励磁原理_L陈遗志_20100507

1、2010年励磁系统培训班年励磁系统培训班励磁系统原理励磁系统原理国网电力科学研究院国网电力科学研究院/国电南瑞科技股份有限公司国电南瑞科技股份有限公司二零一零年十月二零一零年十月励磁系统原理励磁系统原理z主要内容主要内容z1、励磁系统的作用及分类、励磁系统的作用及分类z2、励磁系统的组成与算法、励磁系统的组成与算法z3、可控硅整流装置、可控硅整流装置z4、灭磁与过压保护、灭磁与过压保护一、发电机励磁系统作用及分类一、发电机励磁系统作用及分类 1、励磁系统的作用、励磁系统的作用2、励磁系统的基本分类、励磁系统的基本分类z维持发电机或其他控制点的电压在给定水平维持发电机或其他控制点的电压在给定水平

2、z控制并联运行机组无功功率的合理分配控制并联运行机组无功功率的合理分配z提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性励磁系统的作用励磁系统的作用维持发电机或其他控制点的电压在给定水平维持发电机或其他控制点的电压在给定水平z 保证电力系统运行设备的安全。保证电力系统运行设备的安全。z 提高维持发电机电压能力的要求和提高电提高维持发电机电压能力的要求和提高电 力系统稳定性的要求在许多方面是一致的。力系统稳定性的要求在许多方面是一致的。z 保证发电机运行的经济性。保证发电机运行的经济性。控制并联运行机组无功功率的合理分配控制并联运行机组无功功率的合理分配z 发电机电压调差率发电机电压调差率z 在自动励磁

3、调节器调差单元投入、电压给定值固定、功率因数为在自动励磁调节器调差单元投入、电压给定值固定、功率因数为零的情况下，发电机无功电流从零变化到额定时，用发电机额定零的情况下，发电机无功电流从零变化到额定时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机端电压变化率电压的百分数表示的发电机端电压变化率z 发电机电压调差率按下式计算：发电机电压调差率按下式计算：z D(%)=(Ug0-Ug)/Ug100% z 式中式中 Ug0 -发电机无功电流等于零时的电压发电机无功电流等于零时的电压z Ug -发电机无功电流等于额定无功电流时的电压发电机无功电流等于额定无功电流时的电压 控制并联运行机组无功功率的合理分配控制

4、并联运行机组无功功率的合理分配z发变组单元高压侧并联：发变组单元高压侧并联：z 变压器电抗调差（正调差）变压器电抗调差（正调差）+ 发电机调差（负调差）发电机调差（负调差）z坑口电站：坑口电站：z 长输电线路调差（正调差）长输电线路调差（正调差）+ 发电机调差（负调差）发电机调差（负调差）z两机一变扩大单元接线：两机一变扩大单元接线：z 发电机正调差，调差率较大发电机正调差，调差率较大提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性z 静态稳定性静态稳定性z 动态稳定性动态稳定性z 暂态稳定性暂态稳定性提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性sinqdE VPeXz发电机输出电磁功率发电机输出电磁功率

5、z发电机功角向量图发电机功角向量图提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性z 传输功率的大小与相位角传输功率的大小与相位角密切相关，称密切相关，称为为“功角功角”或或“功功率角率角”。z传输功率与功角传输功率与功角的关系，称的关系，称为为“功角特性功角特性”或或“功率特功率特性性”。z功角功角除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对位置。之间的相对位置。 角就是感应电势角就是感应电势Eq和电网电压和电网电压U之间的夹角，也之间的夹角，也称称为为“功角功角”或或“功率角功率角”。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性 角是表征电

6、力系统稳定性最重要的量，功角失稳指系统中各发角是表征电力系统稳定性最重要的量，功角失稳指系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。电机之间的相对功角失去稳定性的现象。 z如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去平衡，出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间平衡，

7、出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间转子相对角的变化。转子相对角的变化。z如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动形式下系统是功角稳定的。形式下系统是功角稳定的。z如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形式是功角不稳定的。步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形

8、式是功角不稳定的。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性z 电力系统静态稳定性电力系统静态稳定性 (Steady Stability)z 电力系统静态稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发生电力系统静态稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。 z 静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到微小干静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到微小干扰时的稳定性问题。假设在电力系统中有一个瞬时性小干扰，扰时的稳定性问题。假设在电力系统中有一个瞬时性小干扰，如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行状态，则系统在

9、如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行状态，则系统在该运行方式下是静态稳定的，否则系统是静态不稳定的。该运行方式下是静态稳定的，否则系统是静态不稳定的。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性 电力系统静态稳定性的判据是发电机输出电磁功率对功角的电力系统静态稳定性的判据是发电机输出电磁功率对功角的微分微分dPe/d是否大于是否大于0 。z 如左图所示，采用了自如左图所示，采用了自动励磁调节的发电机静动励磁调节的发电机静态稳定运行的最大电磁态稳定运行的最大电磁功率和最大功率角都有功率和最大功率角都有提高。提高。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性z 左图中，横坐标是功率左图中，横坐标是功率

