值調(diào)節(jié)勵磁電流G勵磁機UGIEEabIEEIEFUG勵磁調(diào)節(jié)器2 比例式勵磁調(diào)節(jié)器閉環(huán)控制示意圖 基準(zhǔn)電壓前置放大功率放大測量元件調(diào)差元件手動控制勵磁機發(fā)電機電源電源電源+-勵磁調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器手控手控勵勵磁機磁機發(fā)電機發(fā)電機3 自動勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)節(jié) 三 半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器的基本環(huán)節(jié)及構(gòu)成 G自勵恒壓調(diào)節(jié)器綜合放大移相觸

23、發(fā)測量比較調(diào)差交流發(fā)電機交流勵磁機交流副勵磁機滑環(huán)同步電力系統(tǒng)穩(wěn)定器勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器勵磁限制手控基準(zhǔn) 基本控制由調(diào)差、測量比較、綜合放大和移相觸發(fā)單元組成，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功功率分配等最基本的調(diào)節(jié)功能。 輔助控制是為滿足發(fā)電機不同工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)性能而設(shè)置的單元(包括勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和勵磁限制器等)。 核心部分 1 測量比較單元基本任務(wù)把發(fā)電機電壓變換為直流電壓信號。與給定的直流基準(zhǔn)電壓進行比較，得到兩者的偏差信號。 測量電路應(yīng)具有足夠高的靈敏度，直流基準(zhǔn)電壓應(yīng)穩(wěn)定。電壓給定電路的調(diào)整范圍必須滿足運行要求； 測量電路應(yīng)具有優(yōu)良的動態(tài)性能，即反應(yīng)要迅速，

24、電路的時間常數(shù)要??； 輸出的直流偏差電壓必須平穩(wěn)，其紋波系數(shù)要小。 基本要求：比較整定濾波測量整流正序電壓濾過器uGude基準(zhǔn)UREF電壓測量a1c1b1A 測量整流* * *c2b2a2c1a1ABCb1接線圖a2c2b2相量圖 ttEumd24cos2523212cos131121987. 0B 濾波電路LCLC2C1UinUoutR1R4R3R2C1C2ADCB4321ZZRRinoutURRRU422C 比較整定電路比較整定電路是把整流電路輸出的電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，得到一個反映發(fā)電機電壓偏差的直流電壓，輸出到綜合放大單元。另外，它還對發(fā)電機電壓給定值進行整定，使電壓(或無功功率)能滿

25、足運行工況的要求。 R1R2VZ1VZ2ucdcduGuababuabUucbudbucdUVZ02cdVZabuUuREFVZGabKUUuuK2GREFGVZabcdUKUUKUuu)(2使比較橋輸出為零的勵磁調(diào)節(jié)器輸入電壓被稱為整定電壓，以UREF表示 。UUdeUGUGUVZ2UVZ1UseUREFUREF1-15VRfR4R5R3R1R2RPAJVZUseUVZ1UVZ2UdeREFsedeVZVZsedeVZsedeUUKUUKUKUKUUKUKU123121121213112534231,VZVZREFfffUKKUKKURRKRRKRRK4.5 比例式勵磁自動控制的基本原理4.

26、5.2.1 電壓測量比較單元電壓測量比較單元-發(fā)電機端電壓整定過程發(fā)電機端電壓整定過程l發(fā)電機端電壓整定是指確定發(fā)電機端電壓穩(wěn)發(fā)電機端電壓整定是指確定發(fā)電機端電壓穩(wěn)定工作電壓。它是通過調(diào)整電位器定工作電壓。它是通過調(diào)整電位器W的阻值的阻值RW來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。l設(shè)發(fā)電機運行在電壓設(shè)發(fā)電機運行在電壓UG，與之對應(yīng)，比較電，與之對應(yīng)，比較電路的輸出電壓路的輸出電壓Ub=0。若調(diào)整。若調(diào)整W，使阻值，使阻值RW增加，其上電壓降隨之增加。因系統(tǒng)延遲，增加，其上電壓降隨之增加。因系統(tǒng)延遲，發(fā)電機端電壓不會立即下降，即發(fā)電機端電壓不會立即下降，即Uc不變。這不變。這樣，樣，RW增加的結(jié)果會使增加的結(jié)果會

27、使Uab Ub，從而，從而導(dǎo)致發(fā)電機的勵磁電流導(dǎo)致發(fā)電機的勵磁電流ILLUG UC Uab Ub。當(dāng)上升到。當(dāng)上升到Ub0 時，調(diào)節(jié)過程時，調(diào)節(jié)過程結(jié)束，發(fā)電機進入新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。結(jié)束，發(fā)電機進入新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。綜合放大單元綜合放大單元綜合放大單元-作用及要求作用及要求l綜合放大各種勵磁控制信號。綜合放大各種勵磁控制信號。l改善勵磁自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。改善勵磁自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。l輸出移相單元所需的輸入電壓。輸出移相單元所需的輸入電壓。u 能線性無關(guān)地綜合、放大各輸入信號。能線性無關(guān)地綜合、放大各輸入信號。u 要有足夠的運算精度和放大系數(shù)，且放大系數(shù)要有足夠的運

