葛洲坝水力发电厂技术培训资料

1、PAGE PAGE 47励磁班技术培训资料1葛洲坝水水力发电电厂技术术培训资资料葛洲坝电电厂励磁磁装置原原理讲解解陈小明 龚元生生葛洲坝水水力发电电厂目录第一章励励磁系统统概述 1.11 励励磁系统统的任务务励磁附加加控制器器葛洲坝电电厂励磁磁系统概概述第二章 MEEC-331 多多微机励励磁控制制器2.1 励磁磁调节器器原理2.2MMEC-31多多微机励励磁控制制器概述述2.3MMEC-31励励磁控制制器的硬硬件配置置2.4MMEC-31励励磁控制制器软件件简介第三章励励磁大功功率整流流装置 3.11励磁大大功率柜柜概述 3.22励磁大大功率柜柜的技术术特点 3.33励磁大大功率柜柜过电压压

2、保护第四章发发电机灭灭磁及转转子过电电压保护护 4.11发电机机灭磁及及转子过过电压保保护概述述 4.22 发发电机灭灭磁的基基本原理理 4.33二江电电厂灭磁磁及转子子过电压压保护装装置 4.44 大大江电厂厂灭磁及及转子过过电压保保护装置置 4.55 DDM4开开关配ZZnO电阻阻灭磁系系统的改改进第五章葛葛洲坝电电厂励磁磁操作系系统励磁操作作系统概概述励磁直流流操作系系统励磁交流流电源操操作系统统励磁系统统的操作作励磁系统统概述1.1 励磁磁系统的的任务同步发电电机运行行时，必必须在励励磁绕组组中通入入直流电电流，以以便建立立磁场，这这个电流流称为励励磁电流流，而供供给电流流的整个个系统

3、称称为励磁磁系统。由于励励磁绕组组又称发发电机转转子，故故励磁电电流也叫叫转子电电流。在电力系系统的运运行中，同同步发电电机是电电力系统统的无功功功率主主要来源源之一，通通过调节节励磁电电流可以以改变发发电机的的无功功功率，维维持发电电机端电电压。不不论在系系统正常常运行还还是故障障情况下下，同步步发电机机的直流流励磁电电流都需需要控制制，因此此励磁系系统是同同步发电电机的重重要组成成部分。励磁系系统的安安全运行行，不仅仅与发电电机及其其相联的的电力系系统的运运行经济济指标密密切相关关，而且且与发电电机及电电力系统统的运行行稳定性性密切相相关。同同步发电电机励磁磁系统的的任务有有以下几几点：1

4、 电压压控制在同步发发电机空空载运行行中，转转子以同同步转速速n旋转时时，励磁磁电流产产生的主主磁通0切割NN匝定子子绕组感感应出频频率为ff=pnn/600的三相相基波电电势，其其有效值值E0同f，N,0以及绕绕组系数数k的关系系：E0=44.444 fNNk0这样，改改变励磁磁电流IIf以改变变主磁通通0，空载载电势EE0值也将将改变，二二者的关关系就是是发电机机的空载载特性EE0=f(Iff)或发电机机的磁化化特性0=f(FFf)。在发电机机空载状状态下，空载电势E0就等于发电机端电压Ut，改变励磁电流也就改变发电机端电压。完成电压压控制的的设备是是由励磁磁调节器器，励磁磁电源，发发电机

5、等等组成，同同步发电电机励磁磁控制系系统框图图的一般般形式如如图1-1所示示。信号比较放大给定信号励磁电源发电机Ug +Uf UUf Utt -其他信号Uc测量信号励磁调节节器图1-11 同同步发电电机励磁磁控制系系统框图图在图1-1中，虚虚线框内内是励磁磁调节器器的基本本原理框框图。按按照调节节原理，一一个控制制调节装装置，至至少要有有三个环环节或单单元。第第一是测测量单元元，它是是一个负负反馈环环节；第第二是给给定单元元，它是是调节中中的参考考点；第第三是比比较放大大单元，它它将测量量值同参参考值进进行比较较，并对对比较结结果的差差值进行行放大，从从而输出出控制电电压Ukk。这里里的其他他

