發(fā)電廠勵磁系統(tǒng)原理【稀缺資源路過別錯過】

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)原理水輪發(fā)電廠原理大壩、水電廠、水輪機、發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子、勵磁系統(tǒng)水輪發(fā)電廠轉(zhuǎn)子n=60f/P勵磁繞組〔d軸〕阻尼繞組〔d軸、q軸〕勵磁的根本概念什么是勵磁？導(dǎo)體切割磁力線感生電動勢e勵磁就是提供一個磁場BE=4.44fNΦ對于發(fā)電機來說，勵磁就是產(chǎn)生磁通Φ4.44:有效值系數(shù)F:勵磁條件與影響N:機端電壓影響Φ:與勵磁電流關(guān)系GFrequency（f）

ActivePower（P）Reactive

Power（Q）TerminalVoltage（Ug）Governor調(diào)速Excitation勵磁功角含義〔電氣量與空間量〕、靜穩(wěn)極限Pmax、系統(tǒng)穩(wěn)定余度〔Pmax/P〕、功角范圍〔機組小于系統(tǒng)〕勵磁的根本任務(wù)功角δ發(fā)電機空載特性發(fā)電機升壓試驗：額定轉(zhuǎn)速、Ug＝f〔If〕1、一致性2、空載勵磁電流和電壓參數(shù)3、發(fā)電機變壓器組空載特性4、過激磁概念E=4.44kwfNΦU=4.44fNΦmU=4.44kwfNΦm發(fā)電機短路特性發(fā)電機升流試驗：額定轉(zhuǎn)速、Ig＝f〔If〕1、線性與三相一致2、電氣制動設(shè)置點3、主變高壓側(cè)短路特性：測短路主抗

ExcitationSystemExcitationControlSystemSynchronousMachineRegulatorExciterSynchronousMachinePowerSystemBlockdiagrammaccordingIEEE

勵磁系統(tǒng)勵磁控制系統(tǒng)勵磁重要概念

現(xiàn)在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用單軸直流電勵磁；發(fā)電機勵磁系統(tǒng)科研主要內(nèi)容：雙軸勵磁；交流電勵磁；勵磁系統(tǒng)新科技

現(xiàn)在勵磁控制系統(tǒng)規(guī)律大多采用傳統(tǒng)經(jīng)典控制理論：PID+PSS勵磁控制系統(tǒng)科研主要內(nèi)容：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS；線性最優(yōu)控制規(guī)律〔華中科技大學(xué)〕；非線性最優(yōu)控制規(guī)律〔清華大學(xué)〕。勵磁控制系統(tǒng)新科技電力系統(tǒng)勵磁控制開展過程：PID控制；PSS控制線性最優(yōu)控制LO－PSS〔LinearOptimalControl〕非線性最優(yōu)控制NO－PSS〔NonlinearOptimalControl〕非線性魯棒控制NR－PSS〔NonlinearRobustControl〕

