發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理

三峽電廠陳小明Chen_xiaoming@部分2021/5/91勵(lì)磁的基本概念什么是勵(lì)磁？導(dǎo)體切割磁力線感生電動(dòng)勢e勵(lì)磁就是提供一個(gè)磁場BE=4.44fNΦ對于發(fā)電機(jī)來說，勵(lì)磁就是產(chǎn)生磁通Φ2021/5/92GActivePower（P）Frequency（f）Reactive

Power（Q）TerminalVoltage（Ug）Governor調(diào)速StaticorBrushlessExcitation勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的兩個(gè)基本控制：勵(lì)磁&調(diào)速電能質(zhì)量：電壓&頻率勵(lì)磁的基本任務(wù)2021/5/93水輪發(fā)電廠原理大壩、水電廠、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁系統(tǒng)水電廠其他控制設(shè)備：繼電保護(hù)、調(diào)速、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、儀表勵(lì)磁與其他控制設(shè)備的最大區(qū)別：連續(xù)反饋控制vs離散控制；365x24小時(shí)在線、發(fā)電機(jī)快速連續(xù)調(diào)節(jié)的唯一手段！2021/5/94汽輪發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)原理2021/5/95發(fā)電機(jī)空載特性發(fā)電機(jī)升壓試驗(yàn)：額定轉(zhuǎn)速、Ug＝f（If）勵(lì)磁作用重要體現(xiàn)之一2021/5/96發(fā)電機(jī)短路特性發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)：額定轉(zhuǎn)速、Ig＝f（If）勵(lì)磁作用重要體現(xiàn)之二2021/5/97

ExcitationSystemExcitationControlSystemSynchronousMachineRegulatorExciterSynchronousMachinePowerSystemBlockdiagrammaccordingIEEE勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)勵(lì)磁重要概念2021/5/98GeneratorU,If

fU,IEEVoltageRegulatorAVR110VDC400VACPotential

TransformersCurrentTransformersOutputofExcitationSystem<MainExciter自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)ForExample勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁與自并勵(lì)I(lǐng)GBT2021/5/99自并勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁裝置就是提供發(fā)電機(jī)磁場電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置及保護(hù)裝置勵(lì)磁控制系統(tǒng)是包括控制對象的反饋控制系統(tǒng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有重要的影響待續(xù)2021/5/910發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理三峽電廠陳小明Chen_xiaoming@第二部分2021/5/911現(xiàn)代勵(lì)磁基礎(chǔ)同軸直流發(fā)電機(jī)（體積大、效率低、容量?。╇娏﹄娮悠骷憾O管、晶閘管（可控硅）、IGBT等PN結(jié)、單相導(dǎo)通特性、可控硅伏安特性可控硅導(dǎo)通條件：正向電壓、正向脈沖可控硅關(guān)斷條件：反向電壓同步電壓、觸發(fā)脈沖、脈寬調(diào)制開關(guān)勵(lì)磁2021/5/912開關(guān)勵(lì)磁原理AC變DCDC變AC非相控電路