10、角，纵坐标是电压放大角，纵坐标是电压放大系数。在同一转子功角系数。在同一转子功角下下,随电磁时间常数随电磁时间常数Te增增加加,为保证发电机稳定运为保证发电机稳定运行所允许的电压放大系行所允许的电压放大系数增加数增加;在同一在同一Te下下,随转随转子功角子功角的增加所允许的的增加所允许的电压放大系数减少。电压放大系数减少。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性z 电力系统暂态稳定性电力系统暂态稳定性 (Transient Stability)z 电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定方

11、式的能力。通机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。常指第一或第二振荡周期不失步。z 如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动，经如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动，经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到一个新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况下是暂态稳定的。一个新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况下是暂态稳定的。暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行方式有关，而且与扰动的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行方式有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间有关

12、。类型、地点及持续时间有关。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性电力系统暂态稳定性的判据是等面积定则。电力系统暂态稳定性的判据是等面积定则。z 左图的功率曲左图的功率曲线中，当功率线中，当功率角从角从1变化到变化到2时，时，PT与与P3之间的面积正之间的面积正比于转子动能比于转子动能的变化量。的变化量。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性等面积定则的具体内容等面积定则的具体内容提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性等面积定则的具体内容等面积定则的具体内容z 等面积定则：等面积定则：z 减速面积和加速面积如图所示。减速面积和加速面积如图所示。z 如图（如图（a）减速面积加速面积，临界稳

13、定；）减速面积加速面积，临界稳定；z 如图（如图（b）减速面积）减速面积加速面积，稳定；加速面积，稳定；z 如图（如图（c）减速面积）减速面积加速面积，不稳定。加速面积，不稳定。 提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性提高暂态稳定性的方法就要减小加速面积或增大减速面积，具体提高暂态稳定性的方法就要减小加速面积或增大减速面积，具体说来有以下三种方法：说来有以下三种方法： z 加快故障切除时间加快故障切除时间z 提高励磁系统励磁电压响应比提高励磁系统励磁电压响应比z 提高强行励磁电压倍数提高强行励磁电压倍数 提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性提高暂态稳定性对于励磁系统而言，就是要提高励磁系

14、统励磁电提高暂态稳定性对于励磁系统而言，就是要提高励磁系统励磁电压响应比和提高强行励磁电压倍数。压响应比和提高强行励磁电压倍数。z 提高励磁系统励磁电压响应比提高励磁系统励磁电压响应比z 加快励磁系统电压响应时间，即从施加阶跃信号起，励磁电加快励磁系统电压响应时间，即从施加阶跃信号起，励磁电压达到顶值电压与额定励磁电压差的压达到顶值电压与额定励磁电压差的95%的瞬间的时间。的瞬间的时间。z 提高强行励磁电压倍数提高强行励磁电压倍数z 提高励磁系统电压响应比，即由励磁系统电压响应曲线确定提高励磁系统电压响应比，即由励磁系统电压响应曲线确定的励磁系统输出电压的增量除以额定磁场电压。的励磁系统输出电

15、压的增量除以额定磁场电压。 提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性z 电力系统动态稳定性电力系统动态稳定性 (Dynamic Stability)z 电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增长的振荡而失步的能力。断增长的振荡而失步的能力。 z 扰动后系统在第一或第二振荡周期内不失步扰动后系统在第一或第二振荡周期内不失步(即保持了暂态稳即保持了暂态稳定性定性)，但可能由于自动调节装置的配置不合适或其他因素，后续，但可能由于自动调节装置的配置不合适或其他因素，后续的振荡周期幅值不断增大并造成失步。动态稳定问题实际上是指的振荡周期

16、幅值不断增大并造成失步。动态稳定问题实际上是指系统在受到小的或大的扰动后，在自动调节装置和自动控制装置系统在受到小的或大的扰动后，在自动调节装置和自动控制装置的影响下，保持长过程运行稳定性的能力。的影响下，保持长过程运行稳定性的能力。提高电力系统的稳定性提高电力系统的稳定性 励磁控制系统对动态稳定的影响励磁控制系统对动态稳定的影响 电力系统的固有自然阻尼小，而使用快速励磁调节器或使用电力系统的固有自然阻尼小，而使用快速励磁调节器或使用自并激可控硅快速励磁系统，又削弱了系统阻尼，甚至使系统产自并激可控硅快速励磁系统，又削弱了系统阻尼，甚至使系统产生负阻尼。为了抑制低频振荡，在励磁系统中加入了电力

17、系统稳生负阻尼。为了抑制低频振荡，在励磁系统中加入了电力系统稳定器（定器（PSS）。）。 电力系统稳定器电力系统稳定器(PSS)的作用是：利用附加控制，产生附加的作用是：利用附加控制，产生附加阻尼转矩，增加正阻尼抑制低频振荡。阻尼转矩，增加正阻尼抑制低频振荡。 1、励磁系统的作用、励磁系统的作用 2、励磁系统的基本分类、励磁系统的基本分类z他励交流励磁机系统他励交流励磁机系统z 三机他励励磁系统三机他励励磁系统z 两机他励励磁系统两机他励励磁系统z 两机一变励磁系统两机一变励磁系统z 无刷励磁系统无刷励磁系统z自并励励磁系统（主流）自并励励磁系统（主流）z其它励磁系统其它励磁系统z P棒励磁系

