勵(lì)磁基本原理

勵(lì)磁系統(tǒng)原理第1部分勵(lì)磁系統(tǒng)的幾種主要類型勵(lì)磁系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR、ECR/FCR（勵(lì)磁調(diào)節(jié)器）勵(lì)磁電源（勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器）整流器（AC/DC變換，SCR、二極管）滅磁與轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)

按勵(lì)磁電源分類：直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)按響應(yīng)速度分類：慢速勵(lì)磁系統(tǒng)快速勵(lì)磁系統(tǒng)高起始勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：70年代以前開關(guān)式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，且勵(lì)磁電源可靠，不受電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)的影響。另外，不存在可控整流橋的觸發(fā)同步問題，控制簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠性高。

交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：80、90年代，直流勵(lì)磁機(jī)制造容量有限，大型機(jī)組采用。俗稱三機(jī)勵(lì)磁。無刷勵(lì)磁系統(tǒng)：三機(jī)勵(lì)磁的變形。用于勵(lì)磁電流大（6000A以上）的超大型機(jī)組，比如核電；或有腐蝕性氣體的環(huán)境，比如石油加工的自備電廠。無刷勵(lì)磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，提高了運(yùn)行可靠性和減少了機(jī)組維護(hù)工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵(lì)磁方式對(duì)硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進(jìn)行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測(cè)量等。這些都是需要研究解決的問題自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)：自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)取代直流勵(lì)磁機(jī)和交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是技術(shù)發(fā)展的必然。國(guó)內(nèi)所有的新建水電站和大部分的火電廠都使用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。第2部分自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本構(gòu)成

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)是當(dāng)今主流勵(lì)磁系統(tǒng)。已在大、中型發(fā)電機(jī)組中普遍采用。其主要技術(shù)特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊；取消勵(lì)磁機(jī)，發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)度縮短，減小軸系振動(dòng)，節(jié)約成本；典型的快速勵(lì)磁系統(tǒng)；調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，通過附加PSS控制可以有效提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.1自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要組成部分2.2勵(lì)磁變壓器將高電壓隔離并轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)牡碗妷海┱髌魇褂?。一般接線組別：Y/d-11。勵(lì)磁變的額定容量要滿足發(fā)電機(jī)1.1倍額定勵(lì)磁電流的要求。勵(lì)磁變的二次電壓的大小要滿足勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)的要求。勵(lì)磁變的絕緣等級(jí)：F級(jí)或H級(jí)。勵(lì)磁變的額定最大溫升：80K或100K。2.3可控硅整流橋

可控硅整流橋一般采用三相全控可控硅整流橋的方式，實(shí)現(xiàn)把交流電轉(zhuǎn)換為可控的直流電的主要任務(wù)，給發(fā)電機(jī)提供各種運(yùn)行狀況下所需要的勵(lì)磁電流。晶閘管的伏安特性電力電子技術(shù)的發(fā)展：IGBT晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件晶閘管的導(dǎo)通條件：以下兩條件須同時(shí)具備正向陽(yáng)極狀態(tài)（陽(yáng)極電位高于陰極電位）；控制極加上觸發(fā)電壓（或觸發(fā)脈沖）；晶閘管的關(guān)斷條件：以下任一條件即可關(guān)斷主回路斷開；晶閘管兩端處于反向電壓時(shí)（陽(yáng)極電壓低于陰極電壓）流過晶閘管的電流下降到小于維持電流三相全控橋電路結(jié)構(gòu)SCR循環(huán)導(dǎo)通順序：至少有2個(gè)可控硅開通。12－32－34－54－56－16－12……1個(gè)工頻周期完成1個(gè)換相導(dǎo)通循環(huán)。換相是嚴(yán)格按順序的。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相當(dāng)于大電感。三相全控橋帶電感負(fù)載下的二個(gè)主要工作狀態(tài)：整流狀態(tài)：交流變直流，能量供給，輸出電壓Ud>0。逆變狀態(tài)：直流變交流，能量反送，輸出電壓Ud<0。Ud=1.35U2cosa，a為整流橋觸發(fā)控制角I2＝0.816Id

Ud、Id－－直流輸出側(cè)電壓、電流；U2、I2－－交流輸入側(cè)線電壓、相電流；三相全控橋電路要點(diǎn)三相全控橋帶電感負(fù)載下的二個(gè)重要關(guān)系公式：

觸發(fā)控制角的理論范圍0~180°，超出此范圍外的觸發(fā)信號(hào)就會(huì)造成混亂。觸發(fā)控制角的角度控制是嚴(yán)格的，一般實(shí)用范圍：10～150°