PID勵磁控制理念KΔVG控制20ΔVG如K=100GeneratorU,If

fU,IEEVoltageRegulatorAVR110VDC400VACPotential

TransformersCurrentTransformersOutputofExcitationSystem<MainExciter自并勵勵磁系統(tǒng)ForExample勵磁機他勵與自并勵I(lǐng)GBT他勵：勵磁電源取自勵磁機或廠用電等；自勵：勵磁電源取自發(fā)電機本身，可靠性高，但需采取措施保證強勵能力。勵磁系統(tǒng)的組成與分類自動電壓調(diào)節(jié)器AVR、ECR/FCR〔勵磁調(diào)節(jié)器〕勵磁電源〔勵磁機、勵磁變壓器〕整流器〔AC/DC變換，SCR、二極管〕滅磁與轉(zhuǎn)子過電壓保護 按勵磁電源分類：直流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng)自并勵勵磁系統(tǒng)按響應(yīng)速度分類：慢速勵磁系統(tǒng)快速勵磁系統(tǒng)高起始勵磁系統(tǒng)調(diào)輔助整流柜〔功率柜〕直流滅磁滅磁節(jié)控制制動整流柜開關(guān)柜電阻柜器柜〔柔性制動〕S101S106+S107三峽電廠右岸勵磁系統(tǒng)完全柔性制動系統(tǒng)THYRIPOL直流勵磁機系統(tǒng)〔開關(guān)勵磁〕同軸開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，且勵磁電源可靠，不受電力系統(tǒng)電壓波動的影響。另外，不存在可控整流橋的觸發(fā)同步問題，控制簡便，運行可靠性高。交流勵磁機系統(tǒng)〔三機它勵〕組成：交流主勵磁機〔ACL〕和交流副勵磁機〔ACFL〕都與發(fā)電機同軸。副勵磁機是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機機端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機作副勵磁機的，亦稱三機它勵勵磁系統(tǒng)。優(yōu)點：它勵，勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩同軸交流勵磁機系統(tǒng)〔二機它勵〕組成：交流主勵磁機經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流；AVR控制可控硅的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流，亦稱為兩機它勵勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)沒有副勵磁機，交流勵磁機的勵磁電源由發(fā)電機出口電壓經(jīng)勵磁變壓器后獲得，自動勵磁調(diào)節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角，以調(diào)節(jié)交流勵磁機勵磁電流，交流勵磁機輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子，亦稱為兩機一變勵磁系統(tǒng)。

優(yōu)點：取消副勵磁機，軸系長度縮短；缺點：調(diào)節(jié)速度慢同軸交流勵磁機與自幷勵發(fā)電機同軸自勵系統(tǒng)〔并勵、復(fù)勵〕自并勵勵磁系統(tǒng)組成：勵磁變壓器、大功率可控硅整流柜、滅磁及過電壓保護、起勵設(shè)備、自動電壓調(diào)節(jié)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快缺點：強勵時系統(tǒng)電壓變化復(fù)雜交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)鼓勵磁系統(tǒng)勵磁電壓變壓器ZB〔并聯(lián)變〕的副方電壓與勵磁電流變壓器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)電機負(fù)載情況變化時，例如電流增大或功率數(shù)降低，那么加到可控硅整流橋上的陽極電壓增大，故這種勵磁方式具有相復(fù)勵作用。靜止

交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵與自幷勵靜止交流自復(fù)勵缺點〔有刷勵磁〕靜止

無刷勵磁系統(tǒng)

組成：主勵磁機〔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)電機轉(zhuǎn)子回路。無刷勵磁系統(tǒng)中的副勵磁機〔PMG〕是一個永磁式中頻發(fā)電機，它與發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)。主勵磁機的磁場繞組是靜止的，即它是一個磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機。無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵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)

無刷勵磁系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)自并勵磁系統(tǒng)勵磁裝置就是提供發(fā)電機磁場電流的裝置，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裝置勵磁控制系統(tǒng)是包括控制對象的反響控制系統(tǒng)整流器輸入開關(guān)的定義：滅磁開關(guān)&隔離開關(guān)：按是否投滅磁電阻而定現(xiàn)代勵磁根底同軸直流發(fā)電機〔體積大、效率低、容量小〕電力電子器件：二極管、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)勵磁可控硅勵磁原理三相全控橋電路

α=00:強勵狀態(tài)，AC變DC

α=α0:整流狀態(tài)，AC變DC

α=1500:逆變狀態(tài)，DC變AC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)流二極管三相全控橋電路要點SCR導(dǎo)通順序：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＝0.816Id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)、脈沖變等同步發(fā)電機勵磁的作用勵磁是發(fā)電機勵磁，也是系統(tǒng)的勵磁，但更重要的還是發(fā)電機勵磁勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

