同步发电机励磁自动控制系统资料

1、第二章 同步发电机励磁(l c)自动控制系统 /wangming/1596.html共一百零四页第一节 概述(i sh)同步发电机的励磁系统 励磁功率单元 励磁调节器 G发电机电力系统一励磁自动控制系统(kn zh x tn)构成 控制同步发电机的励磁同步发电机的运行特性同步发电机的空载电动势的大小发电机的励磁电流共一百零四页电压控制(kngzh) 控制无功功率的分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 改善电力系统的运行条件 对水轮发电机组实行强行减磁 二 同步发电机励磁控制系统(kn zh x tn)的任务 共一百零四页GIEFUG IGEqIGUGIEF1UGUG2UGeIQIEF2IQ2I

2、Q1EqUGjIGXdIGIQIP负荷中的无功电流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。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端电压在给定水平的。 共一百零四页G IGUG =ConstantEqUGjIGXdIGIQIP发电机励磁电流的变化改变了机组的无功功率(w n n l)和功率角的大小。调节与无限大母线并联运行(ynxng)的机组的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。共一百零四页静态稳定暂态稳定 电力系统的稳定电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来(yunli)运行状态的能力。 电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式(fngs

3、h)下突然遭受大扰动后，能否过渡 到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力。 电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。 共一百零四页PP1 励磁对静态稳定(wndng)的影响GU=ConstantUGSystem内功率(gngl)特性外功率特性共一百零四页2 励磁(l c)对暂态稳定的影响PPG0bacdF123共一百零四页PGmax*0.750.700.650.500.350 0.2 0.4 0.6 0.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.350 1 2 3 4KTe=0.1STe=0.

4、8S要使励磁系统在短暂过程中完成(wn chng)符合要求的控制必须要求励磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。共一百零四页1改善(gishn)异步电动机的自起动条件 2为发电机异步运行创造条件 3提高继电保护装置工作的正确性 1201008060402000 10 20 30t(s)U(%)共一百零四页当水轮发电机组发生(fshng)故障突然跳闸时，由于它的调速系统具有较大的惯性，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

5、动控制系统能实现强行减磁。 共一百零四页三 对励磁系统的基本(jbn)要求 励磁调节器: 检测和综合系统(xtng)运行状态的信息, 以产生相应的控制信号, 经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。 其基本要求 励磁功率单元: 受励磁调节器控制，并向同步发电机转子提供励磁电流。 其基本要求 共一百零四页系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平；励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器没有失灵(shlng)区； 励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系

6、统运行条件； 具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。 1 对励磁(l c)调节器的要求 共一百零四页2 对励磁(l c)功率单元的要求 要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制。因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。 具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度(sd)。从改善电力系统运行 条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的技术指标。 共一百零四页第二节 同步(tng

7、b)发电机励磁系统 一 励磁(l c)系统的历史直流励磁机励磁系统 机械整流子在换流方面遇到了困难，且大功率半导体整流元件制造工艺的日益成熟。交流励磁机励磁系统(交流发电机和半导体整流元件组成 ) 静止励磁系统 (发电机自并励系统) 为了缩短主轴长度，降低造价，减少环节。几种常用的励磁系统简要介绍（重点分析励磁功率单元）共一百零四页二 直流励磁(l c)机励磁(l c)系统（100MW以下） 按励磁机的励磁绕组供电方式(fngsh)的不同 自励直流励磁机励磁系统 他励直流励磁机励磁系统 共一百零四页=G励磁调节器IAVRIEEIRIE1 自励直流励磁(l c)机励磁(l c)系统 DER共一百

8、零四页2 他励直流励磁(l c)机励磁(l c)系统 G励磁调节器IEEIR=IE=IAVRPEDE共一百零四页三 交流(jioli)励磁机励磁系统（100MW以上） 交流励磁机励磁系统根据(gnj)励磁机电源整流方式及整流器状态的不同可分为以下几种。 他励交流励磁机励磁系统 自励交流励磁机励磁系统 他励交流励磁机静止整流器励磁系统他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁) 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统 自励交流励磁机静止整流器励磁系统 共一百零四页1 他励交流励磁机静止整流器励磁(l c)系统G自励恒压调节器放大器触发器电压检测调差励磁调节器交流发电机交流励磁机交流副励磁机可控整流