0～90°：整流狀態(tài)；90～180°：逆變狀態(tài)。逆變狀態(tài)時(shí)為什么是負(fù)的？電流方向與原來一致，而電壓方向反，因此功率傳送方向會(huì)反轉(zhuǎn)，從整流態(tài)到逆變態(tài)，完成能量消耗。自并勵(lì)情況、發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)逆變滅磁。轉(zhuǎn)子電流通過發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變及轉(zhuǎn)子回路的電阻消耗。滅磁時(shí)間較長(zhǎng)，10s左右。三相全控橋電路的典型波形α=00:

自然換相點(diǎn)，

二極管整流，

AC變DC

α=0～900:

整流狀態(tài)，

AC變DC

α=1500:

逆變狀態(tài)，

DC變AC因電感引起換弧角帶來的過電壓尖峰，逆變顛覆實(shí)際電路器件介紹：快熔、阻容、分流器、表記、均流、開關(guān)、脈沖變等可控硅流過電流，會(huì)在可控硅兩端產(chǎn)生電壓降（一般1～2V），造成可控硅發(fā)熱，溫度升高?？煽毓鑳?nèi)部的最大承受結(jié)溫（PN結(jié)）是125℃?？煽毓枭岱椒ǎ嚎煽毓鑹貉b散熱器，并啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)冷散熱。三相全控橋的散熱可控硅過流保護(hù)：每可控硅串聯(lián)快速熔斷器?？煽毓钃Q相尖峰過電壓保護(hù)：可控硅兩端并聯(lián)R、C吸收電路，或采用集中式阻容保護(hù)。由于可控硅換相尖峰電壓產(chǎn)生于勵(lì)磁變的漏感，集中式阻容保護(hù)可以直接吸收，保護(hù)效果更好。三相全控橋的保護(hù)三相全控橋的集中式阻容保護(hù)電路：C1主要吸收2.4滅磁系統(tǒng)

滅磁，即是快速把轉(zhuǎn)子電感中儲(chǔ)存的大電流釋放掉，以保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，保護(hù)機(jī)組和其它設(shè)備安全。轉(zhuǎn)子電感是大的儲(chǔ)能元件，電感中的電流是不能突變的。儲(chǔ)存能量為：

滅磁系統(tǒng)由滅磁開關(guān)、滅磁電阻及滅磁回路開通控制單元組成。滅磁，就是把轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中，來消耗掉。滅磁系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行中，勵(lì)磁電壓比較小，控制單元不能觸發(fā)可控硅開通，滅磁電阻回路中沒有電流通過。當(dāng)滅磁開關(guān)分?jǐn)嗪筮M(jìn)行滅磁時(shí)，轉(zhuǎn)子電感兩端出現(xiàn)較大的反向電壓，同時(shí)控制單元快速接通反向可控硅觸發(fā)回路，把滅磁電阻接入、滅磁電阻回路開通，轉(zhuǎn)子電流就可以快速轉(zhuǎn)移到滅磁電阻回路，通過滅磁電阻把電流轉(zhuǎn)換為熱量釋放。滅磁系統(tǒng)的基本工作原理

滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)的基本作用：控制轉(zhuǎn)子繞組中勵(lì)磁電流的接通、分?jǐn)?；滅磁開關(guān)分?jǐn)嗪?，配合滅磁電阻完成滅磁的任?wù)。耗能型滅磁開關(guān)——滅磁開關(guān)分?jǐn)鄤?lì)磁回路后，利用開關(guān)斷口將滅磁能量形成的電弧引入滅磁開關(guān)的滅弧室內(nèi)燃燒，使電弧能量消耗完畢，實(shí)現(xiàn)滅磁。滅磁能量有限。很少采用。典型產(chǎn)品：國(guó)產(chǎn)DM2型。移能型滅磁開關(guān)——滅磁開關(guān)分?jǐn)鄤?lì)磁回路后，將轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)移到滅磁電阻上消耗或吸收，開關(guān)本身基本不吸收滅磁能量。滅磁能量大，滅磁時(shí)間快，普遍采用。典型產(chǎn)品：國(guó)產(chǎn)DM4、DMX，進(jìn)口ABB-E、UR、HPB型。滅磁過程中，移能成功的條件：滅磁開關(guān)要有足夠高的弧壓，才能順利實(shí)現(xiàn)移能。