18、统棒励磁系统z 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统z 谐波励磁系统谐波励磁系统 励磁系统的基本分类励磁系统的基本分类他励交流励磁机系统他励交流励磁机系统三机他励励磁系统三机他励励磁系统自动励磁调节器自动恒压装置ACFLPTACLFLQFCT他励交流励磁机系统他励交流励磁机系统两机他励励磁系统两机他励励磁系统压装置自动恒自动励磁 调节器PTACLFLQFCT他励交流励磁机系统他励交流励磁机系统两机一变励磁系统两机一变励磁系统自 动 励 磁 调 节 器FACLFLQZBCTPT他励交流励磁机系统他励交流励磁机系统无刷励磁系统无刷励磁系统PMGF 调 节 器kz自 动 励 磁PTFLQCTACLz

19、 交流他励系统总体说来具有励磁电压稳定，不受电网影响的优点，但交流他励系统总体说来具有励磁电压稳定，不受电网影响的优点，但是相比自励系统响应仍然较慢，而且维护复杂。是相比自励系统响应仍然较慢，而且维护复杂。对其评价对其评价自并励励磁系统自并励励磁系统自并励励磁系统自并励励磁系统K ZP TZ B 调 节 器自 动 励 磁F L QFC Tz 自励系统尤其是自并励系统，结构简单，响应快速。但是长期以来被自励系统尤其是自并励系统，结构简单，响应快速。但是长期以来被认为在电力系统短路故障时尤其是三相短路时无法支撑起电网电压。但是认为在电力系统短路故障时尤其是三相短路时无法支撑起电网电压。但是近年来随

20、着封闭母线的大规模运用和控制理论的成熟，已经成为主流励磁近年来随着封闭母线的大规模运用和控制理论的成熟，已经成为主流励磁机型。机型。对其评价对其评价z1 P棒励磁系统棒励磁系统z2 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统z3 谐波励磁系统谐波励磁系统其它励磁系统其它励磁系统二、发电机励磁系统组成及算法二、发电机励磁系统组成及算法 1、励磁系统的组成、励磁系统的组成2、励磁系统的控制算法、励磁系统的控制算法（1）自并激励磁系统的基本配置）自并激励磁系统的基本配置 z自并激静止励磁系统主要由励磁变压器、可控硅整流桥、自动励磁调自并激静止励磁系统主要由励磁变压器、可控硅整流桥、自动励磁调节器及起励装置

21、、转子过电压保护与灭磁装置等组成。节器及起励装置、转子过电压保护与灭磁装置等组成。 zFWL/B型静止励磁系统的接线原理框图如下图所示型静止励磁系统的接线原理框图如下图所示z南瑞电气控制公司南瑞电气控制公司FWL/B型静止励磁系统的接线原理框图型静止励磁系统的接线原理框图（2）三机他励励磁系统的基本配置）三机他励励磁系统的基本配置 自动励磁调节器自动恒压装置ACFLPTACLFLQFCT（3）无刷励磁系统的基本配置）无刷励磁系统的基本配置 AHLZLT CHYBFJMKRmJFLJL 1、励磁系统的组成、励磁系统的组成 2、励磁系统的控制算法、励磁系统的控制算法（1）PID调节及其算法调节及其

22、算法 z按偏差的比例、积分和微分进行控制的按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器调节器, 是连续系统是连续系统控制中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。控制中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。 z比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对稳定性降低，比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对稳定性降低，而且不能消除稳态误差；而且不能消除稳态误差；z积分调节可以消除稳态误差；积分调节可以消除稳态误差；z微分调节可以提高控制系统的稳定性，相应可以增加比例调节微分调节可以提高控制系统的稳定性，相应可以增加比例调节放大倍数。放大倍数。 并联并联PID调节调节 _ _UgrefUgKPKI

23、ssKD1+sTD+UI-UI+UD-UDUkmaxmin串联串联PID调节调节 K_ _UgrefUg1+sT11+sT21+sT31+sT4UkmaxminsTbsTcsTbsTcKpsEsYsGc21211111)()()(（2）转子电压软负反馈）转子电压软负反馈 （励磁系统稳定器（励磁系统稳定器ESS） z自动电压调节器自动电压调节器Kp增大将造成励磁控制回路的不稳定，在发电机增大将造成励磁控制回路的不稳定，在发电机空载运行时可能导致发电机电压振荡。空载运行时可能导致发电机电压振荡。zESS的主要作用是使暂态时的增益降低，以防止发电机空载时励的主要作用是使暂态时的增益降低，以防止发电机