不需要同步

小功率

小勵(lì)磁2021/5/913開關(guān)勵(lì)磁原理示意2021/5/914可控硅勵(lì)磁原理三相全控橋電路

α=00:強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)，AC變DC

α=α0:整流狀態(tài)，AC變DC

α=1500:逆變狀態(tài)，DC變AC2021/5/915全控橋與半控橋全控橋：

整流與逆變

整流特征相同

能夠逆變也能續(xù)流

Uf反相恒定

If線性衰減

滅磁快

半控橋：

整流與續(xù)流

整流特征相同

不能逆變只能續(xù)流

Uf＝0

If非線性衰減

滅磁慢

續(xù)流二極管2021/5/916可控硅組件與整流柜2021/5/917三相全控橋電路要點(diǎn)SCR導(dǎo)通順序：1234561234561234……整流狀態(tài)交流變直流，能量供給00<a<900Ud>0逆變狀態(tài)直流變交流，能量反送900<a<1500(1800-0)Ud<0Ud=1.35U2cosaI2＝0.816Id2021/5/918三相全控橋?qū)嶋H電路波形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2021/5/919同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的作用從發(fā)電廠角度研究勵(lì)磁調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓（空載）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功功率（負(fù)載）多臺(tái)發(fā)電機(jī)無功功率分配（調(diào)差）安全可靠運(yùn)行從電力系統(tǒng)角度研究勵(lì)磁提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性（小擾動(dòng)穩(wěn)定）提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性（小擾動(dòng)失穩(wěn)）提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性（大擾動(dòng)穩(wěn)定）改善系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性二次電壓控制安全可靠運(yùn)行。2021/5/920勵(lì)磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響

(a)Eq恒定(勵(lì)磁電流恒定)，內(nèi)功率特性曲線(Eq=常數(shù))（ECR）(b)當(dāng)Eq恒定,Eq’及U的變化(c)

Eq’恒定(發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢恒定)(d)當(dāng)Eq’恒定，Eq及U的變化(e)U恒定(發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定)(f)當(dāng)U恒定，Eq及Eq’的變化(c)和(e)分別維持Eq’和U為恒定時(shí)，發(fā)電機(jī)的功角特性曲線（AVR）維持Eq‘近似不變的外功率特性曲線靜態(tài)穩(wěn)定功率達(dá)到極限，功角大于900

2021/5/921勵(lì)磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響

(a)單機(jī)無限大母線系統(tǒng)(b)短路故障下，功率特性曲線的變化：初始工作曲線1；短路后3；故障切除2

暫態(tài)穩(wěn)定性決定于加速面積abedabcd是否小于或等于減速面積dfed。提高暫態(tài)穩(wěn)定性有兩種方法1、減小加速面積：加快故障切除時(shí)間2、增大減速面積：提高勵(lì)磁電壓響應(yīng)比；提高強(qiáng)勵(lì)電壓倍數(shù)，使故障切除后的發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢Eq迅速上升，增加功率輸出，以達(dá)到增加減速面積的目的。正常工作曲線1；短路曲線3；強(qiáng)勵(lì)使功率特性曲線增加到bc‘段（減少了加速面積）；δ2時(shí)故障切除；強(qiáng)勵(lì)使曲線2的dehg增加到de’h’g

（增大減速面積）；轉(zhuǎn)子功角最大值由δm’降到δm。勵(lì)磁頂值電壓越高，電壓響應(yīng)比越快，勵(lì)磁調(diào)節(jié)對改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。2021/5/922勵(lì)磁對動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響