9、器滑环起励电源(dinyun)VSR共一百零四页2 他励交流(jioli)励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁) G励磁调节器交流发电机旋转元件永磁副励磁机晶闸管整流器NS共一百零四页1 自励(z l)交流励磁机静止可控整流器励磁系统 G AVR 滑环自动恒压元件电压起励元件VSAE起励电源共一百零四页2 自励(z l)交流励磁机静止整流器励磁系统 G 励磁调节器滑环电压起励元件VSAE起励电源共一百零四页四 静止(jngzh)励磁系统 (发电机自并励系统)G 励磁调节器滑环电压(diny)起励元件VS起励电源共一百零四页第三节 励磁系统中的整流(zhngli)电路 三相(sn xin)桥式不可

10、控整流电路三相桥式半控整流电路 三相桥式全控整流电路 一 三个基本整流电路二 整流电路的换流压降及外特性 三 最小逆变角 共一百零四页+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2三相(sn xin)桥式不可控整流电路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1 工作(gngzu)原理 共阴极连接的二极管，在t=30-150之间是V1 导通，V3、V5 承受反压而关断；在t=150-270之间是V3导通；在t=270-390 之间是V5 导通。 共阳极连接的二极管，在t=90-210之间是V2 导通，V4、V6 承受反压而关断；在t=210-33

11、0之间是V4 导通；在t=330-450 之间是V6 导通。共一百零四页2 输出(shch)电压共一百零四页RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V 三相桥式半控整流(zhngli)电路1 工作(gngzu)原理共一百零四页eaecebteugabacbcbacacbabacbc161232345456161232tut脉冲(michng)控制角=0135共一百零四页RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲(michng)控制角=30euguLttt共一百零四页RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲(michng)控制角=60uguLttet共一百零四页Rfe

12、aebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲(michng)控制角=120uguLttet共一百零四页RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲(michng)控制角=180uguLttet共一百零四页2 输出电压(diny)与控制角关系共一百零四页3 失控现象(xinxing)和续流二极管的作用 uguLttett3 t4 t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+ (-)- (+)共一百零四页三相桥式全控整流(zhngli)电路 ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L共一百零四页在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称

13、“单窄脉冲触发” 每个元件除了在各自(gz)的换流点处有一个脉冲之外，还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲。所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用，但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的，这种触发方式称之为“双窄脉冲触发”。 若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲，电路当然也可正常工作，这种触发方式称之为“宽脉冲触发” 三相桥式全控整流电路(dinl)触发脉冲的形式ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L共一百零四页euLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲(michng)控制角=0 工作(gngzu)原

14、理共一百零四页ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲(michng)控制角=60 euLugtttugt2共一百零四页ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲(michng)控制角=90 uLtugtugtett1 t2共一百零四页ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲(michng)控制角=60 150 eugtttugtuLt1 t2VS6VS1VS3VS2VS4共一百零四页3 输出(shch)电压与控制角关系电感性(gnxng)负载逆变角 =180 - uLtugtugtett1 t2在90时，输出平均电压Ud为负，三相全控桥工作在逆变

15、状态。共一百零四页电阻(dinz)性负载电阻性负载uLtugtugtett1 t2共一百零四页ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1二 整流(zhngli)电路的换流压降及外特性 换流(hun li)角共一百零四页共一百零四页ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeaebecVS1VS3VS2LLLi以上讨论中均假设换流角60，当交流回路中电抗较大，并且直流负载(fzi)电流较大时， 换流角也会增大。当 60时，整流回路中换流过程将发生变化，此时不能用上式 来计算整流电路输出的直流电压。 共一百零四页etugtReaebecVS1VS3VS

