发电机励磁系统原理

1、第三部分发电机励磁系统原理三峡电厂陈小明 Chen_xiaomingo)cypc com cn励磁系统的组成与分类自动电压调节器AVR、ECR/FCR （励磁调节器）励磁电源（励磁机、励磁变压器）整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）灭磁与转子过电压保护按励磁电源分类：直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统自并励励磁系统按响应速度分类：慢速励磁系统快速励磁系统咼起始励磁系统交流励磁机系统（三机它励）组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同 轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。优点：它励

2、，励磁电源不受系统电源的影响缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡jjMMI交流励磁机系统（二机它励）PLQr#自妙恒CTeACLZB8PTCTePT自动励施调节器自功勝瞪阔节拐组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转了回路提供励磁电 流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系 统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经 励磁变压器后获得,自动励磁调节器控制可控硅砖触发角,以调节交流励 磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转了， 亦称为两机一变励磁系统。优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢自励系统（并

3、励、复励）就咗自励系统（并励、复励）就咗自励系统（并励、复励）就咗自并励励磁系统 组成：励磁变压器、大功率可控 硅整流柜、灭磁及过电压保护、 起励设备、自动电压调节器 优点：结构简单、响应速度快 缺点：强励时系统电压变化复杂交流侧串联自复激励磁系统 励磁电压变压器ZB （并联变）的副方 电压与励磁电流变压器GLH （吊联变） 的副方电压相联（相量相加），然后 加在可控硅整流桥KZO当发电机负 载情况变化时，例如电流增大或功率 数降低，则加到可控硅整流桥上的阳 极电压增大，故这神励磁方金具有相 复励作用。自励系统（并励、复励）就咗无刷励磁系统CT&PTFMG组成：主励磁机(ACL) 电枢是旋转的

4、，它发出的三 相交流电经旋转的二极管整 流桥整流后直接送发电机转 子回路。无刷励磁系统中的副励磁机(PMG)是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机 的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可 靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件 的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电 压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题励磁调节器原理图AVR ( RUg, I各 Q, P灭磁 IF电流测量Ug电压测量v移相器.卒SCR控制直流电压UQ自动通道AVR|r*.、

5、1 一丁L压闭环口动电压调节器电压给定七三相半控桥自并励励磁系统原理框图电流给疋IfrefPID调节计算限制功能控制电压Uk移相触发器原理：Ut+Uk=触发脉冲模拟式移相电路：余弦移相、锯齿波移相 恒无功闭环：AVR的辅助控制励磁调节器构成励磁调节器的构成（模拟式） CPUI DI )脉冲放大.9继电器、 光耦隔离RAMROMs n4模拟信号按口%模拟输入接口 数字输入接口 5触发脉冲输出增丄 t 亠减小人机接口汕微控制器CPU火1-软件模块SCR励磁调节器的构成（数字式）一MMI移相原理数字移相原理之一1、首先计算a角；2、将a角转换为计 计数时间T；3、由同步点启动才 计数时间就是a角；4

6、、计数时间到，他 的可控硅；5、每隔60。再触发一 控硅，共6个可控启OFFCHICKRotateAlpha InteneTrCO f intentFiring Double Pulses 7kHz Pulse TrainDlGfTAL STORAGEV/CMVFocu2OMN4 J_ Or 口 MOSCULAR D1O346、每发一个脉冲， 宽中断，控制脉冲j励磁调节器输出脉冲脉冲变压器作用A隔离A功率匹配脉冲发展形式A宽脉冲A双脉冲A宽高频脉冲A双高频脉冲励磁调节器功能简介/无功补偿（调差）/强励电流限制（快 速限制）/过励限制（励磁电 流慢速、反时限） /欠励限制（P-Q）/定子电流限制

7、（过 无功限制）/伏赫限制（V/HZ、U/F）（过激磁）/软起励功能/PSS功能/电制动功能/PT断线保护血4给博元2励磁调差原理与应用e QUk全控桥强励与强减按照Ud=l. 35U2cosa,般强励a =15 ；强减a =150ion ramge强励限制与过励限制1、2、3、4、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；强励限制是指电流限制倍数：15-2.0倍；功率柜故障取11倍； 过励限制是励磁电流限制，大于11倍，反时限，励磁电流闭环; T(S)Q1.0 1.151.523field, current limiter charact