1、同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的最根本和最主要的任務(wù)是維持發(fā)電機電壓在給定水平上1.1、第一，保證電力系統(tǒng)運行設(shè)備的平安。1.2、第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性1.3、第三，提高維持發(fā)電機電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。2、同步電機勵磁系控制統(tǒng)的重要任務(wù)是提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性盡管勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的改善，都有顯著的作用，而且也是改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施中，最為簡單、經(jīng)濟而有效的措施。但是，穩(wěn)定問題還是各有重點，各有分工：靜穩(wěn)由自動電壓調(diào)節(jié)器和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行調(diào)度負(fù)責(zé)；暫穩(wěn)主要由繼電保護負(fù)責(zé)，動穩(wěn)主要由勵磁PSS負(fù)責(zé)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定簡介電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為三個電量的穩(wěn)定：電壓穩(wěn)定〔勵磁、無功平衡、電壓崩潰、人工干預(yù)：增加Q〕頻率穩(wěn)定〔調(diào)速、有功平衡、安穩(wěn)裝置切機、自動減載〕功角穩(wěn)定〔P、Q變化〕。勵磁系統(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)定和動態(tài)穩(wěn)定。靜態(tài)穩(wěn)定是系統(tǒng)受到小擾動后系統(tǒng)的穩(wěn)定性〔不發(fā)生非周期性的振蕩〕〔穩(wěn)定余度好極限功率問題、安穩(wěn)切機問題〕；暫態(tài)穩(wěn)定是大擾動后系統(tǒng)在隨后的1－2個周波的穩(wěn)定性；〔周期性振蕩〕〔安穩(wěn)切機問題、繼電保護問題〕；動態(tài)穩(wěn)定是微小擾動或者是大擾動1－2周波后〔暫穩(wěn)后期〕，因自動調(diào)節(jié)作用產(chǎn)生的穩(wěn)定性穩(wěn)定〔勵磁PSS問題〕。靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后,不發(fā)生非周期性失步，自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。穩(wěn)定導(dǎo)那么還規(guī)定，在有防止事故擴大的相應(yīng)措施的情況下，水電廠送出線路或次要輸電線路以下情況下允許只按靜態(tài)穩(wěn)定儲藏送電。暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大擾動后,各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)是電網(wǎng)遭受每一次大擾動后，引起電力系統(tǒng)各機組之間功角相對增大，在經(jīng)過第一或第二個振蕩周期不失步，作同步的衰減振蕩，系統(tǒng)中樞點電壓逐漸恢復(fù)。動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長過程的運行穩(wěn)定性的能力。動態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)是在受到小的或大的擾動后，在動態(tài)搖擺過程中發(fā)電機相對功角和輸電線路功率呈衰減振蕩狀態(tài)，電壓和頻率能恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)。我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)那么定義勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響

(a)Eq恒定(勵磁電流恒定)，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)電機機端電壓恒定)(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，發(fā)電機的功角特性曲線〔AVR〕0.4、0.77和1.0維持Eq‘近似不變的外功率特性曲線靜態(tài)穩(wěn)定功率到達極限，功角大于900靜穩(wěn)定破壞舉例：華北電網(wǎng)大〔同〕－房〔山〕線靜穩(wěn)定破壞事故1985年10月，大同電廠＃2機〔額定有功200MW〕通過220kV大房線向比較送電。因勵磁調(diào)節(jié)器自動通道有問題，發(fā)電機處于手動調(diào)節(jié)勵磁的狀態(tài)下運行。發(fā)電機于130MW狀態(tài)下已穩(wěn)定運行很長時間，發(fā)電機勵磁電流〔轉(zhuǎn)子電流〕約為1000A。當(dāng)電廠運行人員根據(jù)調(diào)度要求把發(fā)電機有功出力增加到170MW后，發(fā)電機與系統(tǒng)失去同步，發(fā)電機失步保護動作后，由于種種原因，造成機組超速，汽輪機嚴(yán)重?fù)p壞而報廢。事故調(diào)查得知，運行人員在增加發(fā)電機的有功時〔直到失步〕沒有同時增加發(fā)電機的勵磁電流，事故后的仿真研究證明，〔1〕發(fā)電機為1000A時的靜穩(wěn)定極限就是170MW，〔2〕如果發(fā)電機是在自動勵磁調(diào)節(jié)的狀態(tài)下運行，其靜穩(wěn)定極限大于200MW，〔3〕即使發(fā)電機處于手動調(diào)節(jié)勵磁的狀態(tài)下運行，如果在增加有功出力的同時，運行人員能適當(dāng)增加發(fā)電機的勵磁，也可以防止發(fā)電機與系統(tǒng)失步的事故發(fā)生。勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響