UR、HPB型滅磁開關(guān)的弧壓，都在4000V以上。滅磁中的移能線性電阻，汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)經(jīng)常采用；滅磁時(shí)間較長(zhǎng)。氧化鋅ZnO非線性電阻，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，應(yīng)用普遍；滅磁時(shí)間短，較為理想。SiC非線性電阻，國(guó)外生產(chǎn)，經(jīng)常采用英國(guó)M&I公司的產(chǎn)品，超大型機(jī)組應(yīng)用較多，比如：三峽、龍灘、拉西瓦等；滅磁時(shí)間適中。水輪發(fā)電機(jī)要求快速滅磁，普遍采用非線性電阻滅磁方案。單片ZnO閥片的工作能容量是15KJ，而單片SiC閥片的工作能容量為62.5KJ。在超大型水輪發(fā)電機(jī)組中，滅磁能量很大，比如10MJ，需要幾百片非線性電阻閥片串、并聯(lián)連接。并聯(lián)均能或并聯(lián)均流問題突出。SiC閥片容量大、其伏安特性更適合并聯(lián)，所以，在超大型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中普遍使用。滅磁電阻逆變滅磁：正常停機(jī)時(shí)采用。不需要分?jǐn)鄿绱砰_關(guān)，控制可控硅整流橋處于逆變狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子繞組中能量通過勵(lì)磁變反送到發(fā)電機(jī)端電源側(cè)及回路電阻中消耗，實(shí)現(xiàn)滅磁。在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中，由于在逆變滅磁過程中，發(fā)電機(jī)端電壓也在不斷減小，吸收能量不斷減小，所以，逆變滅磁的時(shí)間比較長(zhǎng)。空載額定狀態(tài)下，逆變滅磁時(shí)間一般達(dá)到10s。滅磁系統(tǒng)滅磁：在發(fā)電機(jī)事故、過壓或系統(tǒng)故障情況下停機(jī)時(shí)，勵(lì)磁電流較大，希望能快速滅磁，消除故障、防止事故擴(kuò)大化，采用分?jǐn)鄿绱砰_關(guān)的方法將能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中實(shí)現(xiàn)快速滅磁。滅磁系統(tǒng)滅磁的時(shí)間一般在5s以下。兩種滅磁方法2.5勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

勵(lì)磁系統(tǒng)的控制核心，利用自動(dòng)控制原理，自動(dòng)控制可控硅整流橋的觸發(fā)角度、快速調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的各種控制功能，使發(fā)電機(jī)組滿足各種發(fā)電工況的運(yùn)行要求。典型的控制算法：閉環(huán)負(fù)反饋控制、超前－滯后補(bǔ)償算法或經(jīng)典PID算法，自動(dòng)維持發(fā)電機(jī)電壓恒定、穩(wěn)定。

附加PSS控制功能，經(jīng)濟(jì)、有效地提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成第3部分勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要功能現(xiàn)有的勵(lì)磁控制理論P(yáng)IDPID+PSS線性最優(yōu)控制自適應(yīng)最優(yōu)控制非線性控制魯棒PSS（NLPSS）自動(dòng)方式，是勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制的主要運(yùn)行方式，由兩部分組成：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，即AVR；及PSS附加控制。AVR為機(jī)端電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，用于自動(dòng)維持機(jī)端電壓恒定、穩(wěn)定。為使勵(lì)磁系統(tǒng)有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，AVR可采用兩級(jí)超前－滯后校正環(huán)節(jié)。PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）做為AVR的附加控制，用于增加電力系統(tǒng)的正阻尼，從而抑制電力系統(tǒng)有功低頻振蕩。它不降低勵(lì)磁系統(tǒng)AVR調(diào)節(jié)的增益，不影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能。PSS已成為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的標(biāo)配環(huán)節(jié)，在國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用。

AVR的數(shù)學(xué)控制模型PID控制Kavr關(guān)系到發(fā)電機(jī)端電壓的調(diào)節(jié)精度。在保證AVR閉環(huán)調(diào)節(jié)穩(wěn)定的前提下，Kavr越大，機(jī)端電壓的調(diào)節(jié)精度越高，越能維持機(jī)端電壓的恒定。超前－滯后環(huán)節(jié)的參數(shù)整定，保證AVR閉環(huán)控制穩(wěn)定，并有良好的動(dòng)態(tài)特性。通過勵(lì)磁標(biāo)準(zhǔn)中機(jī)端電壓階躍試驗(yàn)的指標(biāo)來驗(yàn)證。勵(lì)磁標(biāo)準(zhǔn)中要求機(jī)端電壓的調(diào)節(jié)精度為0.5％。即，在AVR給定值Uref不變的情況下，發(fā)電機(jī)輸出從空載到滿載的過程中，機(jī)端電壓的變化不超過發(fā)電機(jī)額定電壓的0.5％。AVR數(shù)學(xué)模型中的放大倍數(shù)Kavr比例參數(shù)的作用和影響對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響 加大比例控制KP，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大KP只減小誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差；對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 比例控制KP加大，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度快；KP偏大，振蕩次數(shù)變多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，當(dāng)KP太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若KP太小，又會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)緩慢。