16、5VS4VS6VS2Lugtt0 t1VS1VS3VS5VS2VS6VS4三 最小逆变(n bin)角 晶闸管关断角 共一百零四页第四节 励磁调节(tioji)装置原理 励磁调节器同步发电机励磁功率单元自动手动其它信号UIIE基准励磁系统共一百零四页一 励磁(l c)调节器的发展及分类 机电型电压(励磁)调节器 电磁型励磁调节器半导体励磁调节器数字式电压调节器 按调节(tioji)原理来划分励磁调节(tioji)器反馈型励磁调节器：按被调量与给定量的偏差进行调节，使被调量接近于给定值，因此能较好地维持电压水平。 补偿型励磁调节器：补偿某些因素所引起被调量的变动，使被调量维持在所要求的定值附近。

17、 共一百零四页IEF=IEEG二 励磁调节器的基本(jbn)特性与框图 1 人工(rngng)改变Rc值调节励磁电流共一百零四页G励磁机UGIEEabIEEIEFUG励磁调节器2 比例式励磁(l c)调节器闭环控制示意图 共一百零四页基准电压前置放大功率放大测量元件调差元件手动控制励磁机发电机电源电源电源+-励磁调节器手控励磁机发电机3 自动励磁控制系统的构成(guchng)环节 共一百零四页三 半导体励磁调节器的基本(jbn)环节及构成 G自励恒压调节器综合放大移相触发测量比较调差交流发电机交流励磁机交流副励磁机滑环同步电力系统稳定器励磁系统稳定器励磁限制手控基准共一百零四页基本控制由调差、

18、测量比较、综合放大和移相触发单元组成，实现电压调节和无功功率分配等最基本的调节功能。辅助(fzh)控制是为满足发电机不同工况，改善电力系统稳定性，改善励磁控制系统动态性能而设置的单元(包括励磁系统稳定器、电力系统稳定器和励磁限制器等)。 核心(hxn)部分 共一百零四页1 测量比较(bjio)单元基本任务把发电机电压变换为直流电压信号。与给定的直流基准电压进行(jnxng)比较，得到两者的偏差信号。 测量电路应具有足够高的灵敏度，直流基准电压应稳定。电压给定电路的调整范围必须满足运行要求；测量电路应具有优良的动态性能，即反应要迅速，电路的时间常数要小； 输出的直流偏差电压必须平稳，其纹波系数要

19、小。 基本要求：比较整定滤波测量整流正序电压滤过器uGude基准UREF电压测量共一百零四页a1c1b1A 测量(cling)整流*c2b2a2c1a1ABCb1接线图a2c2b2相量图共一百零四页共一百零四页B 滤波(lb)电路LCLC2C1UinUoutR1R4R3R2C1C2ADCB共一百零四页C 比较(bjio)整定电路比较整定电路是把整流电路输出(shch)的电压与基准电压相比较，得到一个反映发电机电压偏差的直流电压，输出到综合放大单元。另外，它还对发电机电压给定值进行整定，使电压(或无功功率)能满足运行工况的要求。 R1R2VZ1VZ2ucdcduGuababuabUucbudbu

20、cdUVZ使比较桥输出为零的励磁调节器输入电压被称为整定电压，以UREF表示 。共一百零四页UUdeUGUGUVZ2UVZ1UseUREFUREF1-15VRfR4R5R3R1R2RPAJVZUseUVZ1UVZ2Ude共一百零四页输入控制信号基本控制量：被调量控制量。反馈控制量：为改善控制系统动态性能的辅助控制量。限制控制量：按发电机运行工况要求的特殊限制量。正常情况下按预定调节规律对励磁系统实施控制。在正常工况下不参与作用，在异常情况时(危及发电机或系统运行)才进行限制控制。2 综合放大(fngd)单元共一百零四页+15VV1V7V6V5V2V8-15V-15VVT1VT2VT4VT3V3

21、V4正竞比电路 负竞比电路 信号综合放大互补输出电路 UdeUMEABCVZ1VZ2USM控制信号综合放大(fngd)单元原理接线 R0R7共一百零四页电路受输入信号(xnho)中最高电平信号(xnho)控制正值竞比高者决定A点电位正常非正常正竞比电路(dinl)共一百零四页V5：电压频率限制器信号V6：最大励磁(l c)限制信号V7：瞬时过电流限制信号输入信号都属限制信号（减小励磁(l c)电流）V5 =10V andV6 =10V andV7 =10V V5 0 or V6 0 or V70UBUG2 UG1IEFIQ0发电机转子电流与无功负荷电流的关系(额定电压附近)2 发电机励磁(l