單機(jī)無窮大系統(tǒng)線性化小偏差理論數(shù)學(xué)模型

當(dāng)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的外接電抗較小，并且發(fā)電機(jī)的輸出功率較低時(shí)，系數(shù)K5為正，這時(shí)AVR的作用是引入了一個(gè)負(fù)的同步轉(zhuǎn)矩和一個(gè)正的阻尼轉(zhuǎn)矩，有利于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；當(dāng)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的外接電抗較大，并且發(fā)電機(jī)的輸出功率較高時(shí)，系數(shù)K5為負(fù)，這時(shí)AVR的作用是引入了一個(gè)正的同步轉(zhuǎn)矩和一個(gè)負(fù)的阻尼轉(zhuǎn)矩不利于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；快速勵(lì)磁系統(tǒng)以及特定參數(shù)條件下造成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性惡化的原因是由于勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的滯后特性所致。2021/5/923電力系統(tǒng)穩(wěn)定簡介電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為三個(gè)電量的穩(wěn)定：電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、功角穩(wěn)定。勵(lì)磁系統(tǒng)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定主要是提高電壓的穩(wěn)定，其次是提高功角穩(wěn)定。頻率穩(wěn)定由調(diào)速器負(fù)責(zé)。功角穩(wěn)定又分為三種：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。靜態(tài)穩(wěn)定是系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后系統(tǒng)的穩(wěn)定性；暫態(tài)穩(wěn)定是大擾動(dòng)后系統(tǒng)在隨后的1－2個(gè)周波的穩(wěn)定性；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是小擾動(dòng)后或者是大擾動(dòng)1－2周波后的，并且采取技術(shù)措施后的穩(wěn)定性，也就是PSS研究的穩(wěn)定性。2021/5/924功角穩(wěn)定比喻腕中放置一個(gè)球，且受到外部的一個(gè)小外力，它就偏離原來的位置。如果這個(gè)腕的高度很矮，像一個(gè)盤子，該球就有可能從碗中掉下來。此時(shí)，我們就說這個(gè)系統(tǒng)靜穩(wěn)不足。提高腕的高度最經(jīng)濟(jì)的辦法就是采用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。。當(dāng)碗中的球受到一個(gè)大的外力，怎樣保證該球不飛出，最主要措施就是快速的繼電保護(hù)。繼保的作用就相當(dāng)于減少這個(gè)外部力量的作用時(shí)間，繼保越快，外力的作用時(shí)間就越短，這個(gè)球就不會(huì)一下子掉下來。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器此時(shí)作用相當(dāng)于自動(dòng)改變這個(gè)腕的坡度，當(dāng)這個(gè)球上升時(shí)增加坡度，當(dāng)這個(gè)球下降時(shí)就減少這個(gè)坡度，使這個(gè)球在碗中滾動(dòng)幅度迅速減小。如果這個(gè)腕和球之間的摩擦很小，這個(gè)球受到擾動(dòng)后在碗中來回滾動(dòng)時(shí)間就很長，特別是，如果這個(gè)擾動(dòng)的外力不斷的來回施加，就比如我們不斷的蕩秋千，這個(gè)球就永遠(yuǎn)不停的來回滾動(dòng)甚至掉下來，我們就說這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性差。這里的摩擦阻力相當(dāng)于電力系統(tǒng)的阻尼，這個(gè)來回不斷施加的外部力量就相當(dāng)于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的負(fù)阻尼。一般來說，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器在電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中起壞作用，產(chǎn)生負(fù)阻尼，使整個(gè)系統(tǒng)阻尼減少。當(dāng)我們在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器中增添PSS裝置，PSS就把自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器原來所產(chǎn)生的負(fù)阻尼變?yōu)檎枘幔喈?dāng)于增加腕和球的摩擦系數(shù)，使球的滾動(dòng)幅度快速減小，于是這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性就滿足要求。待續(xù)2021/5/925發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理三峽電廠陳小明Chen_xiaoming@第三部分2021/5/926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)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)2021/5/927

交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)）組成：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)。

優(yōu)點(diǎn)：它勵(lì)，勵(lì)磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩同軸2021/5/928交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（二機(jī)它勵(lì)）組成：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；AVR控制可控硅的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流，亦稱為兩機(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)。

優(yōu)點(diǎn)：取消副勵(lì)磁機(jī)，軸系長度縮短；缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度慢同軸2021/5/929

自勵(lì)系統(tǒng)（并勵(lì)、復(fù)勵(lì)）自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)組成：勵(lì)磁變壓器、大功率可控硅整流柜、滅磁及過電壓保護(hù)、起勵(lì)設(shè)備、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快缺點(diǎn)：強(qiáng)勵(lì)時(shí)系統(tǒng)電壓變化復(fù)雜交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓變壓器ZB（并聯(lián)變）的副方電壓與勵(lì)磁電流變壓器

GLH（串聯(lián)變）的副方電壓相聯(lián)（相量相加），然后加在可控硅整流橋KZ上。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載情況變化時(shí)，例如電流增大或功率數(shù)降低，則加到可控硅整流橋上的陽極電壓增大，故這種勵(lì)磁方式具有相復(fù)勵(lì)作用。靜止2021/5/930

無刷勵(lì)磁系統(tǒng)

