電力系統(tǒng)自動化

電力系統(tǒng)自動化第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述

========基本知識點========一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)的組成二、勵磁控制系統(tǒng)的基本任務(wù)三、勵磁系統(tǒng)的任務(wù)與要求第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)組成第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)組成勵磁功率單元勵磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機系統(tǒng)第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、勵磁控制系統(tǒng)的基本任務(wù)

電壓調(diào)節(jié)無功分配提高發(fā)電機運行穩(wěn)定性提高電力系統(tǒng)運行性能第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1電壓調(diào)節(jié)（1）基本關(guān)系IGUGEqXd第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）外特性①表達式：第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月②曲線A：Eq=1.05，xd=0.1，δ=0；B：Eq=1.05，xd=0.1，δ=20；C：Eq=1.05，xd=0.1，δ=[0,2]；

ABCIQUG第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）勵磁電流對電壓的控制IEF→Eq→UG：勵磁電流可以改變機端電壓，通過調(diào)節(jié)勵磁電流維持機端電壓恒定IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG2第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2無功功率的分配（1）發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)①向量圖②解析式系統(tǒng)～AB第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月③IEF對無功功率的控制

第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）并聯(lián)運行的發(fā)電機間的無功功率分配①無勵磁調(diào)節(jié)

G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2I’Q2I’Q1第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）并聯(lián)運行的發(fā)電機間的無功功率分配②有勵磁調(diào)節(jié)

G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2I’Q1I’Q2第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行穩(wěn)定性（1）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）（2）勵磁提高靜態(tài)穩(wěn)定性恒定的UG：If變→Eq變→UG不變第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4改善電力系統(tǒng)運行條件（1）異步電動機——自啟動（2）同步發(fā)電機——異步運行（3）繼電保護裝置——動作（4）水輪發(fā)電機組——強行勵磁第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月三、勵磁系統(tǒng)的任務(wù)與要求1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)故障勵磁控制功能第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2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)能力電壓上升速度第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-1某電廠有兩臺發(fā)電機在公共母線上并聯(lián)運行，一號機的額定功率為25MW，二號機的額定功率為50MW。兩臺機組的額定功率因數(shù)都是0.85，調(diào)差系數(shù)為0.05。如果系統(tǒng)無功負荷使電廠無功功率的增量為它們總無功容量的20%，問各機組承擔的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-1解：一號機額定無功功率為QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二號機額定無功功率為QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因為兩臺機的調(diào)差系數(shù)均為0.05，所以公共母線上等值機的調(diào)差系數(shù)Kadj也為0.05。母線電壓波動為

ΔU*=-Kadj∑ΔQ∑*=-0.05×0.2=-0.01第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-1解（續(xù)）：各機組無功負荷波動量:ΔQ1*=-ΔU*/Kadj=-(-0.01/0.05)=0.02ΔQ1=ΔQ1*QG1=0.02×15.49=3.10(Mvar)ΔQ2*=-ΔU*/Kadj=-(-0.01/0.05)=0.02ΔQ2=ΔQ2*QG2=0.02×30.99=6.20(Mvar)一號機組無功負荷增加3.10Mvar,二號機組的無功負增加6.20Mvar。因為調(diào)差系數(shù)相等，無功負荷的波動量與它們的容量成正比。第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-2在例2-1中，若一號機的調(diào)差系數(shù)0.04，二號機調(diào)差系數(shù)仍為0.05。當系統(tǒng)無功負荷波動時仍使電廠總無功增加20%，問各機組的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-2解第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

母線電壓波動為

各機組的無功增量

(Mvar)(Mvar)一號機組的無功負荷增加3.56Mvar，二號機組的無功負荷增加5.73Mvar。調(diào)差系數(shù)小的機承擔的無功負荷增量較大。

例2-2解（續(xù)）第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)========基本知識點========直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵磁）交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵磁）發(fā)電機自并勵系統(tǒng)（靜止勵磁系統(tǒng)）第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1原理一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自勵：REE→IEE→UEF勵磁機→發(fā)電機他勵：REE→IEE→UEF副勵→主勵→發(fā)電機第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2特點優(yōu)點：控制方便缺點：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)用中小容量機組（≤100MW）舊型機組第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（1）原理二、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)500Hz副勵磁機100Hz主勵磁機50Hz發(fā)電機起勵電源副勵~~~自勵恒壓調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器主勵交流發(fā)電機第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（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）我國舊型機組第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）原理2無刷勵磁系統(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)副勵~~~勵磁調(diào)節(jié)器主勵交流發(fā)電機第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（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）因為沒有滑動器件第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月三、靜止勵磁系統(tǒng)1原理起勵電源~勵磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月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）水輪機組因為沒有轉(zhuǎn)動勵磁第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)