(a)單機無限大母線系統(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：加快故障切除時間2、增大減速面積：提高勵磁電壓響應(yīng)比；提高強勵電壓倍數(shù)，使故障切除后的發(fā)電機內(nèi)電勢Eq迅速上升，增加功率輸出，以到達增加減速面積的目的。正常工作曲線1；短路曲線3；強勵使功率特性曲線增加到bc‘段〔減少了加速面積〕；δ2時故障切除；強勵使曲線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。勵磁頂值電壓越高，電壓響應(yīng)越快，勵磁調(diào)節(jié)對改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。但負(fù)面影響越大。正確的思路是在不影響勵磁可靠性的根底上強調(diào)勵磁強勵倍數(shù)。〔水電2倍;國標(biāo)2倍+80%=2.5;三峽2.5+80%=3.125;<1000V,OK〕勵磁對動態(tài)穩(wěn)定的影響

單機無窮大系統(tǒng)線性化小偏差理論數(shù)學(xué)模型〔菲利普斯-海佛曼模型〕〔F.P.deMelloandC.Concordia.〕發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程：ΔΡ、Δω、Δδ。K1主要是同步力矩環(huán)節(jié)；D轉(zhuǎn)子阻尼環(huán)節(jié)；K4發(fā)電機去磁電樞反響；K5勵磁正負(fù)阻尼系數(shù)；K2和K6主要是勵磁阻尼力矩環(huán)節(jié)。K5為正，這時AVR的作用是引入了一個負(fù)的同步轉(zhuǎn)矩和一個正的阻尼轉(zhuǎn)矩，有利于動態(tài)穩(wěn)定；當(dāng)發(fā)電機與系統(tǒng)的外接電抗較大，并且發(fā)電機的輸出功率較高時，系數(shù)K5為負(fù)，這時AVR的作用是引入了一個正的同步轉(zhuǎn)矩和一個負(fù)的阻尼轉(zhuǎn)矩不利于動態(tài)穩(wěn)定；功角穩(wěn)定比喻腕中放置一個球，且受到外部的一個小外力，它就偏離原來的位置。如果這個腕的高度很矮，像一個盤子，該球就有可能從碗中掉下來。此時，我們就說這個系統(tǒng)靜穩(wěn)缺乏。提高腕的高度最經(jīng)濟的方法就是采用自動電壓調(diào)節(jié)器。當(dāng)碗中的球受到一個大的外力，怎樣保證該球不飛出，最主要措施就是快速的繼電保護。繼保的作用就相當(dāng)于減少這個外部力量的作用時間，繼保越快，外力的作用時間就越短，這個球就不會一下子掉下來。自動電壓調(diào)節(jié)器此時作用相當(dāng)于自動改變這個腕的坡度，當(dāng)這個球上升時增加坡度，當(dāng)這個球下降時就減少這個坡度，使這個球在碗中滾動幅度迅速減小。當(dāng)腕和球之間的摩擦很小，這個球受到擾動后在碗中滾動幅度大且時間長。動穩(wěn)定影響到電力系統(tǒng)阻尼，就如同影響這個碗中的摩擦系數(shù)一樣，正阻尼就是增大摩擦系數(shù)，負(fù)阻尼減少摩擦系數(shù)。當(dāng)這個球在滾動中，如果有一個外力在其上升時幫助其上升，在其下降時幫助其下降，這個球的滾動幅度就越滾越大，反之就越滾越小并最終停下來。PSS的作用就是增加阻尼。勵磁負(fù)阻尼比喻：蕩秋千在蕩秋千中，我們停止外力，秋千就會在摩擦系數(shù)的作用下慢慢停下；當(dāng)我們外加使秋千停下來的外力，它就會馬上停下；當(dāng)我們外加使這個秋千蕩起來的外力，它就越蕩越高。電力系統(tǒng)的動穩(wěn)就像蕩秋千一樣，勵磁負(fù)阻尼，就產(chǎn)生一個使秋千蕩起來的外力，勵磁正阻尼產(chǎn)生一個使秋千停下來的外力。比較這兩個外力，主要的問題就是作用在秋千上的時間不同，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電感，勵磁對秋千所產(chǎn)生的外力總是滯后，正是這種滯后效應(yīng)造成勵磁負(fù)阻尼。如果我們用PSS的超前環(huán)節(jié)來校正這個滯后作用，勵磁的負(fù)阻尼就變?yōu)檎枘?，這就是PSS的原理。勵磁產(chǎn)生負(fù)阻尼的原因阻尼〔正、零、負(fù)〕VS慣性動態(tài)穩(wěn)定可以理解為機電振蕩的阻尼問題。AVR造成阻尼變?nèi)?、甚至變?fù)〔K5變負(fù))。在—定的運行方式及勵磁系統(tǒng)參數(shù)下，AVR在維持Ug恒定的同時，會產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。擾動前后：ΔP→Δδ1→Δδ→擺動→阻尼→Δδ2→穩(wěn)定傳統(tǒng)勵磁：低增益慢速〔沒有能力管閑事〕Δδ→ΔUg→AVR作用小、反響慢→ΔUf小→ΔIf小→Δ→ΔP〔力矩象限不明〕→對Δδ影響極小?