28、算精度和放大系數(shù)，且放大系數(shù)可調(diào)?？烧{(diào)。u 要有足夠的響應(yīng)速度，即時間常數(shù)要小。要有足夠的響應(yīng)速度，即時間常數(shù)要小。u 工作穩(wěn)定可靠，輸出阻抗低。工作穩(wěn)定可靠，輸出阻抗低。u 輸出電壓范圍應(yīng)滿足移相觸發(fā)單元的要求。輸出電壓范圍應(yīng)滿足移相觸發(fā)單元的要求。綜合放大單元-結(jié)構(gòu)及工作原理+15VV1V7V6V5V2V8-15V-15VVT1VT2VT4VT3V3V4正競比電路 負(fù)競比電路 信號綜合放大互補輸出電路 UdeUMEABCVZ1VZ2USM控制信號綜合放大單元原理接線 R0R7電路受輸入信號中最高電平信號控制正值競比00MEMEUUdeMEdeUUU 0高者決定A點電位正常非正常 VUUVU

29、UMEAdeA6 . 06 . 0正競比電路V5：電壓頻率限制器信號V6：最大勵磁限制信號V7：瞬時過電流限制信號輸入信號都屬限制信號（減小勵磁電流）V5 =10V andV6 =10V andV7 =10V V5 0 or V6 0 or V70UB0， V3截止，封鎖正競比門輸出負(fù)競比門所有限制信號級別高于正競比門的控制信號。負(fù)競比電路 )(6 . 044332211auxauxauxauxBdeBdeAUKUKUKUKKUUcUUUUVZ1擊穿，輸出正向被限幅VZ2擊穿，輸出負(fù)向被限幅 21VZCVZCUUUU信號綜合(運算)放大 3 移相觸發(fā)單元 移相觸發(fā)單元的任務(wù)是產(chǎn)生相位移動的觸發(fā)

30、脈沖，用來改變整流橋中晶閘管元件的控制角，使其輸出電壓隨控制電壓的大小而改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)勵磁目的。 脈沖放大脈沖形成移相同步同步信號uSM可控整流電路要求在晶閘管每次承受正向電壓的某一時刻，向它的控制極送出觸發(fā)脈沖，以使晶閘管導(dǎo)通。對應(yīng)某一控制電壓各相的控制角相同。晶閘管觸發(fā)脈沖與主電路之間的這種相位配合關(guān)系稱為同步。 A 概述 三相橋式半控整流電路，由于共陽極組的整流元件是不可控的，在自然換流點換流。共陰極組的晶閘管應(yīng)在其承受的相電動勢為正的一段區(qū)間內(nèi)觸發(fā)導(dǎo)通。三相觸發(fā)脈沖應(yīng)按+A、+B、+C相的順序依次相隔120發(fā)出。 三相橋式全控整流電路中，共陰極的晶閘管元件只有在其承受的相電動勢為正

31、的一段區(qū)間內(nèi)才有可能導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖應(yīng)在這一區(qū)間內(nèi)發(fā)出。三相觸發(fā)脈沖按+A +B +C相的順序依次相隔120發(fā)出。共陽極的晶閘管只有在其承受的相電動勢為負(fù)的一段區(qū)間內(nèi)才有可能導(dǎo)通、觸發(fā)脈沖應(yīng)在這一區(qū)間內(nèi)發(fā)出。三相觸發(fā)脈沖按-C -A -B 相的順序依次相隔120發(fā)出。這樣六相觸發(fā)脈沖應(yīng)按+A-C +B -A +C -B相的順序依次相隔60 發(fā)出。 供給移相觸發(fā)單元的同步電壓信號與主電路電源間應(yīng)具有一定的相位關(guān)系，才能保證觸發(fā)脈沖按要求的相位發(fā)出。 B 觸發(fā)電路原理 symSMKlKldsymSMUURXERXEUUU3135. 1cos3135. 1arccos采用余弦波作為同步信號，使控制角等

32、于觸發(fā)器輸入電壓與同步電壓幅值之比的反余弦函數(shù)，這樣Ud就與USM呈線性關(guān)系。這種特性的移相觸發(fā)電路稱為余弦波移相觸發(fā)電路。Usy+C +A +BUsym=0=180900900900SMSMSMUUU1）余弦波移相電路 3 移相觸發(fā)單元-工作特性4 可控硅整流電路可控硅整流電路可控硅整流電路-作用作用l 可控硅可控硅 (晶閘管晶閘管)整流電路的作用是將交流整流電路的作用是將交流電壓整流成直流電壓向發(fā)電機勵磁繞組或電壓整流成直流電壓向發(fā)電機勵磁繞組或勵磁機勵磁繞組供給可控制的勵磁電流。勵磁機勵磁繞組供給可控制的勵磁電流。4 可控硅整流電路可控硅整流電路-電路結(jié)構(gòu)4 可控硅整流電路可控硅整流電路