組成：主勵(lì)磁機(jī)（ACL）電樞是旋轉(zhuǎn)的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路。無刷勵(lì)磁系統(tǒng)中的副勵(lì)磁機(jī)（PMG）是一個(gè)永磁式中頻發(fā)電機(jī)，它與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。主勵(lì)磁機(jī)的磁場繞組是靜止的，即它是一個(gè)磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機(jī)。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量等。這些都是需要研究解決的問題旋轉(zhuǎn)2021/5/931

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理圖

移相觸發(fā)器原理：Ut＋Uk＝觸發(fā)脈沖

模擬式移相電路：余弦移相、鋸齒波移相

AVR（自動(dòng)）恒電壓閉環(huán)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器

ECR（手動(dòng)）恒電流閉環(huán)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器電壓給定Ugref

電流給定IfrefPID調(diào)節(jié)計(jì)算限制功能控制電壓Uk

恒無功閉環(huán)：AVR的輔助控制2021/5/932

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成2021/5/933

移相原理模擬電路移相原理數(shù)字移相原理之一

1、首先計(jì)算α角；

2、將α角轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間T；

3、由同步點(diǎn)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)時(shí)間就是α角；

4、計(jì)數(shù)時(shí)間到，觸發(fā)相應(yīng)的可控硅；

5、每隔600再觸發(fā)下一個(gè)可控硅，共6個(gè)可控硅；

6、每發(fā)一個(gè)脈沖，啟動(dòng)脈寬中斷，控制脈沖寬度。2021/5/934

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出脈沖脈沖變壓器作用隔離功率匹配脈沖發(fā)展形式寬脈沖雙脈沖寬高頻脈沖雙高頻脈沖2021/5/935

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能簡介無功補(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)2021/5/936

勵(lì)磁調(diào)差原理與應(yīng)用2021/5/937全控橋強(qiáng)勵(lì)與強(qiáng)減按照Ud=1.35U2cosa，一般強(qiáng)勵(lì)α=150；強(qiáng)減α=1500

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強(qiáng)勵(lì)限制與過勵(lì)限制1、電壓強(qiáng)勵(lì)能力取決于勵(lì)磁變二次電壓（陽極電壓）；

2、電流強(qiáng)勵(lì)能力取決于可控硅電流或者說是功率柜的數(shù)量；

3、強(qiáng)勵(lì)限制是指電流限制倍數(shù)：1.5-2.0倍；功率柜故障取1.1倍；

4、過勵(lì)限制是勵(lì)磁電流限制，大于1.1倍，反時(shí)限，勵(lì)磁電流閉環(huán)；

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欠勵(lì)限制欠勵(lì)動(dòng)作后按照Q閉環(huán)運(yùn)行，欠勵(lì)設(shè)定值與機(jī)端電壓值相關(guān)的設(shè)計(jì)

發(fā)電機(jī)進(jìn)相不能太深，否則定子繞組的端部、磁軛等部件可能過熱，將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全，失磁保護(hù)將動(dòng)作停機(jī)。為了保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，低勵(lì)限制器必須在機(jī)組超過限制區(qū)之前將定子電壓升高，以使機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)回到允許的允許范圍之內(nèi)。2021/5/940定子電流限制（過無功限制、過勵(lì)限制）定子電流限制還可以采用根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率來確定發(fā)電機(jī)允許輸出無功功率的方式來實(shí)現(xiàn)，即過無功限制當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過了限制區(qū)，如果此時(shí)機(jī)組運(yùn)行在進(jìn)相狀態(tài)，則限制器動(dòng)作，增加勵(lì)磁電流；如果此時(shí)機(jī)組在遲相運(yùn)行，則限制動(dòng)作，減少勵(lì)磁電流?？傊ㄗ与娏飨拗破鞯淖饔檬钦{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子電流中的無功分量，使發(fā)電機(jī)電流回到限制區(qū)以內(nèi)運(yùn)行。2021/5/941伏赫限制以及其他輔助功能設(shè)計(jì)U/F限制器是為了保護(hù)機(jī)組及與機(jī)組相連的變壓器過激磁。當(dāng)機(jī)組頻率降低的時(shí)候，為了使機(jī)組的機(jī)端電壓保持恒定，勵(lì)磁系統(tǒng)將會(huì)增加勵(lì)磁電流，此時(shí)，如果機(jī)組在低頻率的情況下使機(jī)端電壓保持在額定值，那么對機(jī)組及所有與機(jī)組相連的變壓器而言，將有可能出現(xiàn)過磁通現(xiàn)象（尤其是主變壓器），從而對機(jī)組及變壓器造成損壞。其他輔助控制功能1、PT斷線保護(hù)功能；2、軟起勵(lì)功能；3、主開關(guān)容錯(cuò)功能；4、同步電壓斷線保護(hù)2021/5/942勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼的原因