24、空载时励磁控制回路振荡，这在一定程度上可改善电力系统动态稳定特性磁控制回路振荡，这在一定程度上可改善电力系统动态稳定特性 PSSKATTBCss11TKEEs1TAs11TKGGs1TKFFs1EFDUrefVT（3）励磁电压硬负反馈）励磁电压硬负反馈z交流励磁机励磁系统中，在提高晶闸管电源电压的同时，采用励交流励磁机励磁系统中，在提高晶闸管电源电压的同时，采用励磁机输出电压或励磁机励磁电流硬负反馈，以减小励磁机时间常磁机输出电压或励磁机励磁电流硬负反馈，以减小励磁机时间常数。数。z对于快速励磁系统，如静态励磁系统，励磁时间常数本已很小，对于快速励磁系统，如静态励磁系统，励磁时间常数本已很小，

25、再采用励磁电压硬负反馈就没有必要了。再采用励磁电压硬负反馈就没有必要了。 KBTKEEs1KFVAVF（4）电力系统稳定器）电力系统稳定器 PSS 由于电力系统的发展、互联电力系统的出现和扩大、快速自由于电力系统的发展、互联电力系统的出现和扩大、快速自动励磁调节器和快速励磁系统的应用，电力系统出现了低频功率动励磁调节器和快速励磁系统的应用，电力系统出现了低频功率振荡，严重影响电力系统的安全稳定运行，成为制约联络线输送振荡，严重影响电力系统的安全稳定运行，成为制约联络线输送功率极限提高的最重要因素之一。依据功率极限提高的最重要因素之一。依据F.D.迪米洛和迪米洛和C.康柯迪亚康柯迪亚理论设计的电

26、力系统稳定器理论设计的电力系统稳定器(Power system stabilizer)，简称，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。当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。当前，前，PID+PSS的控制方式，在励磁系统中获得了广泛的应用。发的控制方式，在励磁系统中获得了广泛的应用。发电机电磁力矩可分为同步力矩和阻尼力矩，同步力矩电机电磁力矩可分为同步力矩和阻尼力矩，同步力矩(PE)与与同同相位，阻尼力矩与相位，阻尼力矩与同相位。如果同步力矩不足，将发生滑行失同相位。如果同步力矩不足，将发生滑行失步；阻尼力矩不足，将发生振荡失步。步；阻尼力矩不足，将发

27、生振荡失步。 为抵消快速励磁调节所带来的负阻尼转矩并加强机组的正阻尼，为抵消快速励磁调节所带来的负阻尼转矩并加强机组的正阻尼，需引入一附加控制输入，通过设计和计算，使该附加输入产生的需引入一附加控制输入，通过设计和计算，使该附加输入产生的附加转矩与附加转矩与同相。同相。Mex=DA+KA , 产生了负阻尼产生了负阻尼DAW。 PSS作用原理作用原理 z选择合适的相位补偿角选择合适的相位补偿角p，使电力系统稳定器产生，使电力系统稳定器产生的力矩中有尽可能大的阻尼分量，即，使的力矩中有尽可能大的阻尼分量，即，使Kdp尽量大；尽量大；z选择合理的增益，在正确的相位补偿下，尽可能增大选择合理的增益，在

28、正确的相位补偿下，尽可能增大稳定器的阻尼作用。稳定器的阻尼作用。z参数确定一般分二步进行：参数确定一般分二步进行：z 第一步，用电力系统稳定进行分析程序进行第一步，用电力系统稳定进行分析程序进行PSS参数选择，提供参考值；参数选择，提供参考值；z 第二步，现场试验验证其效果后，最后确定参数整定值第二步，现场试验验证其效果后，最后确定参数整定值。PSS参数选择参数选择 PSS实现的方法实现的方法z南瑞公司励磁调节器的南瑞公司励磁调节器的PSS是一数字式是一数字式PSS ，无专门的硬件模块，仅是，无专门的硬件模块，仅是原调节器上的一个功能软件模块。原调节器上的一个功能软件模块。z输入采用输入采用-

29、pe，利用励磁调节器所测的，利用励磁调节器所测的Pe形成。形成。 z硬件无任何增加。保持了调节器的原高可靠性，比之专门的硬件无任何增加。保持了调节器的原高可靠性，比之专门的PSS装置或装置或PSS功能插件，具有较大的优越性。功能插件，具有较大的优越性。z为了使为了使PSS附加控制，在附加控制，在0.1至至2.5Hz范围内都产生准确的相位校正，一阶范围内都产生准确的相位校正，一阶超前滞后环节是不能满足要求的，南瑞电气控制公司提供的超前滞后环节是不能满足要求的，南瑞电气控制公司提供的PSS均含有均含有两阶超前滞后环节。两阶超前滞后环节。 zPSS的增益及二阶超前和滞后时间整定均为数字式整定，在调节

30、器人机的增益及二阶超前和滞后时间整定均为数字式整定，在调节器人机界面上直接写入所需的参数，直观可靠。界面上直接写入所需的参数，直观可靠。 PSS2A模型模型sTw11+sTw1sTw21+sTw211+sT6sTw31+sTw3sTw41+sTw4Ks21+sT7Ks3VsI1VsI2+1+sT8(1+sT9) NMKs11+sT11+sT2VsTVsTMAXVsTMIN1+sT31+sT4+-PSS2B模型模型sTw11+sTw1sTw21+sTw2W+sTw31+sTw3K21+sT7PK4K31+sT8(1+sT9) NMK11+sT51+sT61+sT31+sT41+sT11+sT2P

