電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件

電力系統(tǒng)自動化主講教師：劉興杰答疑地點：教一樓347聯(lián)系方式：7522257;lxj5085@163.com電力系統(tǒng)自動化主講教師：劉興杰14電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制電力系統(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（4.2）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基本要求（4.3）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（4.5）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（4.7）同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)（4.8）4電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制24.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力系統(tǒng)電壓控制的必要性1）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4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力系統(tǒng)電壓控制的34.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性1）電壓偏離對電力用戶的影響電力負(fù)荷中比重最大的是異步電動機，它的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比。如果額定電壓時最大轉(zhuǎn)矩為100％，當(dāng)電壓下降到90％時，它的最大轉(zhuǎn)矩將下降到額定電壓轉(zhuǎn)矩的81％。因此，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)量。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性1）電壓偏離對電力44.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性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。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、電動機等的鐵心飽和程度加深，鐵心損耗增大，溫升增加，壽命縮短。照明負(fù)荷，尤其是白熾燈，對電壓變化很敏感。電壓過高會使白熾燈的壽命大大縮短，電壓高于額定值10％，壽命將縮短一半。電壓偏離額定值時，日光燈的壽命也會縮短。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)生不良影響，如燈光閃爍。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電爐的用功功率與電54.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性2）電壓偏離對電力系統(tǒng)的影響電廠中的廠用機械（如給水泵、循環(huán)水泵、送風(fēng)機、吸風(fēng)機、磨媒機等）是由電動機驅(qū)動的。電壓下降會使電動機轉(zhuǎn)速下降、出力減少，并影響廠用機械的出力。這將直接影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。如果電力系統(tǒng)中無功功率嚴(yán)重短缺，電壓水平過于低下，使某些樞紐變電站的母線電壓運行在臨界值之下時，母線電壓有一微小下降就會發(fā)生負(fù)荷消耗的無功功率增加量大于系統(tǒng)向該點提供的無功功率增加量，使無功缺額進一步增大，電壓進一步下降。如此惡性循環(huán)的結(jié)果，會使該樞紐變電站的母線電壓下降到很低的水平。這種現(xiàn)象即所謂“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動機自動切除，某些發(fā)電機組失步，導(dǎo)致系統(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必要性2）電壓偏離對電力64.1電力系統(tǒng)電壓和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)2）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4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力系統(tǒng)無功功率控74.1電力系統(tǒng)電壓和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)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)荷在額定電壓時所需消耗的無功功率。如果這個“等于”關(guān)系不能滿足，電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運行。可見，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)無功電源的出力實現(xiàn)的。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性1）維持電力系統(tǒng)電84.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性2）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的無功電源除了同步發(fā)電機外，還有并聯(lián)電容器同步調(diào)相機、同步電動機、靜止補償器等。高壓輸電線路的充電功率相當(dāng)于在線路上并聯(lián)了電容器，因此高壓輸電線路也可以看成無功電源。選用哪種無功電源，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中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。例如，對于遠離負(fù)荷中心的電廠，就不要它發(fā)過多的無功功率送往負(fù)荷。這是因為遠距離地從電源經(jīng)過變壓器和輸電線路向負(fù)荷輸送無功功率，要產(chǎn)生電壓損耗（高壓線路和變壓器上的電壓損耗主要由無功功率造成的）和有功功率損耗，而且輸送距離越遠，經(jīng)過的環(huán)節(jié)越多，電壓損耗和有功功率損耗就越大。因此，無功功率一般都盡可能就地、就近平衡。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性2）提高電力系統(tǒng)運94.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)電機是電力系統(tǒng)中重要的無功電源，而控制發(fā)電機輸出無功功率的是發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。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，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。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，對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯的效果。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)104.3同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基本要求勵磁調(diào)節(jié)器勵磁功率單元發(fā)電機勵磁系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)給定電壓輔助控制信號PTCTULILUGIG同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.3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114.