阻尼（正、零、負(fù)）VS慣性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定可以理解為機(jī)電振蕩的阻尼問題。AVR造成阻尼變?nèi)?、甚至變?fù)（K5變負(fù))。在—定的運(yùn)行方式及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)下，AVR在維持Ug恒定的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。擾動(dòng)前后：ΔP→Δδ1→Δδ→擺動(dòng)→阻尼→Δδ2→穩(wěn)定傳統(tǒng)勵(lì)磁：低增益慢速（沒有能力管閑事）Δδ→ΔUg→AVR作用小、反應(yīng)慢→ΔUf小→ΔIf小→Δ→ΔP（力矩象限不明）→對Δδ影響極小。現(xiàn)代勵(lì)磁：高增益快速（管閑事幫倒忙）Δδ→ΔUg→AVR作用大、反應(yīng)快→ΔUf大→ΔIf大→Δ→ΔP（力矩第二象限）→產(chǎn)生負(fù)阻尼使原來的阻尼變小，對Δδ負(fù)面影響。AVR+PSS:高增益快速+附加控制系統(tǒng)（管閑事幫正忙）Δδ→ΔUg→AVR作用大、反應(yīng)快→ΔUf大→ΔIf大，Δ→ΔP（力矩第一象限）→產(chǎn)生正阻尼使原來的阻尼變大，對Δδ正面影響。2021/5/943電力系統(tǒng)低頻振蕩本機(jī)振蕩模式地區(qū)性振蕩模式（localmodel）：頻率一般在0.5～2.0Hz；區(qū)域間振蕩模式（interareamodel、tielinemodel）：頻率一般在0.1～0.5Hz）。小系統(tǒng)：0.5～2.5Hz；大系統(tǒng)：0.2～2.5Hz；全國聯(lián)網(wǎng)：0.1～2.0Hz；

解決勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼，造成系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩的方法是附加控制，即電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器，各種智能控制器。依據(jù)F.D.迪米洛和C.康柯迪亞理論設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Powersystemstabilizer)，簡稱PSS，即為抑制系統(tǒng)低頻振蕩和提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性而設(shè)置的。2021/5/944電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理

建立δ－ω平面坐標(biāo)系T1：勵(lì)磁產(chǎn)生的電磁力矩T2：PSS產(chǎn)生的電磁力矩ΔPSS:附加勵(lì)磁控制信號(hào)AVR(PID)＋PSS產(chǎn)生的電磁力矩