6、信号，是是指调节节器中的的其他功功能的作作用信号号，比如如调差、励磁电电流限制制、无功功限制、PSSS等。这这里的励励磁电源源是指可可控硅整整流装置置。对于一个个励磁控控制系统统来说，电电压控制制就是维维持发电电机端电电压在设设定位置置。为实实现这一一目的，首首先就要要设定电电压，要要有一个个给定信信号Ugg，以便便明确电电压控制制值；其其次要测测量电压压，看发发电机端端电压是是多少，这这里由发发电机电电压互感感器PTT和调节节器中的的测量板板组成，将将Ut变为为Uc；最最后，由由调节器器比较给给定值和和测量值值，当测测量值小小于给定定值时，励励磁装置置增加励励磁电流流If，使发发电机端端电压

7、上上升，当当测量值值大于给给定值时时，励磁磁装置减减少Iff使发电电机端电电压下降降。2 无功功分配在发电机机负载运运行时，根根据所带带负载的的性质，空空载电势势E0同发电电机端电电压Utt的关系系发生了了变化。当发电电机带感感性负载载时，电电枢反应应具有去去磁性质质，随着着负载的的增加，Ut越来越小于E0，这时为了维持Ut不变，必须增大励磁电流；当发电机带容性负载时，电枢反应具有助磁性质，随着负载的增加，Ut越来越大于E0，同样为了维持Ut不变，必须减少励磁电流。在发电机机并网运运行时，系系统母线线电压控控制着发发电机端端电压UUt，当当调节励励磁电流流If，使EE0发生变变化时，发发电机的

8、的定子电电流和功功率因数数也随之之变化，即即发电机机的无功功功率随随If变化。同步发发电机的的V形曲曲线，就就是反映映了励磁磁电流同同定子电电流的关关系。在在这一关关系中，功功率因数数等于11的励磁磁电流称称为正常常励磁。当励磁磁电流大大于正常常励磁时时，定子子电流滞滞后于端端电压，功功率因数数滞后，发发电机输输出滞后后无功功功率，这这种状态态我们俗俗称为发发电机带带无功运运行；当当励磁电电流小于于正常励励磁时，定定子电流流超前于于端电压压，功率率因数超超前，发发电机输输出超前前无功功功率，这这种状态态我们俗俗称为发发电机进进相运行行。在发电厂厂中数台台发电机机并网运运行时，调调节一台台发电机

9、机的励磁磁电流，不不仅会改改变这台台机的无无功，还还要影响响其他发发电机的的无功稳稳定性。为此，励励磁系统统分配并并联运行行的发电电机无功功时，还还要考虑虑其稳定定性和合合理性，这这就要求求励磁调调节器具具有调差差功能。母线电压压水平及及无功功功率在机机组之间间的分配配，取决决于发电电机的电电压调节节特性即即调差特特性Utt=f（QQ），一一般来说说，发电电机的调调差特性性是一条条发电机机端电压压Ut随无无功Q增增加而下下降的直直线，见见图1-2的正正调差系系数K3，KK0和KK2分别别表示零零调差和和负调差差系数。Ut (Ug,Uk)UtK2 Utto K0 K3 UUs K1 KK1K20

10、 Q 0 QQ1 Q2 Q图1-22励磁磁调差特特性图11-3并并联运行行机组调调差特性性如果励磁磁调节器器具有调调差功能能，则发发电机总总的调差差系数是是发电机机（发变变组）的的自然调调差系数数与励磁磁调差系系数的代代数和。由于自自然调差差系数不不可变，故故发电机机的总调调差系数数由励磁磁调差系系数控制制。若励励磁调差差系数为为零，比比如退出出调节器器中的调调差电路路，则发发电机的的调差特特性就是是自然调调差特性性，其大大小由发发电机和和变压器器的电磁磁参数决决定，且且变压器器参数起起主导作作用；若若励磁调调差系数数为负，如如图1-2中的的直线KK2所示示，则发发电机调调差特性性就是发发电机