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓單機帶負(fù)荷穩(wěn)定運行圖4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓單機124.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓134.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓發(fā)電機并入電力系統(tǒng)運行電路圖4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓發(fā)電144.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓154.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率合理的體現(xiàn)：1）每臺發(fā)電機發(fā)出的無功功率數(shù)量要合理2）系統(tǒng)電壓變化時，每臺發(fā)電機發(fā)出的無功功率增量要合理

4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功164.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)接線圖1）發(fā)電機無功功率控制的原理假設(shè)發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)，則發(fā)電機機端電壓保持不變。調(diào)節(jié)無功功率時，有功功率輸出不變，且忽略發(fā)電機凸極效應(yīng)和定子損耗，有功為：4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功174.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)矢量圖可見，隨著勵磁電流的增加，發(fā)電機空載電勢沿著AA’逐漸增大，發(fā)電機電流的無功分量增加，發(fā)電機輸出的無功增加。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功184.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率2）并聯(lián)運行機組之間的無功分配并聯(lián)運行發(fā)電機間的無功負(fù)荷分配4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功19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）4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性穩(wěn)定性的概念4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-204.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性1）勵磁系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定性的影響4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)214.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性2）勵磁系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)224.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)運行條件1）改善異步電動機的自起動條件短路切除后電壓恢復(fù)過程電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障點附近系統(tǒng)電壓大幅下降，使大多數(shù)用戶的電動機處于回饋制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速下降。故障切除后，由于電動機自啟動時要吸收大量的無功功率，以致延緩了電網(wǎng)電壓的恢復(fù)過程。發(fā)電機強行勵磁的作用可以加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，有效地改善電動機的自啟動條件。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)234.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)運行條件2）為同步發(fā)電機異步運行創(chuàng)造條件當(dāng)發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障時，有可能使同步發(fā)電機失去勵磁，這時發(fā)電機將從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，造成系統(tǒng)電壓大幅下降，嚴(yán)重時會危及系統(tǒng)的安全運行。此時，如果系統(tǒng)中其他發(fā)電機組能提供足夠的無功功率來維持系統(tǒng)電壓水平，則失磁的發(fā)電機還可以在一定時間內(nèi)以異步方式維持運行。這不但可以確保系統(tǒng)安全運行，而且有利于機組熱力設(shè)備的運行。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)244.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)運行條件3）提高繼電保護裝置工作的正確性當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運行狀態(tài)時，系統(tǒng)中的某些發(fā)電機的勵磁電流不大，若系統(tǒng)此時發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時間衰減，有可能導(dǎo)致帶時限的繼電保護不動。勵磁自動控制系統(tǒng)就可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流以提高系統(tǒng)電壓，增大短路電流，使繼電保護裝置可靠動作。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)254.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)5-防止水輪發(fā)電機過電壓水輪發(fā)電機在因系統(tǒng)故障被切除或突然甩負(fù)荷時，一方面由于水輪發(fā)電機組的機械轉(zhuǎn)動慣量很大，另一方面為了引水管道的安全，不能迅速關(guān)閉水輪機的導(dǎo)水葉，致使發(fā)電機的轉(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)電機感應(yīng)電勢有可能升高到危及定子繞組絕緣的程度。因此，要求勵磁自動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)強行減磁功能。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)5-防止水輪發(fā)電26勵磁調(diào)節(jié)器勵磁功率單元發(fā)電機勵磁系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)給定電壓輔助控制信號PTCTULILUGIG同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.3.2對勵磁系統(tǒng)的基本要求勵磁勵磁功發(fā)電機勵磁系統(tǒng)手動給定電壓輔助控制信號PTCT274.3.2對勵磁系統(tǒng)的基本要求具有十分高的可靠性保證發(fā)電機具有足夠的勵磁容量。