31、xPePa+-三、可控硅整流装置三、可控硅整流装置 1、可控硅的主要参数、可控硅的主要参数2、三相全控桥式整流电路原理、三相全控桥式整流电路原理3、异常情况下的波形分析、异常情况下的波形分析4、半导体励磁系统的保护、半导体励磁系统的保护（1）可控硅的主要参数）可控硅的主要参数z断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压UDSMz断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM z反向不重复峰值电压反向不重复峰值电压URSM z反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM UDRMUDSMUPBOUAXIA0URSMURRMz额定电压额定电压UN zUDRM和和URRM中较中较小的那个数值取整；小的那个数值取整；

32、z选用可控硅电压原则：选用可控硅电压原则：z额定电压额定电压UN应是励磁变压器二次侧电压的峰值的应是励磁变压器二次侧电压的峰值的2.75到到3.0倍倍 可控硅的电流参数可控硅的电流参数通态平均电流通态平均电流IT(AV) 维持电流维持电流IH 掣住电流掣住电流 IL，通常，通常IL约为约为IH的的24倍倍断态重复峰值电流断态重复峰值电流IDRM反向重复峰值电流反向重复峰值电流IRRM浪涌电流浪涌电流ITSMz可控硅的门极参数可控硅的门极参数z(a)门极触发电流门极触发电流IGT z(b)门极触发电压门极触发电压UGT z可控硅的动态参数可控硅的动态参数 z(a)断态电压临界上升率断态电压临界上

33、升率du/dt z(b)通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dtz(c)门极控制开通时间门极控制开通时间tgt z(d)电路换向关断时间电路换向关断时间tq 可控硅选用时的主要参数可控硅选用时的主要参数z正向电压正向电压z反向电压反向电压z通态电流通态电流z触发电压和触发电流触发电压和触发电流z导通后的管压降导通后的管压降z维持电流和掣住电流维持电流和掣住电流（2）三相全控桥式整流电路原理）三相全控桥式整流电路原理 61ug1Ud01633122455460ugug6ug2ug4ug60ug1ugug5ug3(c)00t531(b)2tt46ttt ttUd触发换流SCRug2(a)Ud

34、SCRSCR1B24c6ba35RidUaUbUc(d)tt t三相全波全控整流（=0时） (a)电路图；(b)相电压波形；(c)触发脉冲；(d)直流侧电压波形 1) 整流工作状态整流工作状态 先讨论控制先讨论控制角角=0度的情况。在度的情况。在t0-t1期间，期间，a相的电位最高相的电位最高，b相的电位最低，有可能构成通路。若相的电位最低，有可能构成通路。若在在t0以前共阳极组的以前共阳极组的SCR6的触发脉冲的触发脉冲Ug6 还存在，在还存在，在t0（=0）时给共阴极）时给共阴极的的SCR1以以触发脉冲触发脉冲ug1，则可由，则可由SCR1与与 SCR6构成通路：交流电源构成通路：交流电源

35、的的a相相SCR1RSCR6回到电源回到电源b相。在负载电阻相。在负载电阻R上得到线电压上得到线电压uab.此后只要按顺序给各桥臂元件以触发脉冲，就可依次换流。此后只要按顺序给各桥臂元件以触发脉冲，就可依次换流。 z 三相全控桥式整流电路输出电压三相全控桥式整流电路输出电压Ud的波形在一个周期内为匀称的波形在一个周期内为匀称的六段，即输出电压的六段，即输出电压Ud的周期是阳极电压周期的六分之一，故计算的周期是阳极电压周期的六分之一，故计算其平均电压其平均电压Ud，只须求交电流电压，只须求交电流电压U1cost在（在（-/6+）至（）至（ /6+）的平均值即可：的平均值即可：z在在90时，输出平

36、时，输出平均电压均电压Ud为正值，三为正值，三相全控桥工作在整流相全控桥工作在整流状态，将交流转变为状态，将交流转变为直流。直流。2）逆变工作状态）逆变工作状态 z在在90时，输出平均电压时，输出平均电压Ud则为负值，三相全控桥工作在逆变则为负值，三相全控桥工作在逆变状态，将直流转变为交流。状态，将直流转变为交流。z采用三相全波全控整流电路，当发电机内部发生故障时能进行逆变采用三相全波全控整流电路，当发电机内部发生故障时能进行逆变灭磁，将发电机转子磁场原来储存的能量迅速反馈给交流电源去，灭磁，将发电机转子磁场原来储存的能量迅速反馈给交流电源去，以减轻发电机损坏的程度。以减轻发电机损坏的程度。z