8、eristic curvet哋畑.)=(1 附1/5 J代1Z剜90-70-50-30-ioi1. 1 1.3 l.si.? 1.9 2. 1 Hd强励限制曲线欠励限制欠励动作后按照Q闭环运行，欠励设 定值与机端电压值相关的设计也 %T(Q八Under excitationoverUnhr excitation limite characteristic cwz央B-PC3DPp p0 p0.5 P1.0卩1.8 PQJ.2Q.2Q-0.2P0 Q號轴感Q52p.u. X UE(M.0 = -D-2X777.8X lp.u=-155.56MVAR? 4 9城MH艮*尸并Q2妙 %賑妙Aaa”定

9、子电流限制（过无功限制、过励限制）定子电流限制还可以采用根据发电机输出的有功功率来确定发电机允许输出无功功率的方式来实现，即过无功限制功率冈数=1旳近没冇操作有功电流分量QL 过励限制曲线p当发电机电流超过 了限制区，如果此 时机组运行在进相 状态，则限制器动 作，增加励磁电流 ;如果此时机组在 迟相运行，则限制 动作，减少励磁电 流。总之，定子电 流限制器的作用是 调节发电机定子电 流中的无功分量， 使发电机电流回到 限制区以内运行。0调节死区10%伏赫限制以及其他辅助功能设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。 当机组频率降低的时候，为了使机组的机端电压保持恒定，励 磁系

10、统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下 使机端电压保持在额定值，那么对机组及所有与机组相连的变 压器而言，将有可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从 而对机组及变压器造成损坏。励磁产生负阻尼祸歯A传统励磁：低增益慢速（没有能力管闲事）阻尼（正、零、负）VS惯性动态稳定可以理解为机电振荡的阻尼问题OAVR造成阻尼变弱、甚至变负（K5变负）。在 定的运行方式及励磁系统参数下，AVR在维 持Ug恒定的同时，会产生负的阻尼作用。A扰动前后： P - 6 1 -摆动A 阻尼f 0 2 f稳定A 6 - A Ug -AVR作用小、反应慢一 Uf小一 If小一屮一 P （力矩 象限不明）一对影

11、响极小。A现代励磁：高增益快速（管闲事帮倒忙）A 6 - A Ug -AVR作用大、反应快一 Uf大一 If大一屮一 P （力矩 第二象限）一产生负阻尼使原来的阻尼变小，对负面影响。AAVR+PSS:高增益快速+附加控制系统（管闲事帮正忙）A 5 - A Ug -AVR作用大、反应快- Uf大一 If大，屮一 P （力矩第 一象限）一产生正阻尼使原来的阻尼变大，对&正面影响。active power电力系统低频振荡:本机振荡模式:地区件振荡模式local model): 频率一般在0. 52.0Hz；:区域间振荡模式(lilt erar ea model tieline model): 频率一

12、 般在0.1 0. 5Hz) oA小系统：0.52.5Hz；A大系统：0.22.5Hz；A全国联网：0.12. 0Hz：解决励磁产生负阻尼，造成系统产生低频振荡的方法是附加控 制，即电力系统稳定器，线性最优励磁控制器，各种智能控制器。 依据FD.迪米洛和C康柯迪亚理论设计的电力系统稳定器(Power system stabilizer),简称PSS，即为抑制系统低频振荡和提高电 力系统动态稳定性而设置的。电力系统稳定器原理建立6 3平面坐标系/T1：励磁产生的电磁力矩 /T2： PSS产生的电磁力矩 / PSS:附加励磁控制信号 /AVR(PID) +PSS产生的电磁力矩PSS输入信号 3、 6、Pe P、 fA测量轴转速3,测量和处理比较复杂, A测量过剩功率 P,A 0T2T1使用较少轴系扭转的处理更加困难,测量和处理更加复杂，输入信号多，使用也少A测量电功率Pe,在假定机械功率不变的情况下，町以得到过剩功率AP,使用广泛，效果不错。但在原动机功率变化时会出现反调现象。A测量机端电压频率Af,克服了厶测量处理上的困难