具有足夠的強勵能力保證發(fā)電機電壓調(diào)差率有足夠的整定范圍保證發(fā)電機電壓有足夠的調(diào)節(jié)范圍保證發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)特性4.3.2對勵磁系統(tǒng)的基本要求具有十分高的可靠性28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29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)容量較強勵磁能力頂值電壓快速響應(yīng)能力電壓上升速度勵磁功率單元任務(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30一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)基本構(gòu)成（按勵磁功率單元分類）直流勵磁機勵磁系統(tǒng)：由與發(fā)電機組同軸的直流發(fā)電機供給發(fā)電機勵磁交流勵磁機勵磁系統(tǒng)：勵磁功率單元就采用了交流發(fā)電機和半導(dǎo)體整流元件組成，交流發(fā)電機發(fā)出的交流電經(jīng)半導(dǎo)體整流后供給發(fā)電機勵磁靜止勵磁系統(tǒng)：以接于發(fā)電機出口的變壓器作為勵磁電源，經(jīng)晶閘管整流后供給發(fā)電機勵磁4.4同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)基本構(gòu)成（按勵磁功率單元分類）31電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件32電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件33電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件34（一）自勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（一）自勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)35（二）它勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2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)36（三）特點優(yōu)點：控制方便缺點：須換向，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（四）應(yīng)用范圍：中小容量機組（≤100MW）舊型機組4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（三）特點4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)37（一）它勵交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)（1）原理4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（一）它勵交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)4.4.3交流勵磁機勵磁38（2）特點優(yōu)點：響應(yīng)速度快（相對DC）；容量較大（相對DC）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（3）應(yīng)用中等容量機組（100MW~300MW）我國舊型機組4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)39（三）交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）(1)原理4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)副勵磁機：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)（三）交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）4.4.3交流勵404.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點優(yōu)點：維護工作量少可靠性高無接觸磨損，電機絕緣壽命長缺點：響應(yīng)速度慢不能直接滅磁對機械性能要求高（3）應(yīng)用大容量機組（600MW）4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點41（一）自并勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)（一）自并勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)42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)曾經(jīng)的疑慮：4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)43（2）特點：優(yōu)點：維護工作量少；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（3）應(yīng)用大容量機組（600MW）水輪機組4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)（2）特點：4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)44（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，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)（二）自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)454.5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)調(diào)差單元測量比較單元綜合放大單元移相觸發(fā)單元可控硅整流單元勵磁功率單元發(fā)電機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464.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5比例式勵磁自動控制的基本原理474.5比例式勵磁自動控制的基本原理工作原理正常狀態(tài)下系統(tǒng)工作在某個穩(wěn)定的工作點。當(dāng)UG升高時，經(jīng)過調(diào)差、測量環(huán)節(jié)的輸出UC升高，測量比較單元輸出一個負(fù)的偏差電壓，將使ILL變小從而使IL變小，這樣可以降低UG；當(dāng)UG降低時，經(jīng)過調(diào)差、測量環(huán)節(jié)的輸出UC降低，測量比較單元輸出一個正的偏差電壓，將使ILL變大從而使IL變大，這樣可以升高UG；達到維持機端電壓基本不變的目的。ILL（IL）UG勵磁調(diào)節(jié)器的工作特性4.5比例式勵磁自動控制的基本原理工作原理484.5比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的基本原理勵磁功率單元移相觸發(fā)同步信號手動調(diào)節(jié)給定電壓輔助控制信號PTCTULILUGIGU’G測量比較調(diào)差綜合放大可控整流UbUkα比例式可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖4.5比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的基本原理勵磁功移相同步手動給49電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件504.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.2比例式可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的工作原理電壓測量比較單元-作用及要求電壓測量比較單元的基本作用是把發(fā)電機電壓變換為與其成正比的直流電壓，與給定電壓進行比較，得到兩者的偏差。測量電路應(yīng)有足夠高的靈敏度，給定電壓應(yīng)穩(wěn)定，保證足夠的調(diào)節(jié)范圍。電路的時間常數(shù)要小。測量電路的輸出電壓應(yīng)平穩(wěn)，紋波要小4.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.2比例式可控硅514.