勵(lì)磁系統(tǒng)原理介紹

1、 勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理 一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 1 1、維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平 1 1）保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。 2 2）保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。）保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 3）提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)）提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng) 定的要求在許多方面是一致的。定的要求在許多方面是一致的。 2 2、控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無功功率合理分配、控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無功功率合理分配 UFMUF0K0K0KQCQL0

2、一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響 式中Eq一發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì); Us一受端電網(wǎng)電壓; Xd一發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間的總電抗。 EqdSinXEqUsPe一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1 1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓放大倍數(shù)Kou與勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)Te以及轉(zhuǎn)子功角間具有圖中所示關(guān)系。 在同一轉(zhuǎn)子功角下,隨時(shí)間常數(shù)Te增加,為保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行所允許的電壓放大系數(shù)增加;在同一時(shí)間常數(shù)Te下,隨轉(zhuǎn)子功角的增加

3、所允許的電壓放大系數(shù)減少。 1 1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 X=Xd+XT+Xe/2 XEqUsPemax一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 曲線2表示切除短路故障線路后的功率特性曲線。 由于線路阻抗由Xe/2增加到Xe,使功率特性曲線的幅值減小, 其中X=Xd+XT+Xe。 曲線3表示故障中的功率特性曲線。2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

4、 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法：減小加速面積或增大減速面積。 即加快故障切除時(shí)間,或在提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比的同時(shí),提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)。 正常時(shí),發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)在功率特性曲線1的a處；當(dāng)發(fā)生短路事故時(shí),相應(yīng)功率特性曲線為曲線3。若此時(shí)提供強(qiáng)行勵(lì)磁以迅速提高發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)Eq,使功率特性曲線由bc段增加到bc段,由此在故障切除前減少了加速面積 (由abcd減少到abcd)。在=c故障切除后亦能增加減速面積(由曲線2的dehg增加到dehg)。 如面積dehg等于面積deff,則可使轉(zhuǎn)子功角最大值由m降到m,明顯地提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。勵(lì)磁頂值電壓越高,電壓響應(yīng)比越快,勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。

5、 2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 3）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響 勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)作用，是造成電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩阻尼變?nèi)?甚至變負(fù))的最重要的原因之一。 解決電壓調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間矛盾的有效措施，是在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中增加其它控制信號(hào)。這種控制信號(hào)可以提供正的阻尼作用，使整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限的水平。 一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 4 4、保護(hù)發(fā)電機(jī)及其相關(guān)設(shè)備保護(hù)發(fā)電機(jī)及其相關(guān)設(shè)備 二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 1、交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng) 1）它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）它勵(lì)交流

6、勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)恒壓裝置ACFLPTACLFLQFCT 交流主勵(lì)磁機(jī)（ACL）和交流副勵(lì)磁機(jī)（ACFL）都與發(fā)電機(jī)同軸。副勵(lì)磁機(jī)是自勵(lì)式的，其磁場(chǎng)繞組由副勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機(jī)作副勵(lì)磁機(jī)的，亦稱三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置1）它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)） 2）自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng) 交流主勵(lì)磁機(jī)經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供勵(lì)磁電流；自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制可控硅，調(diào)整其輸出電流。稱為兩機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。 勵(lì)磁系統(tǒng)沒有副勵(lì)磁機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)出口電壓

7、經(jīng)勵(lì)磁變壓器后獲得，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角，以調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，亦稱為兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)。 二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置壓裝置自動(dòng)恒自動(dòng)勵(lì)磁 調(diào)節(jié)器PTACLFLQFCT二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 （兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)）二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器FACLFLQZBCTPT二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置PMGF 調(diào)節(jié)器kz自動(dòng)勵(lì)磁PTFLQCTACL 3）無刷勵(lì)磁系統(tǒng)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置KZPTZB 調(diào) 節(jié) 器自 動(dòng) 勵(lì) 磁FLQFCT2、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)靜止勵(lì)磁系統(tǒng) 1）自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 2) 直流側(cè)疊加的自復(fù)激

8、方式 在自并勵(lì)的基礎(chǔ)上加一臺(tái)與發(fā)電機(jī)定子回路串 聯(lián)的勵(lì)磁變壓器，后者另供給一套硅整流裝置，二者在直流側(cè)疊加，則構(gòu)成直流側(cè)疊加的自勵(lì)方式。疊加方式分為電流疊加（直流側(cè)并聯(lián)）和電壓疊加（直流側(cè)串聯(lián)）兩種方式。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 直流側(cè)并聯(lián)的自復(fù)激方式，在我國(guó)一些中、小型汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)上采用較早，有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但未得到推廣。因?yàn)樵谙到y(tǒng)中短路時(shí)，復(fù)勵(lì)部分與自并勵(lì)部分協(xié)調(diào)配合較差，此外，勵(lì)磁變流器副方尖峰過電壓?jiǎn)栴}也比較嚴(yán)重。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置GZFLQXBZGLHF交流側(cè)并聯(lián)的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置3）交流側(cè)電壓疊加的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器KZFLQ