PSS輸入信號(hào)Δω、Δδ、Pe、ΔP、Δf測量軸轉(zhuǎn)速Δω，測量和處理比較復(fù)雜,軸系扭轉(zhuǎn)的處理更加困難，使用較少測量過剩功率ΔP，測量和處理更加復(fù)雜,輸入信號(hào)多，使用也少測量電功率Pe，在假定機(jī)械功率不變的情況下，可以得到過剩功率ΔP，使用廣泛，效果不錯(cuò)。但在原動(dòng)機(jī)功率變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。測量機(jī)端電壓頻率△f，克服了Δω測量處理上的困難，但由于發(fā)電機(jī)電抗的影響，△f與頻差Δω不完全一致，因而效果上稍差。2021/5/945PSS模型簡介輸入量、優(yōu)缺點(diǎn)、反調(diào)加速電功率型PSSPSS1APSS2APSS2B2021/5/946投退PSS負(fù)載階躍試驗(yàn)錄波時(shí)域分析待續(xù)2021/5/947發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理三峽電廠陳小明Chen_xiaoming@第四部分2021/5/948勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制原理簡圖Ugset為機(jī)端電壓設(shè)定值，Ugact為機(jī)端電壓實(shí)際值，Uk為控制電壓，Vs為勵(lì)磁電源電壓，Tc為機(jī)端電壓采樣時(shí)間常數(shù)，TF為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓反饋時(shí)間常數(shù)，PI為比例-積分控制，TSCR、Tg分別為可控硅整流橋等效時(shí)間常數(shù)和發(fā)電機(jī)等效時(shí)間常數(shù)2021/5/949勵(lì)磁調(diào)節(jié)器手動(dòng)控制原理簡圖Ifset和Ifact分別表示轉(zhuǎn)子電流的設(shè)定值和實(shí)際值,Uk為控制電壓，Vs為勵(lì)磁電源電壓，Tc為機(jī)端電壓采樣時(shí)間常數(shù)，TF為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓反饋時(shí)間常數(shù)，PI為比例-積分控制，TSCR、Tg分別為可控硅整流橋等效時(shí)間常數(shù)和發(fā)電機(jī)等效時(shí)間常數(shù)2021/5/950勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制模型簡化2021/5/951AVR與各限制器關(guān)系VREF設(shè)定值、VC測量值、VSPSS輸出、VUEL欠勵(lì)、VOEL過勵(lì)、IFD勵(lì)磁電流、VF勵(lì)磁電壓、比較門、PID2021/5/952西門子勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與各限制器關(guān)系2021/5/953勵(lì)磁調(diào)節(jié)器三種控制模式結(jié)構(gòu)2021/5/954機(jī)組無功調(diào)節(jié)原理框圖自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)AVC機(jī)組無功聯(lián)控模式（自動(dòng)）機(jī)組無功單控模式（手動(dòng)）機(jī)組現(xiàn)地監(jiān)控裝置CSCS1、設(shè)定值直接下達(dá)；2、監(jiān)控?zé)o功閉環(huán)，采用脈沖寬度調(diào)節(jié)。2021/5/955

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件簡介MEC－20/30硬件簡介（多通道、雙調(diào)節(jié)模式）STD雙/三工控機(jī)：CPU+A/D+D/A+I/O+測量板＋同步板＋顯示板＋自檢板＋通訊板(雙機(jī)、調(diào)試）測量回路：Ug、Ig、If、Uf、Ut，測量變壓器、衰減器電源回路：AC＋DC繼電器板：輸入＋輸出2021/5/956

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件簡介軟件語言發(fā)展匯編語言C語言可編程語言列表語言圖形語言組態(tài)語言技術(shù)（ABBUNITROL5000勵(lì)磁組態(tài)語言）待續(xù)2021/5/957發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理三峽電廠陳小明Chen_xiaoming@第五部分2021/5/958發(fā)電機(jī)事故滅磁滅磁的主要目的