33、-工作原理l可控硅的通斷?？煽毓璧耐〝?。l整流元件的導(dǎo)通次序。整流元件的導(dǎo)通次序。l可控硅的控制角可控硅的控制角。l可控硅的導(dǎo)通角可控硅的導(dǎo)通角l整流電路的輸入電壓整流電路的輸入電壓l整流電路的輸出電壓整流電路的輸出電壓l續(xù)流管的作用續(xù)流管的作用4 可控硅整流電路三相半控橋式整流電路的電壓波形圖三相半控橋式整流電路的電壓波形圖4 可控硅整流電路可控硅整流電路-特性2cos134. 22cos135. 1相線UUUL比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的工作特性合成比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的工作特性合成勵磁功勵磁功率單元率單元移相移相觸發(fā)觸發(fā)同步同步信號信號手動手動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)給定給定電壓電壓輔助控輔助控制信號制信

34、號PTCTULILUGIGUG測量測量比較比較調(diào)差調(diào)差綜合綜合放大放大可控可控整流整流UbU k比例式可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖比例式可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的工作特比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的工作特性合成性合成比例式半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性)(1gdGbUUKU電壓測量比較單元：bkUKU2綜合放大單元：kUK3移相觸發(fā)單元：4UKL可控硅整流單元：比例式半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性)(1GbUKU電壓測量比較單元：bkUKU2綜合放大單元：kUK 3移相觸發(fā)單元：4UKL可控硅整流單元：GGLUKUKKKK4321U勵磁調(diào)節(jié)器：4.6 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜

35、態(tài)特性發(fā)電機調(diào)壓精度：當(dāng)自動勵磁調(diào)節(jié)器投入運行、調(diào)差單元退出、電壓給定值不變時，發(fā)電機負(fù)載從零到額定值變化時引起的發(fā)電機機端電壓的變化。一般要求不大于0.51%。%100(%)21GeGGJUUU4.6 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性是指在沒有人工參與調(diào)節(jié)的情況下，發(fā)電機端電壓與發(fā)電機電流的無功分量之間的靜態(tài)特性。此特性通常稱為發(fā)電機外特性或電壓調(diào)節(jié)特性，也稱為電壓調(diào)差特性。4.6 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性一般用發(fā)電機端電壓調(diào)差率或者調(diào)差系數(shù)T來表征電壓調(diào)差特性。%100(%)21GeGGTUUU4.6 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性acccbbca

36、aaIRUUUUIRUU4.6 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性acccbbcaaaIRUUUUIRUU當(dāng)負(fù)荷電流為無功性質(zhì)時，經(jīng)調(diào)差單元后線電壓明顯增大；當(dāng)負(fù)荷電流為有功性當(dāng)負(fù)荷電流為無功性質(zhì)時，經(jīng)調(diào)差單元后線電壓明顯增大；當(dāng)負(fù)荷電流為有功性質(zhì)時，經(jīng)調(diào)差單元后線電壓經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)，幅值變化不大；可見調(diào)差單元主要反質(zhì)時，經(jīng)調(diào)差單元后線電壓經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)，幅值變化不大；可見調(diào)差單元主要反映了無功負(fù)荷電流的變化，滿足調(diào)差單元的基本要求。映了無功負(fù)荷電流的變化，滿足調(diào)差單元的基本要求。假設(shè)發(fā)電機機端電壓穩(wěn)定在某一值，而負(fù)荷電流增加，則經(jīng)過調(diào)差單元后輸入到假設(shè)發(fā)電機機端電壓穩(wěn)定在某一值，而負(fù)荷電流增加，則

37、經(jīng)過調(diào)差單元后輸入到測量比較單元的電壓升高，經(jīng)過勵磁調(diào)節(jié)單元后會降低勵磁電流，使機端電壓降測量比較單元的電壓升高，經(jīng)過勵磁調(diào)節(jié)單元后會降低勵磁電流，使機端電壓降低，形成正調(diào)差。低，形成正調(diào)差。無功負(fù)荷電流時無功負(fù)荷電流時有功負(fù)荷電流時有功負(fù)荷電流時abccccabbbbcaaaIRUUIRUUIRUU無功負(fù)荷電流時無功負(fù)荷電流時有功負(fù)荷電流時有功負(fù)荷電流時4.6 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性UGIQIQeUG2UG1*2*121GGGGeGGUUUUUU調(diào)差系數(shù) 調(diào)差單元 設(shè)定不同的調(diào)差系數(shù)3 調(diào)差單元工作原理 CABCCBCABBABCAARIUURIUURIUUGA B CUAUBUC. .IABIBCICAIBCUAUBUCIBCIABICAUAUBUCcos=1時的調(diào)差單元相量圖 調(diào)節(jié)器測量