22、c)控制系统静态特性 IQIEE(IEF)ab发电机无功调节特性曲线 IQ共一百零四页UGIQIQeUG2UG1调差系数 调差单元 设定不同的调差系数共一百零四页3 调差单元工作(gngzu)原理 GA B CUAUBUC.IABIBCICAIBC共一百零四页UAUBUCIBCIABICAUAUBUCcos=1时的调差单元(dnyun)相量图 调节器测量到的电压(diny)基本上和有功电流无关。共一百零四页IABICAIBCUBUAUCcos=0时的调差单元(dnyun)相量图 UAUCUB调差单元输出的电压与无功电流(dinli)有关。共一百零四页4 调差单元(dnyun)特性调节器测量单元

23、感受电压调差装置输出电压中与无功电流同相的分量 KURLIQUG自然调差特性共一百零四页5 发电机调整特性的三种(sn zhn)类型 UGIQ0共一百零四页发电机投入和退出运行时，能平稳地改变无功负荷，不致发生(fshng)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分配。6 励磁(l c)控制系统静态特性调整的目的 共一百零四页123IQ1IQ2IQUG退出运行投入运行移动发电机调节特性(txng)的操作是通过改变励磁调节器的整定值来实现的。共一百零四页12IQ1IQ2IQUG共一百零四页第五节 并联(bnglin)运行机组间无功功率的分配 一 一台无差调节特性(txng)的机组与

24、正有差调节特性(txng)机组的并联运行UGIQU1U212IQ2一台无差调节特性的发电机可以和多台正调差特性的发电机组并联运行。但在实际运行中，由于具有无差调节特性的发电机将承担无功功率的全部增量，机组间无功功率的分配很不合理，这种运行方式很少采用。共一百零四页UGIQ不能稳定(wndng)运行二 一台无差调节特性的机组与负有差调节特性机组的并联(bnglin)运行具有负调差特性的发电机是不能在公共母线上并联运行的共一百零四页UGIQU2U1三 两台无差调节特性的机组(jz)并联运行不能并联(bnglin)运行共一百零四页四 正调差特性(txng)的发电机组的并列运行 UG2 UG1 IQB

25、1IQA1IQB2IQA2ABUGIQ共一百零四页UG2UG0IQeUG UGe IQIQ2U IUG2 UG1 IQB1IQA1IQB2IQA2AB共一百零四页GDAVRIEFIGUG第六节 数字式自动(zdng)电压调节器 硬件软件主机接口电路模拟量输入通道数字量输入输出通道脉冲输出通道1 概述(i sh)2 数字式自动电压调节器的组成 共一百零四页数字式自动电压(diny)调节器框图CPU脉冲输出通道ROMRAM接口监控模拟量输入数字量I/O模拟量输入通道数字输入/输出通道数字/脉冲UG IG IEF同步电压共一百零四页电压变送器功率变送器直流/直流多路采样开关采样保持A/D控制.CPU

26、UGUGIGIEF模拟量输入接口A 采用(ciyng)变送器 3 模拟量输入(shr)通道共一百零四页B 交流(jioli)采样 In the same way, we get IR, II and ISo共一百零四页UGUREFY(t)+4 调节(tioji)量计算 共一百零四页5 数字(shz)移相脉冲移相原理(yunl)数字移相脉冲形成同步D同步电压数字/脉冲接口的组成框图OutGateCLK脉冲形成D同步电压变换fc计数定时器实现的移相原理 共一百零四页同步电路OutGateCLK8253OutGateCLK8253整形整形整形脉冲形成电路fcua ub uc共一百零四页励磁(l c)调节器IAVRG调节特性(txng)的机组共一百零四页eaecebteugabacbcbacacbabacbc161232345456161232ttu共一百零四页放大(fngd)励磁机同步电机励磁(l c)系统稳定器电压测量比较基准输入其它信号UG共一百零四页共一百零四页在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称“单窄脉冲触发” 每个元件除了在各自的换