，F(xiàn)代勵磁：高增益快速〔管閑事幫倒忙〕Δδ→ΔUg→AVR作用大、反響快→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、反響快→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。電力系統(tǒng)低頻振蕩本機振蕩模式地區(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)動態(tài)穩(wěn)定性而設(shè)置的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理建立δ－ω平面坐標(biāo)系T1：勵磁產(chǎn)生的電磁力矩T2：PSS產(chǎn)生的電磁力矩ΔPSS:附加勵磁控制信號AVR(PID)＋PSS產(chǎn)生的電磁力矩PSS輸入信號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,輸入信號多，使用也少測量電功率Pe，在假定機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。但在原動機功率變化時會出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。測量機端電壓頻率△f，克服了Δω測量處理上的困難，但由于發(fā)電機電抗的影響，△f與頻差Δω不完全一致，因而效果上稍差。PSS模型簡介輸入量、優(yōu)缺點、反調(diào)加速電功率型PSSPSS1APSS2APSS2B投退PSS負(fù)載階躍試驗錄波時域分析國外發(fā)生“低頻振蕩〞實例96年8月10日，當(dāng)天美國WSCC處于水電大發(fā),向南輸送很重的負(fù)荷.由于一條500Kv聯(lián)絡(luò)線故障斷開,潮流轉(zhuǎn)移使得局部地區(qū)電壓偏低,此時一個水電廠13臺機組由于勵磁誤動而相繼斷開，系統(tǒng)出現(xiàn)了0.24Hz左右的增幅低頻振蕩，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定,解列成數(shù)個小系統(tǒng)。值得特別注意的是加拿大PowertechLabInc.公司事后作的仿真研究證明，如果把南加卅(系統(tǒng)受端)一臺機組PSS參數(shù)重新調(diào)整，另一臺機組的PSS由退出狀態(tài)改成投入狀態(tài)，那么上述負(fù)阻尼增幅振蕩不會出現(xiàn)。。上圖為實際錄波曲線，以下圖為仿真曲線。國內(nèi)發(fā)生過許屢次“低頻振蕩〞〔1〕國內(nèi)發(fā)生過許屢次“低頻振蕩〞〔2〕2003年2月23日、3月6日和3月7日的上午7時至8時間，在南方電網(wǎng)的云南至天生橋〔羅馬線〕、天生橋至廣東、廣東至香港的聯(lián)絡(luò)線上，出現(xiàn)過5次低頻振蕩。圖4-4為2月23日的羅馬線功率的錄波圖。經(jīng)過分析和研究，這些低頻振蕩都是勵磁系統(tǒng)的負(fù)阻尼作用引起的，在當(dāng)時的運行方式下，羅馬線功率大于630MW時，就會出現(xiàn)低頻增幅振蕩。分析和研究還說明，只要在相應(yīng)的機組上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就可以制止這種低頻振蕩的發(fā)生國內(nèi)發(fā)生過許屢次“低頻振蕩〞〔3〕2005年9月，華北電網(wǎng)也曾發(fā)生過負(fù)阻尼低頻振蕩，是蒙西電網(wǎng)的萬家寨電廠對主網(wǎng)的低頻振蕩。主要原因也是萬家寨水電廠的機組雖然配有電力系統(tǒng)穩(wěn)定器但沒有投入運行。2006年西北電網(wǎng)也曾發(fā)生過負(fù)阻尼低頻振蕩。青海公伯峽水電廠有5臺300MW水輪發(fā)電機組，裝機容量1500MW，電力通過330kV和750kV輸電線路送到負(fù)荷中心。2006年西北電網(wǎng)進行電網(wǎng)試驗時，在公伯峽外送電力到達1000MW出現(xiàn)了低頻振蕩，查其原因，是因為公伯峽5臺機組只有一臺機組完成了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的試驗，并投入了運行，其它4臺機組的穩(wěn)定器沒有完成調(diào)整、試驗，沒有投入運行。在緊急組織人力完成全部PSS試驗并全部投入運行后，公伯峽1500MW的電力全部送出都沒有出現(xiàn)低頻振蕩。2007年2月，廣西電網(wǎng)也曾發(fā)生過負(fù)阻尼低頻振蕩，是廣西的平班電廠對主網(wǎng)的低頻振蕩。主要原因也是平班水電廠的機組雖然配有電力系統(tǒng)穩(wěn)定器但沒有投入運行。