37、对于他励接线，逆变能迅速完成，性能较好；对于自并励接线，则对于他励接线，逆变能迅速完成，性能较好；对于自并励接线，则逆变性能较差。逆变性能较差。z此外，在调节励磁过程中，如使此外，在调节励磁过程中，如使90，则加到发电机转子的励磁，则加到发电机转子的励磁电压变负，能迅速进行减磁。电压变负，能迅速进行减磁。z在全控桥中常将在全控桥中常将=180-叫作逆变角。由于叫作逆变角。由于90才进入逆变状态，才进入逆变状态，故逆变角故逆变角总是小于总是小于90的。可用下式表示三相全控桥在逆变工作状态时的。可用下式表示三相全控桥在逆变工作状态时的反向直流平均电压，即的反向直流平均电压，即z U=-1.35U1

38、COS(180-)=1.35U1COSz对于三相全控桥整流电路，可控硅元件的导通角是固定不变的。通常用对于三相全控桥整流电路，可控硅元件的导通角是固定不变的。通常用代表逆变角。随着控制角代表逆变角。随着控制角的变化，逆变角的变化，逆变角在在0到到90之间变化。之间变化。z如果逆变角如果逆变角过小，或者逆变过程中三相全控桥的触发脉冲因故突然消失，过小，或者逆变过程中三相全控桥的触发脉冲因故突然消失，则最后导通的一组可控硅元件，将工作在励磁绕组电感则最后导通的一组可控硅元件，将工作在励磁绕组电感“放电放电激激磁磁放电放电”的交替过程中。如下图。的交替过程中。如下图。（3）异常情况下的波形分析）异常

39、情况下的波形分析z三相桥式整流电路在运行中由于各种原因，可以出现桥臂断开、脉三相桥式整流电路在运行中由于各种原因，可以出现桥臂断开、脉冲丢失、换相失败及续流不良等故障。冲丢失、换相失败及续流不良等故障。z1、桥臂断开或其脉冲丢失、桥臂断开或其脉冲丢失z 运行中某一个或两个桥臂的元件损坏，或者作为过流保护的快速熔运行中某一个或两个桥臂的元件损坏，或者作为过流保护的快速熔断器熔断，可使其桥臂呈现断开状态；或者由于触发控制回路的故障，断器熔断，可使其桥臂呈现断开状态；或者由于触发控制回路的故障，出现触发脉冲的丢失，致使应当开通的某一个或两个桥臂元件不能开通，出现触发脉冲的丢失，致使应当开通的某一个或

40、两个桥臂元件不能开通，可控整流电路处于异常工作状态。可控整流电路处于异常工作状态。z1) 一臂断开或其脉冲丢失一臂断开或其脉冲丢失z假定控制角假定控制角=60时，快速熔断器时，快速熔断器KRD1熔断，或因桥臂元件熔断，或因桥臂元件SCR1损损坏而断路，或其正坏而断路，或其正a相的触发脉冲消失，使桥臂相的触发脉冲消失，使桥臂1处于开断状态，则此处于开断状态，则此时输出的整流电压时输出的整流电压Ud如下图（如下图（b）所示。）所示。z在正常工作情况下，在在正常工作情况下，在t1时刻本应触发时刻本应触发SCR1使输出电压转换为使输出电压转换为a、b相间的线电压，现桥臂相间的线电压，现桥臂1不通，仍继

41、续由桥臂不通，仍继续由桥臂5与与6构成通路，电感性构成通路，电感性负载释放能量，负载释放能量，Ud按按Ucb负半周的波形变化。负半周的波形变化。t2时桥臂元件时桥臂元件2接受触接受触发脉冲而导通，并关断桥臂元件发脉冲而导通，并关断桥臂元件6。在。在t2至至t期间，由桥臂期间，由桥臂2与与5构成构成直通短路，直通短路，Ud 0。到。到t3时，触发桥臂时，触发桥臂3，关断桥臂，关断桥臂5，输出电压按，输出电压按Ubc变化。变化。z在这路异常情况下，整流桥输出电压的平均在这路异常情况下，整流桥输出电压的平均Ud将只为正常情况下平均将只为正常情况下平均值的一半（若保持值的一半（若保持=60时）。时）。

42、 z若共阳极组的某一桥臂发生上述故障，其结果也是相似的。若共阳极组的某一桥臂发生上述故障，其结果也是相似的。z(b) =60一臂断开时一臂断开时Ud波形波形 (c) =30一臂断开时一臂断开时Ud波形波形z2) 同相的上下两臂断开或其脉冲丢失同相的上下两臂断开或其脉冲丢失z 例如下图（例如下图（a）所示，共阴极组的）所示，共阴极组的a相与共阳极组的相与共阳极组的b相桥臂断开，或相桥臂断开，或者正者正a相与负相与负b相的触发脉冲丢（图中用涂黑的相的触发脉冲丢（图中用涂黑的KRD1与与KRD6示意该示意该两臂不能导通），则分别由它们构成通路的有关线电压两臂不能导通），则分别由它们构成通路的有关线电

