电力系统自动装置_杨冠城主编03章

1、第三章第三章 同步发电机同步发电机励磁自动控制系统励磁自动控制系统三峡大学 电气信息学院电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理总总 述述励磁系统的任务与要求励磁系统的类型励磁系统的整流电路并联机组间无功分配励磁装置的原理电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一、发电机励磁系统的任务一、发电机励磁系统的任务电电压压控控制制无无功功分分配配提提高高稳稳定定强强行行励励磁磁强强行行减减磁磁电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v （一）电压控制（一）电压控制 qGGdEUjI X等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UG IG. .xdEq.UG.IG.

2、IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.G Gj IQ xd.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v电压控制电压控制dQGGqXIUEcosdQGqXIUE同步发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节励磁电流来维持机端电压为给定水平的。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v（二）控制无功功率的分配 设单机无穷大系统：GIG.UG = 常数常数.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v控制无功功率的分配 由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁 电流的大

3、小无关。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v（三）提高并联运行的稳定性1.励磁对静态稳定的影响发电机的输出功率为sinXUEPqG电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v提高并联运行的稳定性abc同步发电机的功角特性最大可能传输的功率极限为 XUEPqm电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v 提高并联运行的稳定性励磁，则有外功率特性值与励磁无关，若调节，而qqmEEP 它使发电机能在大于90度范围的人工稳定区运行，即可提高发电机输送功率极限或提高系统的稳定储备。电

4、力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v提高并联运行的稳定性2.励磁对暂态稳定的影响发电机的暂态稳定等面积法则 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v（四）强行励磁以改善电力系统运行条件改善异步电动机的自启动改善异步电动机的自启动为异步发电机运行创造条件为异步发电机运行创造条件提高继电保护工作的准确性提高继电保护工作的准确性电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务（五）水轮发电机强行减磁（五）水轮发电机强行减磁 当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于它的调速系统具有较大的

5、惯性，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机电压有可能升高到危及定子绝缘的程度，所以，在这种情况下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理二、对励磁系统的要求二、对励磁系统的要求维持电压水平和无功的合理分配维持电压水平和无功的合理分配控制能力和调节范围控制能力和调节范围快速反应能力快速反应能力结构简单，易于维护结构简单，易于维护足够的阻尼能力足够的阻尼能力电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁功率单元自动调节励磁装置AERTAU UG GTVGLEI Ie e. .G G. .GG自动调节励磁系统

6、的基本构成自动调节励磁系统的基本构成 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第二节、同步发电机励磁系统类型第二节、同步发电机励磁系统类型电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一一直流励磁机系统直流励磁机系统 1.自励直流励磁机2.他励直流励磁机电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理二、交流励磁机系统 GGAERGLE T TA AT TV V( (a a) )GE2GGU2GE1U1ABGGAERGLE TATATVTV( (b b) )GE2GGGGU2GE1U1AB起起励励电电源源自励恒压自励恒压调节装置调节装置电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理二、交流励磁机系统GGAERGL

7、E T TA A1 1T TV V1 1( (c c) )GGU2GE1U1AB起起励励电电源源U3TA2TV2起起励励元元件件GGAERGLE T TA AT TV VGGGE1UAB电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三、三、静止励磁系统 GGAERT TA AT TV VU起起励励电电源源起起励励元元件件ABGLETVE电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第三节、励磁系统的整流电路第三节、励磁系统的整流电路电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一、三相桥式不可控整流电路 输出电压平均值输出电压平均值 UAV = 1.35UP-P =2.34 UP 电力系统电力系统自动装置原理自

8、动装置原理二、二、三相全控桥式整流电路 bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc电路带阻感负载a =30时的波形UAV =1.35Up-pcos =2.34 UPcos三相全控桥式整流电路在090时，处于整流工作状态，改变角，可以调节发电机励磁电流; 在90 180时，电路处于逆变工作状态，可以实现对发电机的自动灭磁。 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*自动调节励磁装置1硬件构成硬件构成 变送器；同步电压检测电路；输入、输出通道电路；主机电力系统

9、电力系统自动装置原理自动装置原理*自动调节励磁装置2软件功能软件功能 可选择多种运行方式。可选择PID（比例积分微分）调节、PSS附加控制、线性最优控制、自校正调节、非线性控制等调节控制规律。软件无功调差功能，调差系数的正负及大小可任选。运行参数可选择显示并在线修改。软件实现数字给定及平稳调整。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*自动调节励磁装置2软件功能软件功能 多种励磁限制。电压互感器断线检测及保护。手动/自动运行方式的相互跟踪。独立的后备通道，自动跟踪工作通道，切换无波动。励磁系统（包括调节器）出现失磁、失控故障或软件连续几次出轨而自复归无效时，自动切换到备用通道工作。软件具有自诊