勵磁調(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〕恒電壓閉環(huán)自動電壓調(diào)節(jié)器ECR〔手動〕恒電流閉環(huán)勵磁電流調(diào)節(jié)器電壓給定Ugref電流給定IfrefPID調(diào)節(jié)計算限制功能控制電壓Uk恒無功閉環(huán)：AVR的輔助控制PSSUgactUgrefIfrefIfactIfregUregUfreg

勵磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成

勵磁調(diào)節(jié)器功能簡介無功補償〔調(diào)差〕強勵電流限制〔快速限制〕過勵限制〔勵磁電流慢速、反時限〕欠勵限制〔P-Q〕定子電流限制〔過無功限制〕伏赫限制〔V/HZ、U/F〕〔過激磁〕軟起勵功能PSS功能電制動功能PT斷線保護

強勵限制與過勵限制1、電壓強勵能力取決于勵磁變二次電壓〔陽極電壓〕；

2、電流強勵能力取決于可控硅電流或者說是功率柜的數(shù)量；

3、強勵限制是指電流限制倍數(shù)：倍；功率柜故障取1.1倍；

4、過勵限制是勵磁電流限制，大于1.1倍，反時限，勵磁電流閉環(huán)。

欠勵限制欠勵動作后按照Q閉環(huán)運行，欠勵設(shè)定值與機端電壓值相關(guān)的設(shè)計

發(fā)電機進相不能太深，否那么定子繞組的端部、磁軛等部件可能過熱，將嚴(yán)重影響發(fā)電機的運行平安，失磁保護將動作停機。為了保證機組的穩(wěn)定運行，低勵限制器必須在機組超過限制區(qū)之前將定子電壓升高，以使機組運行點回到允許的允許范圍之內(nèi)。定子電流限制〔過無功限制、過勵限制〕定子電流限制還可以采用根據(jù)發(fā)電機輸出的有功功率來確定發(fā)電機允許輸出無功功率的方式來實現(xiàn)，即過無功限制當(dāng)發(fā)電機電流超過了限制區(qū)，如果此時機組運行在進相狀態(tài)，那么限制器動作，增加勵磁電流；如果此時機組在遲相運行，那么限制動作，減少勵磁電流?？傊ㄗ与娏飨拗破鞯淖饔檬钦{(diào)節(jié)發(fā)電機定子電流中的無功分量，使發(fā)電機電流回到限制區(qū)以內(nèi)運行。伏赫限制以及其他輔助功能設(shè)計U/F限制器是為了保護機組及與機組相連的變壓器過激磁。當(dāng)機組頻率降低的時候，為了使機組的機端電壓保持恒定，勵磁系統(tǒng)將會增加勵磁電流，此時，如果機組在低頻率的情況下使機端電壓保持在額定值，那么對機組及所有與機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〕，從而對機組及變壓器造成損壞。其他輔助控制功能1、PT斷線保護功能；2、軟起勵功能；3、主開關(guān)容錯功能；4、同步電壓斷線保護U=4.44fNΦm勵磁調(diào)節(jié)器自動控制原理簡圖Ugset為機端電壓設(shè)定值，Ugact為機端電壓實際值，Uk為控制電壓，Vs為勵磁電源電壓，Tc為機端電壓采樣時間常數(shù)，TF為發(fā)電機勵磁電壓反響時間常數(shù)，PI為比例-積分控制，TSCR、Tg分別為可控硅整流橋等效時間常數(shù)和發(fā)電機等效時間常數(shù)勵磁調(diào)節(jié)器手動控制原理簡圖Ifset和Ifact分別表示轉(zhuǎn)子電流的設(shè)定值和實際值,Uk為控制電壓，Vs為勵磁電源電壓，Tc為機端電壓采樣時間常數(shù)，TF為發(fā)電機勵磁電壓反響時間常數(shù)，PI為比例-積分控制，TSCR、Tg分別為可控硅整流橋等效時間常數(shù)和發(fā)電機等效時間常數(shù)勵磁調(diào)節(jié)器三種控制模式結(jié)構(gòu)勵磁系統(tǒng)與其他設(shè)備的關(guān)系〔研究〕1、發(fā)電機的關(guān)系：勵磁調(diào)節(jié)機端電壓和無功。有勵磁才能同步運行。勵磁電壓和電流影響發(fā)電機轉(zhuǎn)子的絕緣和發(fā)熱，影響軸電壓。