43、压Ucb、Uab、Uac均无输出。均无输出。z=60下发生这种故障时的下发生这种故障时的Ud波形，如图（波形，如图（b）所示的阴影线部分，）所示的阴影线部分，由线电压由线电压Ubc、Uba、Uca(包括包括Uca负半周的负半周的60区间区间)所组成，这时所组成，这时输出电压的平均值输出电压的平均值Ud将下降到无故障时的三分之一。将下降到无故障时的三分之一。 t(b)uabacuubccbubauuca t(b)cbuubcucba6a2a3a5a660ucbubccbu5a6aa32aa6 t(c) du duu d5263SCD1KRD1cbaSCR4KRD4JLKRDaRL(a)R6KRD

44、SCR642(a)JL3aKRDSCD11bc5L =60，不同相的两臂断开时，不同相的两臂断开时Ud波形波形 同一相的两臂不能导通时同一相的两臂不能导通时Ud波形波形 (a) 电路图；电路图； (b) 输出电压输出电压Ud波形波形 (a)电路图；电路图； (b) =60下故障时下故障时Ud波形波形 (c) =0下故障时下故障时Ud波形波形z3) 同一组的两臂断开或其脉冲丢失同一组的两臂断开或其脉冲丢失z如果共阴组或者共阳极组的两臂不能导通，如下图中桥臂如果共阴组或者共阳极组的两臂不能导通，如下图中桥臂1与与3不能开不能开通那样，这时只有通那样，这时只有Ucb及及Uc的部分波形输出。的部分波形

45、输出。z图（图（b）是）是=60下发生这种故障下发生这种故障时的时的Ud波形。正常时在波形。正常时在t1时刻触发时刻触发SCR1应该开通桥臂应该开通桥臂1，现因故不能导通，在负载感应电势的作用下，现因故不能导通，在负载感应电势的作用下，继续使桥臂元件继续使桥臂元件5与与6开通开通，送出，送出Ucb负半周波形，负半周波形，t2时触发时触发SCR2由桥由桥臂臂2与与5续流，直至续流，直至t4时刻进还不能使时刻进还不能使SCR5关断，则在关断，则在t4处触通处触通SCR4时，立即由桥臂时，立即由桥臂5与与4输出输出Uc电压；否则，电压；否则，t4时时SCR5关断，则关断，则需等至需等至t5时触通时触

46、通SCR5，才由桥臂，才由桥臂4与与5构成通路，输出当时的构成通路，输出当时的Uc电压。电压。 （4）半导体励磁系统的保护）半导体励磁系统的保护z 硅元件承受过电压和过电流的能力较差，可控硅元件承受正向电压硅元件承受过电压和过电流的能力较差，可控硅元件承受正向电压上升率和电流上升率有一定的限度，转子励磁绕组的绝缘只有一定的上升率和电流上升率有一定的限度，转子励磁绕组的绝缘只有一定的耐压水平。如不采取适当的保护和抑制措施，运行中就有可能超过容耐压水平。如不采取适当的保护和抑制措施，运行中就有可能超过容许范围，损坏半导体励磁系统中的有关部件。许范围，损坏半导体励磁系统中的有关部件。z 过电压保护过

47、电压保护z 过电流保护过电流保护三、灭磁与过压保护三、灭磁与过压保护 1、发电机灭磁、发电机灭磁2、过电压及其保护、过电压及其保护z同步发电机安全可靠的灭磁，不仅关系到励磁系统本身安全，而且直接同步发电机安全可靠的灭磁，不仅关系到励磁系统本身安全，而且直接关系到整个电力系统安全运行。关系到整个电力系统安全运行。z发电机组正常停机时：逆变灭磁。发电机组正常停机时：逆变灭磁。z发电机组事故停机时：事故停机灭磁，即发电机组事故停机时：事故停机灭磁，即 当发电机发生内部故障，在继当发电机发生内部故障，在继电保护动作切断主断路器时，要求迅速地灭磁；电保护动作切断主断路器时，要求迅速地灭磁； 在发电机发生

48、电气事故在发电机发生电气事故时，灭磁系统应迅速切断发电机励磁回路，并将储藏在励磁绕组中的磁时，灭磁系统应迅速切断发电机励磁回路，并将储藏在励磁绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。场能量快速消耗在灭磁回路中。（1）灭磁的主要任务）灭磁的主要任务z灭磁时间应尽可能地短暂。灭磁时间应尽可能地短暂。z灭磁反电压不超过规定的倍数。灭磁反电压不超过规定的倍数。z灭磁装置的电路和结构应简单可靠。灭磁装置的电路和结构应简单可靠。z灭磁开关应有足够的分断发电机转子电流能力。灭磁开关应有足够的分断发电机转子电流能力。z灭磁系统要有足够的容量。灭磁系统要有足够的容量。灭磁要求灭磁要求z按开关功能分：按开关功能分：