10、断、自恢复功能。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*自动调节励磁装置3励磁调节系统中的辅助控制励磁调节系统中的辅助控制（1）最小励磁限制（）最小励磁限制（MEL） 若发电机励磁电流过小，最小励磁限制器就会使励磁电流增大到允许范围内。 （2）最大励磁限制）最大励磁限制(MXL) 为了防止发电机转子绕组长时间过励磁而采取的安全措施。 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*自动调节励磁装置3励磁调节系统中的辅助控制励磁调节系统中的辅助控制 （3）瞬时电流限制）瞬时电流限制(ICL) 检测励磁电流，一旦超出发电机允许的强励检测励磁电流，一旦超出发电机允许的强励顶值，限制器动作使强励顶值电流限

11、制在允许范顶值，限制器动作使强励顶值电流限制在允许范围内。围内。 （4）电压）电压/频率限制（频率限制（HXL） 限制发电机端电压与频率的比值，防止发电限制发电机端电压与频率的比值，防止发电机及主变压器由于电压升高或频率降低导致铁芯机及主变压器由于电压升高或频率降低导致铁芯饱和而引起过热。饱和而引起过热。 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第四节、励磁控制系统调节特性和并联机组间第四节、励磁控制系统调节特性和并联机组间无功分配无功分配v一、励磁控制系统框图 GU同步发电机励磁功率单元励磁调节器EFIGIREFU手动自动励磁调节器检测发电机的电压、电流或其它状态量，然后按指定的调节准则对励

12、磁功率单元发出控制信号，实现控制功能。 励磁系统其他信号电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图 v比例式励磁调节器 励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调节器，它的主要输入量是发电机端电压，其输出用来控制励磁功率单元。电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图v励磁调节器基本框图电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图v励磁调节器的简化框图励磁调节器的特性曲线在工作区内

13、的陡度，是调节器性能的主要指标之一，即GREFAVRUUUK测量K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVRK调节器的放大倍数电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图v二、励磁调节器的静态工作特性调节器放大系数K与组成调节器的各单元增益的关系为4321KKKKUUUUUUUUUUKAVRSMdeSMGREFdeGREFAVR励磁调节器总的放大倍数等于各组成单元放大倍数的乘积 0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基

14、本特性v发电机励磁控制系统静态特性 QEFIfI发电机调节特性电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v励磁控制系统静态特性 无功调节特性在公共母线上并联运行的发电机组间无功功率的分配，主要取决于各台发电机的无功调节特性。而无功调节特性是用调差系数来表征的:%100%21GNGGUUU调差系数越小说明IQ对UG影响越小UGUG1UG20IQIQNUG电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v励磁控制系统静态特性 调差系数存在的意义:能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击；保证并联运行的发电机组间无功功率的合理

15、分配。UGIQ= 0 0UG0电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v发电机无功电流的转移 3-2-1IQ投入运行到合适点, 无冲击1-2-3退出运行,IQ减小到零,无冲击UGIQUM123IQ2IQ1电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三、并联运行机组间的无功功率分配三、并联运行机组间的无功功率分配v（一）无差调节特性 1 无差+有差 有困难无法稳定不能并联运行 2 无差+无差 UGIQ = 0 0UUUIQ2UGIQUU电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理并联运行机组间的无功功率分配并联运行机组间的无功功率分配v（二）有差调节特性 QNGN

16、GGGQIUUUUI00GGGNGNGGGQUUUUUUUI0001GQUIUGUGUG0IQIQUG0UGNIQIQIQIQN N电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理并联运行机组间的无功功率分配并联运行机组间的无功功率分配v例3-1见书中72页v例3-2见书中72页电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理我国励磁调节器的发展及分类我国励磁调节器的发展及分类 机械式机械式机电型机电型磁放大器磁放大器电磁型电磁型电子模拟放大器电子模拟放大器电子型电子型CPU存储逻辑存储逻辑数字型数字型20世纪初1950s1960s1980s电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控

17、制装置变电站电压、无功综合自动控制装置（一）概述（一）概述1电力系统电压和无功功率自动控制的电力系统电压和无功功率自动控制的任务任务 （1）维持监视点电压为设定值；）维持监视点电压为设定值；（2）无功潮流就地平衡，避免长距离输）无功潮流就地平衡，避免长距离输送无功引起过多的压降和线损；送无功引起过多的压降和线损；（3）无功热备用在系统各地区均匀分布，）无功热备用在系统各地区均匀分布，防止局部故障而造成电压崩溃。防止局部故障而造成电压崩溃。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置（一）概述（一）概述v2电力系统的调压措施电力系统的

18、调压措施2121/ )(/ )(KUQXPRKUKUKUUNGGB电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置（一）概述（一）概述v2电力系统的调压措施电力系统的调压措施v（1）控制和调节发电机的励磁电流，以改变发电机的端电压UG，即利用自动调节励磁装置维持发电机端电压；v（2）控制变压器变比K1和K2调压，即利用有载调压变压器改变其分接头位置调压；电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置（一）概述（一）概述v2电力系统的调压措施电力系统的调压措施v （3）改变输送功