積分參數(shù)的作用和影響對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響 積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但若TI太大，積分作用太弱，將不能減小穩(wěn)態(tài)誤差；對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 積分時(shí)間常數(shù)TI偏小，積分作用強(qiáng)，振蕩次數(shù)較多，TI太大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)時(shí)間常數(shù)TI合適時(shí)，過渡性能比較理想。

微分參數(shù)的作用和影響微分控制的作用跟偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)有關(guān)，通過微分控制能夠預(yù)測(cè)偏差，產(chǎn)生超前的校正作用，可以較好地改善動(dòng)態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度等。但當(dāng)TD偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)TD偏小時(shí)，同樣超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間也都較大。只有TD取得合適，才能得到比較滿意的效果。PSS的數(shù)學(xué)控制模型：PSS2APSS數(shù)學(xué)模型說明PSS2A以轉(zhuǎn)速信號(hào)與電功率信號(hào)合成的加速功率做為PSS的輸入量，在解決“反調(diào)”問題的同時(shí)，不影響PSS的阻尼效果。通過PSS實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)就是：獲得一個(gè)附加的電磁力矩，在電力系統(tǒng)低頻振蕩區(qū)（0.1～2.0Hz）內(nèi)使該力矩向量對(duì)應(yīng)Δω軸在超前10o~滯后45o以內(nèi)，并使本機(jī)振蕩頻率下的力矩向量對(duì)應(yīng)Δω軸在0o~滯后30o以內(nèi)，以盡可能的提供較大的正阻尼力矩，抑制低頻振蕩。PSS環(huán)節(jié)的參數(shù)，需要經(jīng)過電網(wǎng)公司認(rèn)可、具有資質(zhì)的第三方試驗(yàn)單位（一般是各電網(wǎng)的電科院）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后給出。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的手動(dòng)方式FCR，為勵(lì)磁電流負(fù)反饋閉環(huán)控制，用于維持勵(lì)磁電流恒定、穩(wěn)定。FCR，是勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制的輔助運(yùn)行方式。在發(fā)電機(jī)端PT回路出現(xiàn)故障、自動(dòng)方式采集的機(jī)端電壓出現(xiàn)異常情況時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)切換為手動(dòng)方式運(yùn)行，防止勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)誤強(qiáng)勵(lì)。手動(dòng)方式FCR控制手動(dòng)方式FCR控制手動(dòng)方式FCR控制手動(dòng)方式主要用于試驗(yàn)（如在設(shè)備的投運(yùn)或維護(hù)過程中的發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)），或者是作為在AVR故障時(shí)（如PT故障）的輔助/過渡控制方式。由于手動(dòng)方式不利于發(fā)電機(jī)電壓的穩(wěn)定，所以不宜長(zhǎng)期運(yùn)行。為了避免在手動(dòng)方式下發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起機(jī)端過電壓，手動(dòng)方式也應(yīng)具有自動(dòng)返回空載的功能。即在發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的情況下，一個(gè)脈沖信號(hào)傳送給調(diào)節(jié)器，則立即把勵(lì)磁電流給定值置為空載勵(lì)磁電流值。

自動(dòng)方式AVR控制的整體模型描述

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能簡(jiǎn)介無功補(bǔ)償（調(diào)差）強(qiáng)勵(lì)電流限制（快速限制）過勵(lì)限制（勵(lì)磁電流慢速、反時(shí)限）欠勵(lì)限制（P-Q）定子電流限制（過無功限制）伏赫限制（V/HZ、U/F）（過激磁）軟起勵(lì)功能PSS功能電制動(dòng)功能PT斷線保護(hù)無功調(diào)差是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)方式的附加控制之一，可以根據(jù)發(fā)電機(jī)無功的變化對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行必要的微調(diào)。正調(diào)差：實(shí)現(xiàn)機(jī)端直接并列連接的發(fā)電機(jī)間無功的合理分配。當(dāng)發(fā)電機(jī)無功輸出增加時(shí)，正調(diào)差使得發(fā)電機(jī)端電壓適當(dāng)降低，防止并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)間無功互搶。負(fù)調(diào)差：當(dāng)發(fā)電機(jī)無功輸出增加時(shí)，負(fù)調(diào)差使得發(fā)電機(jī)端電壓適當(dāng)提高，用于補(bǔ)償單機(jī)－單變方式下主變的壓降損失。從系統(tǒng)母線側(cè)看，單機(jī)－單變方式下的整體調(diào)差，應(yīng)表現(xiàn)為正調(diào)差。無功調(diào)差控制正常情況下，發(fā)電機(jī)輸出的無功為正。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓低于系統(tǒng)電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功或輸出負(fù)無功，這種情況稱為發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行。當(dāng)電力系統(tǒng)夜間運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可能出現(xiàn)過剩的無功，引起系統(tǒng)電壓升高。需要一些發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行，來吸收系統(tǒng)多余的無功，維持系統(tǒng)電壓水平。過度的進(jìn)相運(yùn)行，將引起發(fā)電機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定。欠勵(lì)限制環(huán)節(jié)限制發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的無功在一定范圍，保持發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定。簡(jiǎn)單的欠勵(lì)限制環(huán)節(jié)計(jì)算公式為：Qlimit＝KP－B。其中P為發(fā)電機(jī)有功，K、B為整定參數(shù)。Quegd＝Qlimit－Q。當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相無功Q低于限制值Qlimit時(shí)，Quegd輸出正值，去提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，限制Q進(jìn)一步減小。Quegd正值時(shí)才有效。五點(diǎn)擬合欠勵(lì)限制欠勵(lì)限制條件欠勵(lì)限制有效條件為：發(fā)電機(jī)出口斷路器合且當(dāng)前無功值小于0。當(dāng)欠勵(lì)限制條件不滿足時(shí)，欠勵(lì)限制不起作用。欠勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)，調(diào)節(jié)器發(fā)“欠勵(lì)限制”報(bào)警信號(hào)，閉鎖減磁操作。