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-結(jié)構(gòu)測量比較單元結(jié)構(gòu)框圖4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量524.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-正序電壓濾過器Ra2:Rb1:Xc=2:1:sqrt(3)4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量53正序濾過器ABCB’C’A’Ra2:Rb1:Xc=2:1:sqrt(3)ACB正序濾過器ABCB’C’A’Ra2:Rb1:Xc=544.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-測量變壓器將從電壓互感器二次側(cè)來的電壓降為適用于整流電路所需要的值。測量變壓器副邊一般為三相。有的勵磁調(diào)節(jié)器為了減小整流后的交流分量，進而減小濾波電路的電容量，達到減小測量單元時間常數(shù)的目的，將測量變壓器副邊做成6相，甚至12相。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量554.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-整流濾波將測量變壓器副邊輸出的三相電壓整流得到一個反映三相交流電壓大小的直流電壓。對應(yīng)測量變壓器副邊，整流電路有3相，6相，甚至12相整流。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量564.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-比較整定電路4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量57電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件584.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-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W的阻值RW來實現(xiàn)的。設(shè)發(fā)電機運行在電壓UG，與之對應(yīng)，比較電路的輸出電壓Ub=0。若調(diào)整W，使阻值RW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Uc不變。這樣，RW增加的結(jié)果會使Uab↓→Ub↓，從而導(dǎo)致發(fā)電機的勵磁電流ILL↑→UG↑→UC↑→Uab↑→Ub↑。當(dāng)上升到Ub≈0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)。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量594.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大單元-作用及要求綜合放大各種勵磁控制信號。改善勵磁自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。輸出移相單元所需的輸入電壓。能線性無關(guān)地綜合、放大各輸入信號。要有足夠的運算精度和放大系數(shù)，且放大系數(shù)可調(diào)。要有足夠的響應(yīng)速度，即時間常數(shù)要小。工作穩(wěn)定可靠，輸出阻抗低。輸出電壓范圍應(yīng)滿足移相觸發(fā)單元的要求。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大604.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大單元-結(jié)構(gòu)及工作原理4.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大614.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整流電路-作用可控硅(晶閘管)整流電路的作用是將交流電壓整流成直流電壓向發(fā)電機勵磁繞組或勵磁機勵磁繞組供給可控制的勵磁電流。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整624.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整流電路-電路結(jié)構(gòu)4.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整634.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整流電路-工作原理可控硅的通斷。整流元件的導(dǎo)通次序?？煽毓璧目刂平铅?。可控硅的導(dǎo)通角β整流電路的輸入電壓整流電路的輸出電壓續(xù)流管的作用4.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整644.5比例式勵磁自動控制的基本原理三相半控橋式整流電路的電壓波形圖4.5比例式勵磁自動控制的基本原理三相半控橋式整流電路的電65觸發(fā)角為0度時的波形觸發(fā)角為0度時的波形66觸發(fā)角為30度時的波形觸發(fā)角為30度時的波形67觸發(fā)角為60度時的波形觸發(fā)角為60度時的波形68觸發(fā)角為90度時的波形觸發(fā)角為90度時的波形69觸發(fā)角為120度時的波形觸發(fā)角為120度時的波形70觸發(fā)角為150度時的波形觸發(fā)角為150度時的波形71觸發(fā)角為180度時的波形觸發(fā)角為180度時的波形724.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整流電路-特性4.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整734.5比例式勵磁自動控制的基本原理同步及移相觸發(fā)單元-要求晶閘管的觸發(fā)脈沖應(yīng)與晶閘管陽極電壓同步。觸發(fā)脈沖的移相范圍要符合相應(yīng)可控整流電路的要求。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率以保證晶閘硅可靠地導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖上升沿要陡。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的寬度。保證各相晶閘管的控制角α一致。觸發(fā)脈沖應(yīng)與主電路相互隔離。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理同步及移744.5比例式勵磁自動控制的基本原理同步及移相觸發(fā)單元-結(jié)構(gòu)及工作原理4.5比例式勵磁自動控制的基本原理同步及移75電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件76電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件77電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件784.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.3比例式半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性4.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.3比例式半導(dǎo)體79電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件804.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.3比例式半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性4.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.3比例式半導(dǎo)體814.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(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0.5~1%。