19、率的分布P+jQ（主要是Q），以使电压损耗减小，即尽量减少无功功率在线路上的长距离传输，在变电站采用无功功率补偿设备进行调压 ； v（4）改变电力系统网络中的参数R+jX（主要是X），即在输电线路上串联接入电容器，补偿输电线路的感抗，以减小输电线路电压损耗电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置（二）电力系统电压无功综合控制方式（二）电力系统电压无功综合控制方式 1集中控制方式：在调度中心对各个变电站的主集中控制方式：在调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控

20、制。它要求调度中心必须具有符合实际的电压控制。它要求调度中心必须具有符合实际的电压和无功实时优化控制软件，同时对各变电站有可和无功实时优化控制软件，同时对各变电站有可靠性高的通道，要求各变电站要有智能执行单元。靠性高的通道，要求各变电站要有智能执行单元。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置v（二）电力系统电压无功综合控制方式（二）电力系统电压无功综合控制方式 2分散控制：在各变电站或发电厂中，自动调节分散控制：在各变电站或发电厂中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以

21、控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。分散控制是在各厂、站独立进行的，可以实现局分散控制是在各厂、站独立进行的，可以实现局部地区的优化。部地区的优化。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置v（二）电力系统电压无功综合控制方式（二）电力系统电压无功综合控制方式 3关联分散控制方式：电力系统正常运行时，由关联分散控制方式：电力系统正常运行时，由分散安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件分散安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件进行自动调控，调控范围和定值是从整个系统的进行自动调控，调控范

22、围和定值是从整个系统的安全、稳定、经济运行出发，事先由电压、无功安全、稳定、经济运行出发，事先由电压、无功优化程序计算好的；在电力系统负荷变化较大或优化程序计算好的；在电力系统负荷变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心修改下属变电站所应维持的母线电压和调度中心修改下属变电站所应维持的母线电压和无功功率定值，以满足系统运行方式变化后新的无功功率定值，以满足系统运行方式变化后新的要求。要求。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置（三）电压无功综合控制装置（三）电压无功

23、综合控制装置 1. 对电压无功控制系统的基本要求对电压无功控制系统的基本要求（1）应能自动对变电站的运行方式和运行状态进行监视并加以识别，从而正确地选择控制对象并确定相应的控制方法。（2）对目标电压、电压允许偏差范围、功率因数上下限等应能进行灵活整定。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置v（三）电压无功综合控制装置（三）电压无功综合控制装置 v1. 对电压无功控制系统的基本要求对电压无功控制系统的基本要求（3）变压器分接头控制和电容器组投、切应能考虑各种条件的限制。 （4）控制命令发出后应能自动进行检验以确定动作是否成功；若

24、不成功，应能作出相应的处理；每次动作应有打印的纪录。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置v（三）电压无功综合控制装置（三）电压无功综合控制装置 v1. 对电压无功控制系统的基本要求对电压无功控制系统的基本要求v（5）对变电站的运行情况能清晰地予以显示，并设置故障录波器。v（6）应具有自检、自恢复功能，做到硬件可靠、软件合理、维修方便且具有一定的灵活性和适应性。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功综合自动控制装置变电站电压、无功综合自动控制装置v （三）电压无（三）电压无功综合控制装功综合控制装置置 2.

25、 硬件原理框图硬件原理框图打印机打印机CRT显示显示器器键盘键盘、鼠标鼠标 人机接口控制人机接口控制一体化工作站一体化工作站串行接口串行接口外部通信外部通信模数转换模数转换模块模块开关量输开关量输入模块入模块开关量输开关量输出模块出模块输入接口输入接口输出接口输出接口监控动作监控动作信号输出信号输出模拟模拟量输量输入入一次一次设备设备状态状态量量开关开关状态状态量输量输入入电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理*变电站电压、无功变电站电压、无功综合自动控制装置综合自动控制装置v （三）电压无功综合控制（三）电压无功综合控制装置装置 v3.软件流程软件流程开开始始初初始始化化数数据据采采集集和

26、和数数据据处处理理 根根据据断断路路器器和和隔隔离离开开关关状状态态判判断断变变压压器器运运行行方方式式数数据据采采集集和和数数据据处处理理 根根据据断断路路器器和和隔隔离离开开关关状状态态判判断断变变压压器器运运行行方方式式根根据据变变压压器器运运行行方方式式进进行行电电容容器器队队列列初初始始化化对对某某些些必必要要的的电电量量进进行行谐谐波波分分析析进进行行逻逻辑辑判判断断，决决定定是是否否采采取取调调压压措措施施是是否否动动作作？发发令令及及反反馈馈超超过过2s？是是否否是是否否电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v数字式励磁调节器的优点 方便地实现复杂的控制策略 便于修改，灵活性强 可以实现更加完备的限制和保护功能 操作简单、维护方便以及便于试验和调试第五节、励磁调节装置原理第五节、励磁调节装置原理电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v图为600MW发电机自并励励磁系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v图为300MW三机励磁系统励磁调节器电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理人人机接口机接口调节控制输出调节控制输出励磁调节装置原理励磁调节装置原理基基 本本控控 制制电压调节无功分配辅辅 助助控