11、的的自然调调差系数数减励磁磁调差系系数的差差；若励励磁调差差系数为为正，如如图1-2中的的直线KK1所示示，则发发电机调调差特性性就是发发电机的的自然调调差系数数加励磁磁调差系系数的和和。在这这里之所所以有加加减之别别，其目目的是在在控制励励磁调差差系数大大小情况况下，保保证发电电机调差差特性向向下倾斜斜，因为为只有具具有正调调差特性性的发电电机才能能并联运运行。对对于单元元接线的的发电机机系统来来说，若若发变组组的自然然调差率率很大，励励磁调差差系数应应选择负负，以补补偿无功功电流在在主变上上的压降降；若发发变组的的自然调调差率很很小，励励磁调差差系数应应选择正正。对于于扩大单单元接线线的发

12、电电机系统统来说，由由于发电电机的自自然调差差率很小小，为保保证数台台发电机机的并联联运行及及其无功功功率的的均衡分分配，发发电机必必须具有有基本一一致的正正调差特特性，这这就要求求励磁调调差必须须为正极极性。图图1-3是两两台发电电机并入入电网后后，二者者调差特特性与无无功分配配关系，图图中Utto是两两台发电电机空载载额定电电压，UUs母线线电压，KK1和KK2是两两台发电电机各自自的调差差系数。这两台台发电机机并网后后，调节节励磁电电流，其其K1和和K2直直线平行行上下移移动，所所对应的的无功QQ1和QQ2也随随之改变变，并且且相互不不影响。我们知道道，无论论励磁调调节器是是何种类类型，

13、其其工作原原理都是是将反映映发电机机端电压压Ut的测测量电压压Uc，与与给定电电压Ugg进行比比较，从从而得到到发电机机电压偏偏差信号号即控制制电压UUk。对对于可控控硅整流流器来说说，Ukk经移相相器产生生角变变化的脉脉冲，以以此改变变整流桥桥输出电电压，使使发电机机端电压压同给定定电压保保持一致致。如果果在测量量电压UUc或者者给定电电压Ugg上，再再叠加一一个反映映发电机机无功变变化的附附加量UUq，就能能使控制制电压UUk和角产生生变化，从从而改变变发电机机的电压压调节特特性。这这个附加加量就是是励磁调调差起作作用的量量，也称称无功补补偿量，其其极性直直接影响响励磁调调差极性性。一般般

14、说来，给给定为正正信号，测测量为负负信号，图图1-4描描述了这这一过程程的基本本原理，虚虚线表示示调差单单元的输输出电平平可以有有两种接接入方式式参与励励磁调节节。 Ug给定单元 + +调差单元 QQ Uq Uk Uf UUt比较放大发电机整流器移相测量单元 Utt UUc - 图图1-44 励磁磁装置调调差原理理图如果将调调节器中中调差单单元接入入到给定定单元上上，当调调差单元元随发电电机+QQ增加而而输出+Uq时，就就会引起起给定电电压Ugg增加，控控制电压压Uk增加加，角角减少，最最终使得得发电机机端电压压Ut增增加，此此时的励励磁调差差就是负负调差。当调差差单元随随+Q增增加而输输出-

15、UUq时，就就会引起起相反的的结果，此此时的励励磁调差差就是正正调差。在图11-2中中，将给给定电压压Ug和控控制电压压Uk引入入纵坐标标，就能能根据UUg=ff（Q）和和Uk=ff（Q）来来判断励励磁调差差极性。如果将调调节器中中调差单单元接入入到测量量单元上上，当调调差单元元随发电电机+QQ增加而而输出+Uq时，就就会引起起测量电电压Ucc减少，控控制电压压Uk增加加，角角减少，最最终使得得发电机机端电压压Ut增增加，此此时的励励磁调差差就是负负调差。当调差差单元随随+Q增增加而输输出-UUq时，就就会引起起相反的的结果，此此时的励励磁调差差就是正正调差。3 提高高电力系系统稳定定性a 提