4.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性發(fā)電機調(diào)壓精度：當(dāng)自824.6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)特性同步發(fā)電機勵磁控制系834.6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)δT來表征電壓調(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)844.6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)的靜態(tài)特性854.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性當(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。無功負(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)特性當(dāng)負(fù)荷電流為無功性質(zhì)86無功負(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)特性無功負(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874.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性與無功功率的關(guān)系IqUG0UMIq1Iq21234.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性與884.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性平移的原理示意圖4.6同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性平89傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)90傳遞函數(shù)-示例傳遞函數(shù)-示例91AVR（PID）AVR（PID）92AVR+PSSAVR+PSS93龍山電廠勵磁調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)龍山電廠勵磁調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)94數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成95GEC系列全數(shù)字式勵磁控制器GEC系列全數(shù)字式勵磁控制器96關(guān)于課內(nèi)實驗關(guān)于課內(nèi)實驗97電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件98本章總結(jié)了解電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性；理解勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)及對勵磁控制系統(tǒng)的基本要求；了解勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成、勵磁方式分類；了解起勵、滅勵、強勵、強減；掌握勵磁調(diào)節(jié)器基本構(gòu)成，包括測量比較單元、綜合放大單元、可控整流電路、移相觸發(fā)單元的基本工作原理及典型電路；掌握勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性；掌握勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性、電壓調(diào)差系數(shù)，調(diào)差接線分析。本章總結(jié)了解電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性；99謝謝！謝謝！100電力系統(tǒng)自動化主講教師：劉興杰答疑地點：教一樓347聯(lián)系方式：7522257;lxj5085@163.com電力系統(tǒng)自動化主講教師：劉興杰1014電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制電力系統(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（4.2）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基本要求（4.3）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（4.5）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（4.7）同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)（4.8）4電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制1024.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力系統(tǒng)電壓控制的必要性1）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4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力系統(tǒng)電壓控制的1034.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性1）電壓偏離對電力用戶的影響電力負(fù)荷中比重最大的是異步電動機，它的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比。如果額定電壓時最大轉(zhuǎn)矩為100％，當(dāng)電壓下降到90％時，它的最大轉(zhuǎn)矩將下降到額定電壓轉(zhuǎn)矩的81％。因此，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)量。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性1）電壓偏離對電力1044.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性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。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、電動機等的鐵心飽和程度加深，鐵心損耗增大，溫升增加，壽命縮短。照明負(fù)荷，尤其是白熾燈，對電壓變化很敏感。電壓過高會使白熾燈的壽命大大縮短，電壓高于額定值10％，壽命將縮短一半。電壓偏離額定值時，日光燈的壽命也會縮短。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)生不良影響，如燈光閃爍。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電爐的用功功率與電1054.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性2）電壓偏離對電力系統(tǒng)的影響電廠中的廠用機械（如給水泵、循環(huán)水泵、送風(fēng)機、吸風(fēng)機、磨媒機等）是由電動機驅(qū)動的。電壓下降會使電動機轉(zhuǎn)速下降、出力減少，并影響廠用機械的出力。這將直接影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。如果電力系統(tǒng)中無功功率嚴(yán)重短缺，電壓水平過于低下，使某些樞紐變電站的母線電壓運行在臨界值之下時，母線電壓有一微小下降就會發(fā)生負(fù)荷消耗的無功功率增加量大于系統(tǒng)向該點提供的無功功率增加量，使無功缺額進一步增大，電壓進一步下降。如此惡性循環(huán)的結(jié)果，會使該樞紐變電站的母線電壓下降到很低的水平。