在機(jī)組故障情況下斷開滅磁開關(guān)、導(dǎo)通滅磁回路(a,b,c,d4)快速吸收轉(zhuǎn)子能量衡量發(fā)電機(jī)滅磁性能指標(biāo)有兩個(gè)：滅磁速度和滅磁電壓。其要求是速度快即滅磁時(shí)間短，滅磁電壓不能超過轉(zhuǎn)子允許電壓值。最優(yōu)的滅磁系統(tǒng)是滅磁電壓較高且在滅磁過程中保持恒定，只有這樣，滅磁電流才能按線性方式衰減，其滅磁時(shí)間才最短。最優(yōu)的滅磁系統(tǒng)稱為理想滅磁系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)滅磁電阻RE可控硅整流橋cdIf,Uf[p.u.]tt=0ba理想滅磁、SIC滅磁、線性電阻滅磁2021/5/959滅磁開關(guān)的種類滅磁開關(guān)分類：單斷口、雙斷口、多斷口（主斷口、弧斷口、放電斷口即常閉觸頭）2021/5/960滅磁開關(guān)結(jié)構(gòu)選擇1、具有常閉輔助斷口的滅磁開關(guān)最適合放電滅磁方式，也是專用滅磁開關(guān)的標(biāo)志；2、雙斷口滅磁開關(guān)比單斷口滅磁開關(guān)更加適合勵(lì)磁回路的應(yīng)用，檢修試驗(yàn)方便；3、設(shè)置專用的弧觸頭有利于保護(hù)主觸頭，維護(hù)工作量少；4、采用短電弧柵滅弧原理，即采用金屬滅弧柵滅弧罩，吸熱好，電弧穩(wěn)定；電磁吹弧簡單DMX和CEX滅磁開關(guān)結(jié)構(gòu)最好、是專業(yè)滅磁開關(guān)，推薦使用2021/5/961滅磁電阻的種類線性電阻1（大功率）（慢）非線性電阻（低場強(qiáng)大電流）碳化硅滅磁電阻2

（SiC）（稍快）氧化鋅滅磁電阻3

（ZnO）（最快）滅磁電阻伏安特性曲線2021/5/962滅磁方式種類串聯(lián)滅磁、并聯(lián)滅磁電路原理比較2021/5/963直流滅磁原理分析滅磁換流公式Uk±Uz≥UL整流：Uk－

Uz≥UL，Uk要求高，不推薦使用；逆變：Uk＋

Uz≥UL，Uk要求低，直流滅磁推薦；封脈沖：Uk±Uz≥UL，Uz交變，交流滅磁推薦。a＝90°Uz波形2021/5/964封脈沖下的交流滅磁原理滅磁換流公式：Uk±Uz≥UL2021/5/965脈沖正常下交流滅磁原理＋A-A＋B＋C-C-B導(dǎo)通周期120°60°滅磁過程簡述：1、KA+、KB+導(dǎo)通時(shí)分開關(guān)；2、MKB分?jǐn)?；MKA和MKC無法關(guān)斷，電弧燃燒；3、KB+不導(dǎo)通，KA+無法關(guān)斷；4、KA-導(dǎo)通、KC-被關(guān)斷；5、KA+和KA-導(dǎo)通，電流續(xù)流；6、MKA、MKC關(guān)斷。SCR關(guān)斷條件脈沖順序2021/5/966交流滅磁原理結(jié)論1、在交流滅磁過程中，如果能夠切除脈沖，勵(lì)磁變二次側(cè)交流電壓的負(fù)半波就會(huì)引導(dǎo)勵(lì)磁電流進(jìn)入滅磁電阻，使得交流滅磁開關(guān)安全分?jǐn)?，快速滅磁任?wù)完成。2、在脈沖正常的條件下進(jìn)行交流滅磁，會(huì)造成勵(lì)磁電流經(jīng)同相可控硅短路，盡管交流滅磁開關(guān)也可以安全分?jǐn)?，但滅磁電阻無法投入工作，放電滅磁變?yōu)槔m(xù)流滅磁，達(dá)不到快速滅磁的目的。2021/5/967交直流滅磁與轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)電路滅磁命令逆變勵(lì)磁電流下降到零閉鎖脈沖逆變終止合S107跳S102跳S101中間繼電器2021/5/968轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)配置與跨接器原理1、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)配置：非線性電阻、跨接器、阻容保護(hù)、一體化阻容保護(hù)、阻斷式阻容保護(hù)；2、跨接器原理接線、BOD元件原理；3、壓敏電阻、可控硅阻容保護(hù)等配置原則。2021/5/969交直流滅磁電壓波形實(shí)錄2021/5/970水輪發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)滅磁區(qū)別轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同：空心與實(shí)心滅磁要求就不同：快速與慢速轉(zhuǎn)子繞組：勵(lì)磁繞組、阻