16、高高静态稳稳定性静态稳定定是指电电力系统统遭受小小扰动之之后，不不发生自自发振荡荡和非周周期失步步，自动动恢复到到起始运运行状态态的能力力。电力力系统静静态稳定定性高低低，可以以用输电电线路的的输送功功率极限限的大小小来判断断，这也也是励磁磁装置常常用的静静态稳定定性试验验方法。在单机-无穷大大系统中中，如果果发电机机没有励励磁控制制，则正正常运行行时，发发电机的的空载电电势E0保持不不变，那那么该系系统的静静态极限限为Pmmax，其其功率特特性曲线线见图11-5中中的曲线线1。如如果发电电机具有有常规励励磁，比比如直流流励磁机机或者交交流励磁磁机带二二极管整整流的励励磁系统统，则可可保持发发

17、电机的的暂态电电势Eq不变，因因此有PPmaxx，其功功率特性性曲线见见图1-5中的的曲线22。如果发发电机配配置高放放大倍数数的快速速励磁系系统，比比如采用用运算放放大器和和可控硅硅整流器器，并且且励磁调调节器带带电力系系统稳定定器PSSS或者者采用最最优励磁磁控制，则则可接近近保持发发电机端端电压UUt不变变，因此此有Pmmax，其其功率特特性曲线线见图11-5中中的曲线线3。粗粗约比较较一下单单机-无无穷大系系统静稳稳极限，Pmax ：Pmax： Pmax=1：2：3，可见励磁系统对于提高电力系统静态稳定性的作用非常明显。特别是带PSS或者采用最优控制的快速励磁系统对于电力系统的静态稳定

18、性作用明显。PPmaax=UtUUc/XXePmaxx 3Pmmax= Eq Ucc/(XXe+XXd) PmmaxPmaax = E0Uc/(Xee+Xdd)2 中中：Ucc为无穷穷大系统统电压 PmaxxXd为d轴同步步电抗1Xd为d轴暂态态电抗Xe为发发电机至至无穷大大系统间间的电抗抗图1-55 调节节励磁对对功率特特性的影影响b 提高高动态稳稳定性动态稳定定是指电电力系统统遭受小小扰动之之后，在在自动调调节装置置和附加加控制的的作用下下，保持持较长过过程稳定定运行的的能力（通通常指不不发生周周期性振振荡失步步）。由由于影响响动态稳稳定性的的主要因因数是电电力系统统的阻尼尼特性，因因而常

19、规规励磁系系统对于于电力系系统的动动态稳定定性不起起多大作作用，但但是，带带PSSS的快速速励磁系系统能够够阻尼系系统的低低频振荡荡，从而而提高了了电力系系统动态态稳定性性。C 提高高暂态稳稳定性暂态稳定定是指电电力系统统遭受大大扰动后后，各同同步电机机保持同同步运行行并过渡渡到新的的或者恢恢复到原原来状态态运行的的能力（通通常指保保持第一一或第二二个摇摆摆周期不不失步）。由于影影响暂态态稳定性性的主要要因数是是系统中中短路故故障性质质、主保保护的动动作情况况、重合合闸动作作成功与与否，因因而调节节励磁对对暂态稳稳定的影影响没有有对静态态稳定那那么显著著。励磁磁系统对对于提高高暂态稳稳定而言言

20、，主要要表现在在快速励励磁和强强励的作作用上。电力系系统中发发生短路路故障时时，由于于控制输输入机械械功率的的常规调调速系统统的动作作太慢，主主要靠快快速继电电保护切切除故障障，以减减少加速速面积；而故障障切除后后，快速速励磁和和强励可可以增大大发电机机电势，因因而增大大输出的的电磁功功率，增增大了制制动面积积，防止止发电机机摇摆角角过度增增大，以以利于暂暂态稳定定性的提提高。但但是发电电机励磁磁回路具具有较大大的时间间常数，即即使是快快速励磁磁系统，也也只能在在故障后后0.440.6S，使使转子达达到最大大磁通。由大量量计算结结果可知知，故障障后发电电机摆到到最大角角度的时时间往往往只有00