這種現(xiàn)象即所謂“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動機自動切除，某些發(fā)電機組失步，導(dǎo)致系統(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必要性2）電壓偏離對電力1064.1電力系統(tǒng)電壓和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)2）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4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力系統(tǒng)無功功率控1074.1電力系統(tǒng)電壓和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)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)荷在額定電壓時所需消耗的無功功率。如果這個“等于”關(guān)系不能滿足，電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運行?？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)無功電源的出力實現(xiàn)的。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性1）維持電力系統(tǒng)電1084.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性2）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)的無功電源除了同步發(fā)電機外，還有并聯(lián)電容器同步調(diào)相機、同步電動機、靜止補償器等。高壓輸電線路的充電功率相當(dāng)于在線路上并聯(lián)了電容器，因此高壓輸電線路也可以看成無功電源。選用哪種無功電源，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中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。例如，對于遠離負(fù)荷中心的電廠，就不要它發(fā)過多的無功功率送往負(fù)荷。這是因為遠距離地從電源經(jīng)過變壓器和輸電線路向負(fù)荷輸送無功功率，要產(chǎn)生電壓損耗（高壓線路和變壓器上的電壓損耗主要由無功功率造成的）和有功功率損耗，而且輸送距離越遠，經(jīng)過的環(huán)節(jié)越多，電壓損耗和有功功率損耗就越大。因此，無功功率一般都盡可能就地、就近平衡。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性2）提高電力系統(tǒng)運1094.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)電機是電力系統(tǒng)中重要的無功電源，而控制發(fā)電機輸出無功功率的是發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。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，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。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，對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯的效果。4.1電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)1104.3同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和對它的基本要求勵磁調(diào)節(jié)器勵磁功率單元發(fā)電機勵磁系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)給定電壓輔助控制信號PTCTULILUGIG同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.3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1114.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓單機帶負(fù)荷穩(wěn)定運行圖4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓單機1124.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓1134.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓發(fā)電機并入電力系統(tǒng)運行電路圖4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓發(fā)電1144.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1-控制電壓1154.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率合理的體現(xiàn)：1）每臺發(fā)電機發(fā)出的無功功率數(shù)量要合理2）系統(tǒng)電壓變化時，每臺發(fā)電機發(fā)出的無功功率增量要合理

4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功1164.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)接線圖1）發(fā)電機無功功率控制的原理假設(shè)發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)，則發(fā)電機機端電壓保持不變。調(diào)節(jié)無功功率時，有功功率輸出不變，且忽略發(fā)電機凸極效應(yīng)和定子損耗，有功為：4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功1174.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)矢量圖可見，隨著勵磁電流的增加，發(fā)電機空載電勢沿著AA’逐漸增大，發(fā)電機電流的無功分量增加，發(fā)電機輸出的無功增加。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功1184.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功功率2）并聯(lián)運行機組之間的無功分配并聯(lián)運行發(fā)電機間的無功負(fù)荷分配4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)2-合理分配無功119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）4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性穩(wěn)定性的概念4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-1204.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性1）勵磁系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定性的影響4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)1214.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性2）勵磁系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)3-提高電力系統(tǒng)1224.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)運行條件1）改善異步電動機的自起動條件短路切除后電壓恢復(fù)過程電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障點附近系統(tǒng)電壓大幅下降，使大多數(shù)用戶的電動機處于回饋制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速下降。