2、廠用電關(guān)系：交流起勵電源、風(fēng)機電源、輔助電源，制動電源與制動開關(guān)，欠勵對廠用電的影響。

3、繼電保護的關(guān)系：主要是與保護的配合問題(伏赫限制與過激磁保護；定子電流限制與定子過負(fù)荷保護；欠勵限制與失磁保護；強勵限制與轉(zhuǎn)子過負(fù)荷和勵磁變壓器過流保護等)。其次是跳滅磁開關(guān)回路以及與出口斷路器的配合問題；另外，斷路器分即空載是勵磁起勵的條件之一，斷路器位置是勵磁調(diào)節(jié)器的重要開關(guān)量。

4、調(diào)速器的關(guān)系：起勵條件之一：轉(zhuǎn)速大于90%，否那么空載低頻退勵磁；調(diào)速器與勵磁原理極為相似，可以借鑒互學(xué)。

5、機組監(jiān)控關(guān)系：接受的命令(增減磁，運行方式和PSS投切〕，送出狀態(tài)和模擬量(Ugref、Ifref，Qref，Uf、If，0C)(監(jiān)控記錄Ugref、Ifref，Qref的好處在于分析故障〕勵磁系統(tǒng)與勵磁控制系統(tǒng)運行1、他勵試驗問題及其過程：發(fā)電機空載升壓和升流試驗必要性和平安性問題，葛洲壩用備勵的方便性和準(zhǔn)確性問題。

2、起勵接觸器工作問題(殘壓起勵問題、助磁起勵問題，起勵接觸器投入和退出問題，起勵條件問題〕。

3、零起升流的操作問題(設(shè)Iref=10%Ifn，即20%Ug。運行中Ifact=Ifref,Ifrefi是Iref的積分輸出。手動環(huán)控制量Ifreg、勵磁電壓環(huán)控制量Ufreg)

2、自動升壓問題(設(shè)Ugref=100%Ugn，運行中Ugact=Ugref，Ugref的積分輸出Ugrefi、自動環(huán)控制輸出量Ureg，勵磁電壓環(huán)控制量Ufreg〕。

3、關(guān)于轉(zhuǎn)子電壓和電流的關(guān)系Uf=If*轉(zhuǎn)子電阻，關(guān)于轉(zhuǎn)子溫度的計算原理，關(guān)于限制環(huán)節(jié)的優(yōu)先級問題。

4、關(guān)于電氣制動原理和條件以及工作過程，關(guān)于電氣短路開關(guān)的操作問題(自動不受限，手動有先后循序(先開關(guān)后接地刀閘〕。勵磁近期故障處理和分析1、1－2月右岸勵磁調(diào)節(jié)器通訊板軟故障處理。