發(fā)電機(jī)V/f限制正常情況下，發(fā)電機(jī)端電壓處于額定水平，發(fā)電機(jī)頻率也在額定頻率，發(fā)電機(jī)及主變壓器的激磁回路不在飽和狀態(tài)。當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率降低時(shí)，如果仍要維持發(fā)電機(jī)端電壓在額定水平，勵(lì)磁電流和主變激磁電流就需要正比增加。當(dāng)頻率降低到一定程度后，激磁回路將處于飽和狀態(tài)，將引起磁路損耗增大、發(fā)熱而損壞。V/f限制的作用，使得發(fā)電機(jī)端電壓隨頻率的降低而成比例的減小，維持發(fā)電機(jī)及主變壓器的激磁回路不進(jìn)入飽和狀態(tài)而損壞。V/f限制模型V/f限制輸出的計(jì)算公式及調(diào)節(jié)模型為：Ug為實(shí)測(cè)的發(fā)電機(jī)電壓；F(%)為實(shí)測(cè)的電壓頻率，以額定頻率50Hz為基準(zhǔn)的百分?jǐn)?shù)表示。Uglim即為可設(shè)定的V/f限制值。V/f限制的輸出VFuegd疊加于電壓給定值Uref，疊加方式是減即減磁作用，降低發(fā)電機(jī)電壓。強(qiáng)勵(lì)頂值限制與過勵(lì)反時(shí)限限制在自動(dòng)方式下，為了提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定極限，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓降低，勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)，勵(lì)磁電流輸出增大，超過額定勵(lì)磁電流。勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)輸出情況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組處于過流狀態(tài)。為了防止強(qiáng)勵(lì)情況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由于過流而燒壞，需要進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)限制。分為強(qiáng)勵(lì)頂值限制和過勵(lì)反時(shí)限限制。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的過流能力表現(xiàn)為反時(shí)限特性。強(qiáng)勵(lì)頂值限制，限制強(qiáng)勵(lì)情況下勵(lì)磁電流的最大輸出，是瞬時(shí)限制。過勵(lì)反時(shí)限限制，根據(jù)反時(shí)限特性，限制勵(lì)磁電流輸出，防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過流損壞。強(qiáng)勵(lì)及過勵(lì)反時(shí)限限制器說明強(qiáng)勵(lì)頂值限制值IFEL按勵(lì)磁標(biāo)準(zhǔn)要求，一般為額定勵(lì)磁電流的1.8~2.0倍。當(dāng)過勵(lì)反時(shí)限限制器動(dòng)作后，把勵(lì)磁電流按0.95倍過勵(lì)限制值0.95IOEL限制（IOEL為過勵(lì)限制值，指最大的長(zhǎng)期允許勵(lì)磁電流，一般為額定勵(lì)磁電流的1.05~1.1倍）。直到勵(lì)磁電流降低到0.95IOEL以下且轉(zhuǎn)子內(nèi)部的過熱積累釋放完畢后再恢復(fù)正常強(qiáng)勵(lì)限制。過勵(lì)反時(shí)限特性計(jì)算方法計(jì)算原則：等效發(fā)熱反時(shí)限特性，由兩點(diǎn)確定限制曲線。遵從PSD-BPA暫態(tài)穩(wěn)定程序的要求。定義：IFEL――強(qiáng)勵(lì)限制值Tq――最大強(qiáng)勵(lì)允許時(shí)間