故障切除后，由于電動機自啟動時要吸收大量的無功功率，以致延緩了電網(wǎng)電壓的恢復(fù)過程。發(fā)電機強行勵磁的作用可以加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，有效地改善電動機的自啟動條件。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)1234.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)運行條件2）為同步發(fā)電機異步運行創(chuàng)造條件當(dāng)發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障時，有可能使同步發(fā)電機失去勵磁，這時發(fā)電機將從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，造成系統(tǒng)電壓大幅下降，嚴(yán)重時會危及系統(tǒng)的安全運行。此時，如果系統(tǒng)中其他發(fā)電機組能提供足夠的無功功率來維持系統(tǒng)電壓水平，則失磁的發(fā)電機還可以在一定時間內(nèi)以異步方式維持運行。這不但可以確保系統(tǒng)安全運行，而且有利于機組熱力設(shè)備的運行。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)1244.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)運行條件3）提高繼電保護裝置工作的正確性當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運行狀態(tài)時，系統(tǒng)中的某些發(fā)電機的勵磁電流不大，若系統(tǒng)此時發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時間衰減，有可能導(dǎo)致帶時限的繼電保護不動。勵磁自動控制系統(tǒng)就可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流以提高系統(tǒng)電壓，增大短路電流，使繼電保護裝置可靠動作。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)4-改善電力系統(tǒng)1254.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)5-防止水輪發(fā)電機過電壓水輪發(fā)電機在因系統(tǒng)故障被切除或突然甩負(fù)荷時，一方面由于水輪發(fā)電機組的機械轉(zhuǎn)動慣量很大，另一方面為了引水管道的安全，不能迅速關(guān)閉水輪機的導(dǎo)水葉，致使發(fā)電機的轉(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)電機感應(yīng)電勢有可能升高到危及定子繞組絕緣的程度。因此，要求勵磁自動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)強行減磁功能。4.3.1同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)5-防止水輪發(fā)電126勵磁調(diào)節(jié)器勵磁功率單元發(fā)電機勵磁系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)給定電壓輔助控制信號PTCTULILUGIG同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.3.2對勵磁系統(tǒng)的基本要求勵磁勵磁功發(fā)電機勵磁系統(tǒng)手動給定電壓輔助控制信號PTCT1274.3.2對勵磁系統(tǒng)的基本要求具有十分高的可靠性保證發(fā)電機具有足夠的勵磁容量。具有足夠的強勵能力保證發(fā)電機電壓調(diào)差率有足夠的整定范圍保證發(fā)電機電壓有足夠的調(diào)節(jié)范圍保證發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)特性4.3.2對勵磁系統(tǒng)的基本要求具有十分高的可靠性128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129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)容量較強勵磁能力頂值電壓快速響應(yīng)能力電壓上升速度勵磁功率單元任務(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130一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)基本構(gòu)成（按勵磁功率單元分類）直流勵磁機勵磁系統(tǒng)：由與發(fā)電機組同軸的直流發(fā)電機供給發(fā)電機勵磁交流勵磁機勵磁系統(tǒng)：勵磁功率單元就采用了交流發(fā)電機和半導(dǎo)體整流元件組成，交流發(fā)電機發(fā)出的交流電經(jīng)半導(dǎo)體整流后供給發(fā)電機勵磁靜止勵磁系統(tǒng)：以接于發(fā)電機出口的變壓器作為勵磁電源，經(jīng)晶閘管整流后供給發(fā)電機勵磁4.4同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)基本構(gòu)成（按勵磁功率單元分類）131電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件132電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件133電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件134（一）自勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（一）自勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)135（二）它勵直流勵磁機系統(tǒng)4.4.2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)136（三）特點優(yōu)點：控制方便缺點：須換向，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（四）應(yīng)用范圍：中小容量機組（≤100MW）舊型機組4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（三）特點4.4.2直流勵磁機勵磁系統(tǒng)137（一）它勵交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)（1）原理4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（一）它勵交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)4.4.3交流勵磁機勵磁138（2）特點優(yōu)點：響應(yīng)速度快（相對DC）；容量較大（相對DC）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（3）應(yīng)用中等容量機組（100MW~300MW）我國舊型機組4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)139（三）交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）(1)原理4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)副勵磁機：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)（三）交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）4.4.3交流勵1404.