勵磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場的建立與滅磁

========基本知識點========強勵、滅磁的定義及作用；強勵接線及工作原理；滅磁的方法

第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、磁場建立

1勵磁系統(tǒng)的強勵要求轉(zhuǎn)子勵磁電壓的最大值頂值電壓：UEF,max

強勵倍數(shù)：UEF,max/UEF,N≈1.6-2.0轉(zhuǎn)子磁場的建立速度勵磁機的響應(yīng)速度轉(zhuǎn)子的響應(yīng)速度第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2勵磁機的時間常數(shù)（1）他勵回路方程：回路電流：時間常數(shù)：第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）自勵回路方程：磁化曲線：回路電流：時間常數(shù)：第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3轉(zhuǎn)子磁場的建立時間（1）響應(yīng)時間第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）電壓響應(yīng)比

第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、同步發(fā)電機滅磁1概念：將勵磁繞組的磁場盡快減小到最小程度2要求：

1）滅磁時間要短

2）勵磁繞組的電壓不應(yīng)超過允許值。第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3滅磁方法（1）直流勵磁機——放電滅磁

在勵磁繞組中接入一常數(shù)電阻Rm，將勵磁繞組所儲存的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏牡?。?1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）交流勵磁機——逆變滅磁控制角α在90°～150°范圍內(nèi)整流橋處于逆變運行狀態(tài)。轉(zhuǎn)子儲存的磁場能量就以續(xù)流形式經(jīng)全控橋的逆變狀態(tài)反送到交流電源，使轉(zhuǎn)子磁場能量不斷減少，這樣就達到了滅磁.第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1）理想滅磁條件：

電流在相當大范圍內(nèi)變化時，兩端電壓保持不變.2）快速滅磁開關(guān)滅磁過程中，磁場電流就以等速衰減，直到為零

第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習與作業(yè)

1.何謂強勵？說明比例型勵磁調(diào)節(jié)器和補償型勵磁調(diào)節(jié)器如何實現(xiàn)強勵作用？各自的強勵效果如何？2.強勵的基本作用是什么？衡量強勵性能的指標是什么？3.繼電強行勵磁裝置在實施接線時應(yīng)注意哪些原則？4.何謂滅磁？常見的三種滅磁方法是什么，并加以比較。

第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器原理

========基本知識點========勵磁調(diào)節(jié)器基本功能勵磁調(diào)節(jié)器原理勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)工作特性勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)工作特性的調(diào)整第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、勵磁調(diào)節(jié)器基本功能

保證發(fā)電機在投入和退出電網(wǎng)運行時能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移無功負荷，不引起對電網(wǎng)的沖擊；保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的合理分配。第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

1測量比較單元（1）電壓測量：（2）比較整定：第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

2綜合放大單元

（1）正競比電路：勵磁信號控制（2）負競比電路：電壓/頻率限制器信號（3）信號綜合放大電路：線性放大，雙向限幅（4）互補輸出電路：提高與下一級負載阻抗匹配能力

：第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

3移向觸發(fā)單元

（1）移向觸發(fā)：

（2）整流輸出

：第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月三、勵磁調(diào)節(jié)靜態(tài)工作特性1靜態(tài)工作特性的合成（1）平移發(fā)電機的外特性改變RP值，即Uset整定。實現(xiàn)平穩(wěn)的將發(fā)電機投入和退出電網(wǎng)運行（2）改變發(fā)電機的外特性的斜率調(diào)整調(diào)差系數(shù)Kadj，保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的合理分配。第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（1）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性是指在沒有人工參與調(diào)節(jié)的情況下，發(fā)電機機端電壓與發(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。第52頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月0IG·QIAERUG=UG·NIGQUGabRP大RP大RP小RP小第53頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）發(fā)電機機端電壓調(diào)差率：在自動勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、發(fā)電機功率因數(shù)為零的