IOEL――過勵(lì)限制值IL――實(shí)際勵(lì)磁電流值t――IL下的反時(shí)限時(shí)間。反時(shí)限時(shí)間t的計(jì)算公式：

t的最大值，為150s。調(diào)節(jié)器其他的附加功能系統(tǒng)電壓跟蹤恒無功調(diào)節(jié)恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)PSVR軟起勵(lì)功能PT斷線保護(hù)功能電制動(dòng)功能調(diào)節(jié)器功能——軟起勵(lì)tUGIf起勵(lì)根據(jù)整定值爬升穩(wěn)定運(yùn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟起勵(lì)波形附加控制器恒無功控制恒功率因素控制無功釋放控制MUBQBUSQGENPFGENPFBUSQcontrolDischargeP.FcontrolBUS1)GeneratorS恒功率因素恒無功無功釋放整定點(diǎn)AVR整定值1)mainlyusedinindustrialplants勵(lì)磁調(diào)節(jié)器疊加的恒無功控制進(jìn)入方式現(xiàn)地ＬＣＰ或ＳＰＡ操作遠(yuǎn)方接點(diǎn)遠(yuǎn)方串行通訊設(shè)定值現(xiàn)地ＬＣＰ或ＳＰＡ操作遠(yuǎn)方接點(diǎn)遠(yuǎn)方４～２０mA信號(hào)遠(yuǎn)方串行通訊勵(lì)磁調(diào)節(jié)器恒無功控制有效條件有效條件恒Q功能投入、本通道運(yùn)行、發(fā)電機(jī)出口斷路器合。如果定子電流限制器、強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)三者中任一個(gè)動(dòng)作，則恒Q控制能減磁，但不能增磁。如果欠勵(lì)或者低勵(lì)磁電流動(dòng)作，則恒Q控制能增磁，但不能減磁。恒Q控制給定值可以通過通訊設(shè)置為指定值，也可以直接以當(dāng)前無功值作為給定值。當(dāng)有增減磁操作時(shí)，恒Q控制給定值自動(dòng)更新為當(dāng)前無功值，即PQ控制投入時(shí)，增減磁操作直接操作無功給定值。恒Q功能自動(dòng)退出條件：手動(dòng)運(yùn)行、解列或者恒PF投入?？刂凭葹椋骸?%疊加的恒功率因數(shù)控制進(jìn)入方式現(xiàn)地ＬＣＰ或ＳＰＡ操作遠(yuǎn)方接點(diǎn)遠(yuǎn)方串行通訊設(shè)定值現(xiàn)地ＬＣＰ或ＳＰＡ操作遠(yuǎn)方接點(diǎn)遠(yuǎn)方４～２０mA信號(hào)遠(yuǎn)方串行通訊勵(lì)磁調(diào)節(jié)器恒功率因數(shù)控制有效條件有效條件：恒PF功能投入、本通道運(yùn)行、發(fā)電機(jī)出口斷路器合。如果定子電流限制器、強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)三者中任一個(gè)動(dòng)作，則PPF控制能減磁，但不能增磁。如果欠勵(lì)或者低勵(lì)磁電流動(dòng)作，則恒PF控制能增磁，但不能減磁。恒PF控制給定值可以通過通訊設(shè)置為指定值，也可以直接以當(dāng)前功率因數(shù)作為給定值。當(dāng)有增減磁操作時(shí)，恒PF控制給定值自動(dòng)更新為當(dāng)前無功值。恒PF功能自動(dòng)退出條件：手動(dòng)運(yùn)行、解列或者恒Q投入。

PT信號(hào)丟失監(jiān)測(cè)每一通道都有PT信號(hào)丟失監(jiān)測(cè)輔助電源機(jī)端電源機(jī)端電壓勵(lì)磁電流勵(lì)磁電壓并網(wǎng)前機(jī)端供電輔助電源供電啟動(dòng)中觀察機(jī)端電壓是否隨勵(lì)磁電流而變化通過比較機(jī)端電壓和勵(lì)磁電壓決定通過比較機(jī)端電壓電流突變時(shí)是否互動(dòng)決定機(jī)端電流勵(lì)磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子溫度的測(cè)量Rf=f(Uf,Uf,Lrotor,Ubrush)UfIf=0oC0-235oCRotoractual轉(zhuǎn)子電阻Rf勵(lì)磁調(diào)節(jié)器恒控制角模式

這是調(diào)節(jié)器的一種開環(huán)調(diào)節(jié)方式，只能做為試驗(yàn)手段使用。在勵(lì)磁電源它勵(lì)方式下，恒控制角模式可方便地用于發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)。只能通過調(diào)試軟件操作進(jìn)入恒控制角模式。對(duì)調(diào)節(jié)器來說，進(jìn)入恒控制角模式的條件及常規(guī)順序?yàn)椋海?）