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點優(yōu)點：維護工作量少可靠性高無接觸磨損，電機絕緣壽命長缺點：響應(yīng)速度慢不能直接滅磁對機械性能要求高（3）應(yīng)用大容量機組（600MW）4.4.3交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（2）特點141（一）自并勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)（一）自并勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)142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)曾經(jīng)的疑慮：4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)143（2）特點：優(yōu)點：維護工作量少；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（3）應(yīng)用大容量機組（600MW）水輪機組4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)（2）特點：4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)144（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，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)（二）自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)4.4.4靜止勵磁系統(tǒng)1454.5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)調(diào)差單元測量比較單元綜合放大單元移相觸發(fā)單元可控硅整流單元勵磁功率單元發(fā)電機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1464.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5比例式勵磁自動控制的基本原理1474.5比例式勵磁自動控制的基本原理工作原理正常狀態(tài)下系統(tǒng)工作在某個穩(wěn)定的工作點。當(dāng)UG升高時，經(jīng)過調(diào)差、測量環(huán)節(jié)的輸出UC升高，測量比較單元輸出一個負(fù)的偏差電壓，將使ILL變小從而使IL變小，這樣可以降低UG；當(dāng)UG降低時，經(jīng)過調(diào)差、測量環(huán)節(jié)的輸出UC降低，測量比較單元輸出一個正的偏差電壓，將使ILL變大從而使IL變大，這樣可以升高UG；達到維持機端電壓基本不變的目的。ILL（IL）UG勵磁調(diào)節(jié)器的工作特性4.5比例式勵磁自動控制的基本原理工作原理1484.5比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的基本原理勵磁功率單元移相觸發(fā)同步信號手動調(diào)節(jié)給定電壓輔助控制信號PTCTULILUGIGU’G測量比較調(diào)差綜合放大可控整流UbUkα比例式可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖4.5比例式勵磁自動控制系統(tǒng)的基本原理勵磁功移相同步手動給149電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件1504.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.2比例式可控硅勵磁調(diào)節(jié)器的工作原理電壓測量比較單元-作用及要求電壓測量比較單元的基本作用是把發(fā)電機電壓變換為與其成正比的直流電壓，與給定電壓進行比較，得到兩者的偏差。測量電路應(yīng)有足夠高的靈敏度，給定電壓應(yīng)穩(wěn)定，保證足夠的調(diào)節(jié)范圍。電路的時間常數(shù)要小。測量電路的輸出電壓應(yīng)平穩(wěn)，紋波要小4.5比例式勵磁自動控制的基本原理4.5.2比例式可控硅1514.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-結(jié)構(gòu)測量比較單元結(jié)構(gòu)框圖4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量1524.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-正序電壓濾過器Ra2:Rb1:Xc=2:1:sqrt(3)4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量153正序濾過器ABCB’C’A’Ra2:Rb1:Xc=2:1:sqrt(3)ACB正序濾過器ABCB’C’A’Ra2:Rb1:Xc=1544.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-測量變壓器將從電壓互感器二次側(cè)來的電壓降為適用于整流電路所需要的值。測量變壓器副邊一般為三相。有的勵磁調(diào)節(jié)器為了減小整流后的交流分量，進而減小濾波電路的電容量，達到減小測量單元時間常數(shù)的目的，將測量變壓器副邊做成6相，甚至12相。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量1554.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-整流濾波將測量變壓器副邊輸出的三相電壓整流得到一個反映三相交流電壓大小的直流電壓。對應(yīng)測量變壓器副邊，整流電路有3相，6相，甚至12相整流。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量1564.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-比較整定電路4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量157電力系統(tǒng)自動化-勵磁部分課件1584.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量比較單元-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W的阻值RW來實現(xiàn)的。設(shè)發(fā)電機運行在電壓UG，與之對應(yīng)，比較電路的輸出電壓Ub=0。若調(diào)整W，使阻值RW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Uc不變。這樣，RW增加的結(jié)果會使Uab↓→Ub↓，從而導(dǎo)致發(fā)電機的勵磁電流ILL↑→UG↑→UC↑→Uab↑→Ub↑。當(dāng)上升到Ub≈0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)。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理電壓測量1594.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大單元-作用及要求綜合放大各種勵磁控制信號。改善勵磁自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。輸出移相單元所需的輸入電壓。能線性無關(guān)地綜合、放大各輸入信號。要有足夠的運算精度和放大系數(shù)，且放大系數(shù)可調(diào)。要有足夠的響應(yīng)速度，即時間常數(shù)要小。工作穩(wěn)定可靠，輸出阻抗低。輸出電壓范圍應(yīng)滿足移相觸發(fā)單元的要求。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大1604.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大單元-結(jié)構(gòu)及工作原理4.5比例式勵磁自動控制的基本原理綜合放大1614.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整流電路-作用可控硅(晶閘管)整流電路的作用是將交流電壓整流成直流電壓向發(fā)電機勵磁繞組或勵磁機勵磁繞組供給可控制的勵磁電流。4.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整1624.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整流電路-電路結(jié)構(gòu)4.5比例式勵磁自動控制的基本原理可控硅整1634.5比例式勵磁自