9、GLHBFPTCTZ交流側(cè)串聯(lián)的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng) 二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置3）交流側(cè)電壓疊加的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng) 3、直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng) 用專門的直流發(fā)電機(jī)向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供勵(lì)磁電流的系統(tǒng)稱為直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。其中的直流發(fā)電機(jī)被稱為直流勵(lì)磁機(jī)。直流勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸。 直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)又分為自勵(lì)與它勵(lì)兩種方式。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 1) 自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)PTLLQRcFMK*LFLQFCT自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 2) 它勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)它勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)Rc自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器LLQPT*LFLMKL*FMKFLQFCTLQ二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置 自并激

10、勵(lì)磁系統(tǒng)的基本配置 自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁變壓器、可控硅整流橋、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及起勵(lì)裝置、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)與滅磁裝置等組成。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置勵(lì)磁變壓器定子CT機(jī)端電壓儀用PT勵(lì)磁PT機(jī)端電壓定子電流轉(zhuǎn)子電流CT同步電壓同步電壓初勵(lì)控制部分 AC380V湛江奧里油600MW汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)圖FWL/B型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)接線原理及分部組成型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)接線原理及分部組成 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 1、PIDPID調(diào)節(jié)及其算法調(diào)節(jié)及其算法 按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)器, 是連續(xù)系統(tǒng)控制中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。 比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)，但相

11、對(duì)穩(wěn)定性降低，而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差； 積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差； 微分調(diào)節(jié)可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相應(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制PID濾波器的幅頻特性G(dB)(rad/s)GAINKpPI濾波器的幅頻特性G(dB)(rad/s)GAINKp 1.1 并聯(lián)PID調(diào)節(jié)：(理想PID調(diào)節(jié))輸入輸出之間微分方程為： Kp -一-比例系數(shù)用于提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度,以減少靜態(tài)偏差;Ti 一一積分時(shí)間常數(shù)用于消除靜態(tài)誤差; Td 一一微分時(shí)間常數(shù)用于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為： SSEKdSSEKiSEKpSY)(1)()()()(1)(1)(SSETdSSE

12、TiSEKp 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 tdttdeKddtteKiteKptY0)()()()()()(1)(0tdttdeTddtteTiteKp 對(duì)于計(jì)算機(jī)控制,必須將上式離散化,用差分方程代替微分方程。采用梯形積分來逼近積分,采用后向差分來逼近微分,可得PID數(shù)字控制算法: 離散系統(tǒng)全量式差分方程為： 離散系統(tǒng)增量式差分方程為： )()()()()(0TKTeKTeTKdTJTeKiKTeKpKTYKJ)()()()(0TKTeKTeTTdJTeTiTKTeKpKJ)()()()()(TKTeKTeTKdTKTeKiKTeKpKTY)()()()(TKTeKTeTTdKTeTiTK

13、TeKp 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制Kp+Ki/S+Kd*SG(S)+- -UGUF 1.2 1.2 串聯(lián)串聯(lián)PIDPID調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)： 在模擬電路控制中無法采用理想在模擬電路控制中無法采用理想PIDPID控制，而代之以下控制，而代之以下 述串聯(lián)式述串聯(lián)式 PIDPID。 sTbsTcsTbsTcKpsEsYsGc21211111)()()(PID濾波器的幅頻特性G(dB)(rad/s)GAINKp11TbKpTcKr 2121TbTbTcKpTcKh 11Tb11Tc21Tc21Tb 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 2、 轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋（轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋（勵(lì)磁系

14、統(tǒng)穩(wěn)定器勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器ESSESS） PSSKATTBCss11TKEEs1TAs11TKGGs1TKFFs1EFDUrefVT 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 3、 勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋 KBTKEEs1KFVAVF 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 3、 勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制FBEBEEKKKKKK1EEKKBFBEKKKK1BEFBEEEKTKKKTT1 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 4 4、 PSS(PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器) ) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 4 4、 PSS(PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器) ) UpssTrS1+TrSPeKpss11+T1S1+T2S1+T3S1+T4SKp+Ki/S+Kd*SG(S)+- -UGUF+VfUpss+ 三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制 4 4、 PSS(PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器) ) Tw1S1+Tw1STw2S1+Tw2STw3S1+Tw3SKs21+T7S1+T8S1+T9SMNKs31+T2S1+T1S1+T4S1+T3S1+T6S1+T5SKs1+-+PWPSS輸出 三