勵(lì)磁電流為0；（2）

通過調(diào)試軟件選擇進(jìn)入“恒控制角模式”的命令；（3）

通過調(diào)試軟件選擇“強(qiáng)制開機(jī)”的命令。進(jìn)入恒控制角模式后，調(diào)節(jié)器先進(jìn)行初始化，使控制信號(hào)輸出為最大。之后，可通過調(diào)試軟件設(shè)置控制角，也可通過外部增、減磁操作來調(diào)整控制角。調(diào)節(jié)器退出恒控制角模式的常規(guī)順序?yàn)椋海?）

先把勵(lì)磁電流降為0；（2）

通過調(diào)試軟件選擇“退出強(qiáng)制開機(jī)”的命令；通過調(diào)試軟件選擇進(jìn)入“正常模式”的命令，即退出恒控制角模式，進(jìn)入發(fā)電模式。

通道跟蹤通道間的跟蹤是由調(diào)節(jié)器軟件實(shí)現(xiàn)的，備用通道跟蹤運(yùn)行通道，跟蹤的依據(jù)是兩通道的調(diào)節(jié)輸出（控制信號(hào)）相等。不同于通道內(nèi)的跟蹤，這種跟蹤關(guān)系是可通過人機(jī)界面人工投退。自動(dòng)跟蹤功能保證了從運(yùn)行通道到備用通道的平穩(wěn)切換。切換可能是由于故障引起的自動(dòng)切換（如PT斷相）或人工切換。無論系統(tǒng)是采用雙通道配置還是三通道配置，備用通道總是跟蹤運(yùn)行通道。

系統(tǒng)電壓跟蹤

為了方便發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器還應(yīng)改增設(shè)系統(tǒng)電壓跟蹤功能。系統(tǒng)電壓跟蹤條件為：系統(tǒng)電壓跟蹤功能投入、本通道運(yùn)行、系統(tǒng)電壓大于80%、發(fā)電機(jī)出口斷路器分且定子電流小于10%。定子電流限制（正無功限制）

定子電流限制采用直線計(jì)算公式：曲線見圖3-9。Q為實(shí)測(cè)無功值，Qoelim與Q的差值經(jīng)積分環(huán)節(jié)后，作為定子電流限制的輸出Qoegd疊加于電壓給定值Ugd，疊加方式是減即減磁作用，限制無功增大。定子電流限制有效條件為：發(fā)電機(jī)出口斷路器合且當(dāng)前無功值大于0。當(dāng)定子電流限制條件不滿足時(shí)，限制不起作用。定子電流限制動(dòng)作時(shí)，調(diào)節(jié)器發(fā)“A（B）套定子電流限制動(dòng)作”報(bào)警信號(hào)，閉鎖增磁操作。

過勵(lì)保護(hù)功能

在轉(zhuǎn)子短路等故障情況下，勵(lì)磁電流會(huì)突然增大，此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)需要設(shè)置過勵(lì)保護(hù)。一般情況下過勵(lì)保護(hù)整定值在2.5-3.5倍的額定勵(lì)磁電流。一旦過勵(lì)保護(hù)動(dòng)作，要驅(qū)動(dòng)保護(hù)完成跳閘。容錯(cuò)控制檢測(cè)容錯(cuò) 包括模擬量檢測(cè)容錯(cuò)和開關(guān)量檢測(cè)容錯(cuò)等，如對(duì)PT斷線的檢測(cè)、對(duì)PT相序和CT相序的檢測(cè)，增、減磁接點(diǎn)防粘連，油開關(guān)信號(hào)容錯(cuò)，開停機(jī)信號(hào)容錯(cuò)等。控制容錯(cuò)

包括過勵(lì)限制動(dòng)作限制增磁，欠勵(lì)限制動(dòng)作限制減磁，防止空載誤強(qiáng)勵(lì)，過勵(lì)/欠勵(lì)優(yōu)先權(quán)判斷，PSS輸出故障等。人工增減磁操作條件增磁允許條件：V/F限制、過勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)限制、定子電流限制都沒有動(dòng)作；減磁允許條件：欠勵(lì)限制、低勵(lì)磁電流都沒有動(dòng)作；防粘功能：增磁、減磁分別具備4秒的防粘功能，如果某一個(gè)命令持續(xù)時(shí)間超過4秒，則動(dòng)作無效，直到動(dòng)作復(fù)歸后，下次動(dòng)作才會(huì)有效。如果增磁、減磁都處于正常狀態(tài)，則二者同時(shí)動(dòng)作時(shí)，操作無效。第4部分國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