2、2月1號18號機報同步變壓器保險熔斷信號，更換同步變后正常。

3、3月9號22號機起勵過速停機投制動造成滅磁開關(guān)合閘接觸器燒毀故障處理和分析。

4、3月12號26號機起勵不成功，發(fā)開關(guān)時序錯誤，S107未合處理。

5、4月15號5號機報G202電源故障，更換電源內(nèi)保險后正常。

6、5月21號24號機起勵失敗，系雙PT開關(guān)接觸不良，缺少C相電壓。

7、6月9號13號機運行中1號功率柜－A元件壞，且起勵報風(fēng)速誤動。

8、7月8號18號機報G201和F140故障，更換T102后正常。

汽輪發(fā)電機調(diào)節(jié)原理1、調(diào)節(jié)無功的方法2、調(diào)無功對有功的影響〔瞬時p擺動，平均P不變〕1、調(diào)節(jié)有功的方法2、調(diào)有功對無功的影響〔AVR變化小，ECR變化大〕

勵磁調(diào)差原理與應(yīng)用

并網(wǎng)產(chǎn)生無功沖擊的分析1、相位不一致產(chǎn)生的沖擊電流，屬于有功電流。由于機械功率不變，因沖擊產(chǎn)生的有功振蕩幾次后回到原位。

2、電壓不一致產(chǎn)生的沖擊電流，屬于無功電流，由此產(chǎn)生機組并網(wǎng)時無功的突變，但一般不超過5%。

3、由于并網(wǎng)前機端電壓一般為100%，而系統(tǒng)電壓不是100%，一旦并網(wǎng)，機端電壓幾乎就強行的等于系統(tǒng)電壓，此時，除了前述產(chǎn)生的無功沖擊外，勵磁調(diào)節(jié)器還按照調(diào)差系數(shù)，將機組無功調(diào)整到當(dāng)前機端電壓所對應(yīng)的無功。UgQ并網(wǎng)條件機組無功調(diào)節(jié)原理框圖自動電壓調(diào)節(jié)AVC機組無功聯(lián)控模式〔自動〕機組無功單控模式〔手動〕機組現(xiàn)地監(jiān)控裝置CSCS1、設(shè)定值直接下達；2、監(jiān)控?zé)o功閉環(huán)，采用脈沖寬度調(diào)節(jié)。全控橋強勵與強減按照Ud=1.35U2cosa，一般強勵α=100；強減α=1500

勵磁調(diào)節(jié)器控制模型簡化AVR與各限制器關(guān)系VREF設(shè)定值、VC測量值、VSPSS輸出、VUEL欠勵、VOEL過勵、IFD勵磁電流、VF勵磁電壓、比較門、PID西門子勵磁調(diào)節(jié)器與各限制器關(guān)系開關(guān)勵磁原理AC變DCDC變AC非相控電路

不需要同步

小功率

小勵磁開關(guān)勵磁原理示意可控硅組件與整流柜

移相原理模擬電路移相原理數(shù)字移相原理之一

1、首先計算α角；

2、將α角轉(zhuǎn)換為計數(shù)器的計數(shù)時間T；

3、由同步點啟動計數(shù)器，計數(shù)時間就是α角；

4、計數(shù)時間到，觸發(fā)相應(yīng)的可控硅；

5、每隔600再觸發(fā)下一個可控硅，共6個可控硅；

6、每發(fā)一個脈沖，啟動脈寬中斷，控制脈沖寬度。

勵磁調(diào)節(jié)器輸出脈沖脈沖變壓器作用隔離功率匹配脈沖開展形式寬脈沖雙脈沖寬高頻脈沖雙高頻脈沖

勵磁調(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：CPU+A/D+D/A+I/O+測量板＋同步板＋顯示板＋自檢板＋通訊板(雙機、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

勵磁調(diào)節(jié)器軟件簡介發(fā)電機事故滅磁滅磁的主要目的

在機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)電機滅磁性能指標(biāo)有兩個：滅磁速度和滅磁電壓。其要求是速度快即滅磁時間短，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)電機發(fā)電機出口開關(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〕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)更加適合勵磁回路的應(yīng)用，檢修試驗方便；3、設(shè)置專用的弧觸頭有利于保護主觸頭，維護工作量少；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)，推薦使用滅磁電阻的種類線性電阻1〔大功率〕〔慢〕非線性電阻〔低場強大電流〕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滅磁方式種類串聯(lián)滅磁、并聯(lián)滅磁電路原理比較直流滅磁原理分析滅磁換流公式Uk±Uz≥UL整