49、z 耗能型灭磁：灭磁开关将磁场能量消耗掉耗能型灭磁：灭磁开关将磁场能量消耗掉z 移能型灭磁：灭磁开关不消耗磁场能量，移能型灭磁：灭磁开关不消耗磁场能量，z 磁场能量由专用的灭磁电阻来消耗磁场能量由专用的灭磁电阻来消耗z按开关位置分：按开关位置分：z 直流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在直流侧直流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在直流侧z 交流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在交流侧交流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在交流侧z 跨接器灭磁：不使用灭磁开关而使用跨接器跨接器灭磁：不使用灭磁开关而使用跨接器z按灭磁电阻的种类分：按灭磁电阻的种类分：z 氧化锌非线性电阻灭磁氧化锌非线性电阻灭磁z 碳化硅非线性电阻灭磁碳化

50、硅非线性电阻灭磁z 线性电阻灭磁线性电阻灭磁（2）灭磁系统分类）灭磁系统分类直流灭磁原理图直流灭磁原理图 直流开关灭磁直流开关灭磁z 图中图中: MK为灭磁开关为灭磁开关z SCR为可控硅功率装置为可控硅功率装置z R为灭磁电阻。为灭磁电阻。直流灭磁原理直流灭磁原理 直流开关灭磁原理为：灭磁时，跳开直流开关直流开关灭磁原理为：灭磁时，跳开直流开关 MK，直流开关断口，直流开关断口产生电弧，电弧电压与可控硅产生电弧，电弧电压与可控硅 SCR输出的电压叠加，与转子的感应反电输出的电压叠加，与转子的感应反电势相等，势相等， 该反电势同时加在灭磁电阻两端，即：该反电势同时加在灭磁电阻两端，即： 当当U

51、R大于灭磁电阻回路的转折电压时，灭磁电阻回路导通，消耗磁大于灭磁电阻回路的转折电压时，灭磁电阻回路导通，消耗磁场能量而灭磁。场能量而灭磁。对其评价对其评价 z直流开关灭磁条件直流开关灭磁条件 z 直流开关灭磁条件：必须保证在发电机任何工况下灭磁时，开关直流开关灭磁条件：必须保证在发电机任何工况下灭磁时，开关 断口弧压与可控硅整流桥输出的电压叠加后的值，超过灭磁电阻导通断口弧压与可控硅整流桥输出的电压叠加后的值，超过灭磁电阻导通电压。电压。z直流开关灭磁特点直流开关灭磁特点z 优点：灭磁时无需外部逻辑配合，操作简单。优点：灭磁时无需外部逻辑配合，操作简单。z 缺点：对直流开关断口弧压要求较高，导

52、致开关制造困难。缺点：对直流开关断口弧压要求较高，导致开关制造困难。 跨接器灭磁原理图跨接器灭磁原理图 跨接器灭磁跨接器灭磁 励磁跨接器就是转子过电压保护装置，其基本电路及其原理是：一励磁跨接器就是转子过电压保护装置，其基本电路及其原理是：一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量。导通，利用放电电阻吸收过电压能量。 对其评价对其评价 z跨接器灭磁方案的优点

53、：跨接器灭磁方案的优点：z主回路无开关，结构简单，可靠性高。主回路无开关，结构简单，可靠性高。z跨接器灭磁方案的缺点：跨接器灭磁方案的缺点：z跨接器回路的最大导通电压不能高于交流线电压的峰值，灭磁时跨接器回路的最大导通电压不能高于交流线电压的峰值，灭磁时间相对较长。间相对较长。灭磁电阻灭磁电阻z 灭磁用电阻可以是线性电阻，可以是非线性氧化锌灭磁电阻，也灭磁用电阻可以是线性电阻，可以是非线性氧化锌灭磁电阻，也可以是非线性碳化硅电阻。可以是非线性碳化硅电阻。z 在汽轮发电机的灭磁中由于发电机转子为实心转子具有较强的阻在汽轮发电机的灭磁中由于发电机转子为实心转子具有较强的阻尼作用，即使发电机励磁绕组

54、中的电流迅速衰减到零，但由于阻尼绕尼作用，即使发电机励磁绕组中的电流迅速衰减到零，但由于阻尼绕组中的电流不能迅速衰减，发电机的机端电压并不能达到迅速衰减的组中的电流不能迅速衰减，发电机的机端电压并不能达到迅速衰减的目的，而且阻尼绕组中的电流是不可控的，所以在具有较强阻尼作用目的，而且阻尼绕组中的电流是不可控的，所以在具有较强阻尼作用的发电机机组中多采用线性电阻灭磁。而对于阻尼作用较弱的发电机的发电机机组中多采用线性电阻灭磁。而对于阻尼作用较弱的发电机机组则多采用非线性电阻灭磁。机组则多采用非线性电阻灭磁。z 在水轮发电机的灭磁中，发电机转子不为实心转子，其阻尼作用在水轮发电机的灭磁中，发电机转子不为实心转子，其阻尼作用不强，而且发电机在故障情况下的机端电压升高很多，为有效降低事不强，而且发电机在故障情况下的机端电压升高很多，为有效降低事故扩大化，宜非线性灭磁。故扩大化，宜非线性灭磁。z非线性电阻分为氧化锌和碳化硅。非线性电阻分为氧化锌和碳化硅。