EXC9000型勵(lì)磁系統(tǒng)概述

EXC9000型全數(shù)字式靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)是廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)的第四代微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是功能軟件化、系統(tǒng)數(shù)字化。該系統(tǒng)的數(shù)字化不僅體現(xiàn)在調(diào)節(jié)器，也體現(xiàn)在功率柜和滅磁柜。勵(lì)磁系統(tǒng)的各個(gè)部分均能實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、智能顯示、智能控制、信息智能傳輸和智能測(cè)試，極大地提高了裝置的可靠性和工藝水平。該勵(lì)磁系統(tǒng)于2005年獲得廣東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。自2003年研制成功推向市場(chǎng)以來，已有國(guó)內(nèi)外上百家電廠數(shù)百臺(tái)機(jī)組應(yīng)用了本系統(tǒng)。主要特點(diǎn)全數(shù)字化的系統(tǒng)；CAN總線實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互聯(lián)；調(diào)節(jié)器采用多CPU模式；AVR+PSS2A調(diào)節(jié)模式；交流采樣技術(shù)；低殘壓快速起勵(lì)；動(dòng)態(tài)均流技術(shù)；多語言人機(jī)界面；完善的通訊功能；功能強(qiáng)大的調(diào)試軟件。調(diào)節(jié)柜兩個(gè)微機(jī)通道一個(gè)模擬通道四塊電路板人機(jī)界面同步變壓器電源系統(tǒng)調(diào)節(jié)器原理框圖調(diào)節(jié)器通道配置A通道B通道C通道電路板件ANB(模擬量板)DIB(開關(guān)量板)LOU(單片機(jī)系統(tǒng)板)IIU(智能I/O板)微機(jī)通道多CPU模式；主CPU調(diào)節(jié)\邏輯控制；DSP交流采樣；單片機(jī)脈沖控制；單片機(jī)故障檢測(cè)；單片機(jī)CAN通訊控制。COMPACTPCI工控機(jī)A通道B通道COMPACTPCI工控機(jī)CPU板I/O板DSP板模擬通道模擬通道以勵(lì)磁電流作為反饋量，其給定由一塊單片機(jī)控制一個(gè)12位精度的串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器得以實(shí)現(xiàn)。用線性集成的PID調(diào)節(jié)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出控制信號(hào)給觸發(fā)板進(jìn)行移相觸發(fā)。彩色液晶觸摸屏型號(hào)：V606eC20廠商：HAKKO尺寸：5.7’’色彩：STN，16色分辨率：320×240人機(jī)界面（主畫面）人機(jī)界面（鏈接畫面）人機(jī)界面（運(yùn)行設(shè)置）彩色液晶顯示器

控制設(shè)置彩色液晶顯示器

故障記錄畫面NR-PSS2006年3月,與清華大學(xué)盧強(qiáng)教授、東北電網(wǎng)公司、白山發(fā)電廠合作研制‘魯棒非線線最優(yōu)勵(lì)磁控制器’。11月，完成了在白山電廠300MW機(jī)組上的試驗(yàn)。2007年7月，通過中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的鑒定，認(rèn)為項(xiàng)目研究水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。組態(tài)編程技術(shù)

使用圖形語言自由定義I/O輸出，是本項(xiàng)目取得的重大技術(shù)進(jìn)步。不同客戶或不同機(jī)組對(duì)I/O輸出要求通常是五花八門的，I/O輸出定義最終要通過修改程序來實(shí)現(xiàn)。修改程序有多種方法，如修改匯編或高級(jí)語言的源代碼，然后通過編譯后送到目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行。另一種方法是依賴操作系統(tǒng)，通過修改梯形圖或組態(tài)軟件方式。這兩種方法讓客戶直接使用都是不合適的，因?yàn)槎家蟛僮髡邔?duì)本系統(tǒng)及編程很熟悉。本項(xiàng)目的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是開發(fā)了一種工具，我們稱之為圖形語言，在本工具的支持下，畫出邏輯原理圖，就會(huì)自動(dòng)生成I/O輸出定義文件，使用者無需掌握計(jì)算機(jī)編程知識(shí)。組態(tài)編程技術(shù)功能強(qiáng)大的調(diào)試軟件

EXC9000勵(lì)磁系統(tǒng)配置了功能強(qiáng)大、完善的調(diào)試軟件，可以很方便地完成輔助調(diào)試、參數(shù)整定及在線修改、故障監(jiān)測(cè)、錄波、機(jī)組試驗(yàn)等功能。

軟件具備完善的示波器功能?？梢酝瑫r(shí)顯示11路模擬信號(hào)，每一路信號(hào)可以獨(dú)立進(jìn)行開關(guān)操