21、.50.66S，所所以快速速励磁和和强励所所能够增增加的制制动面积积是很有有限的，其其结果是是只能稍稍许降低低第一个个振荡周周期的摇摇摆角度度。4 有利利于电力力设备的的运行在短路故故障期间间以及故故障切除除后，性性能良好好的励磁磁控制系系统可以以尽量维维持电力力系统的的电压、加速电电压的恢恢复，从从而改善善了系统统中电动动机的运运行条件件，有利利于电力力设备的的运行。类似地地，它改改善了并并列运行行的同步步发电机机在失磁磁后转入入异步运运行时电电力系统统的工作作条件。此外，励励磁系统统还可以以提高带带时限的的继电保保护装置置的工作作灵敏性性和动作作准确性性。1.2 励磁磁附加控控制器大型同步

22、步发电机机励磁系系统一般般由三部部分组成成，其一一是励磁磁电源，如如可控硅硅整流器器；其二二是灭磁磁和转子子过电压压保护装装置；其其三是励励磁控制制部分，我我们称为为励磁调调节器。由于励磁磁调节器器按照发发电机端端电压偏偏差进行行调节，我我们也称称之为自自动电压压调节器器，它是是励磁主主控制器器。随着着自动化化技术的的发展，调调节器的的调压精精度越来来越高，励励磁电源源的响应应越来越越快，于于是电力力系统低低频振荡荡就时有有发生，影影响了电电力系统统稳定运运行。人人们在研研究了电电力系统统发生低低频振荡荡的机理理之后，提提出了在在快速励励磁系统统上增设设励磁附附加控制制器，构构成了电电力系统统

23、稳定器器（Poowerr Syysteem SStabbiliizerr）,简称PPSS。由于PPSS对对抑制低低频振荡荡，提高高电力系系统稳定定性有一一定的效效果，因因而得到到了广泛泛的应用用。随着着现代控控制理论论和计算算机技术术的发展展，微机机励磁调调节器开开始采用用最优励励磁控制制（Opptimmal Exccitaatioon CConttrolllerr）简称称OECC，该技技术融自自动电压压调整同同各种励励磁附加加功能为为一体，全全面改善善发电机机端电压压调节精精度和电电力系统统稳定性性，已取取得一定定成果。1 电力力系统低低频振荡荡在电力系系统中，发发电机经经输电线线路并列列运

24、行时时，在负负荷突变变等小扰扰动的作作用下，发发电机转转子之间间会发生生相对摇摇摆，这这时电力力系统如如果缺乏乏必要的的阻尼就就会失去去动态稳稳定。由由于电力力系统的的非线性性特性，动动态失稳稳表现为为发电机机转子之之间的持持续的振振荡，同同时输电电线路上上功率也也发生相相应的振振荡，影影响了功功率的正正常输送送。由于于这种持持续振荡荡的频率率很低，一一般在00.22.55HZ之之间，故故称为低低频振荡荡。电力系统统低频振振荡在国国内外均均有发生生，通常常出现在在远距离离、重负负荷输电电线路上上，或者者互联系系统的弱弱联络线线上，在在采用快快速响应应高放大大倍数励励磁系统统的条件件下更容容易出

25、现现。葛洲洲坝二江江电厂建建厂发电电初期，曾曾多次发发生低频频振荡。近年来来，在二二江电厂厂同湖北北恩施的的联络线线路上又又出现低低频振荡荡，又引引起了人人们的注注意。一般认为为，发生生低频振振荡的主主要原因因是，现现代电力力系统中中大容量量发电机机的标幺幺值电抗抗增大，造造成了电电气距离离的增大大，再加加之远距距离重负负荷输电电，造成成系统对对于机械械模式（其其频率由由等值发发电机的的机械惯惯性决定定）的阻阻尼减少少了；同同时由于于励磁系系统的滞滞后特性性，使得得发电机机产生一一个负的的阻尼转转矩，导导致低频频振荡的的发生。采用励励磁控制制系统的的附加控控制构成成的PSSS或其其他方式式，可

26、以以补偿负负的阻尼尼转矩，抑抑制低频频振荡。PSS原原理简介介a 励磁磁装置的的负阻尼尼作用所谓阻尼尼就是阻阻止扰动动，平息息振荡，而而负阻尼尼恰恰相相反。励励磁装置置的负阻阻尼，是是指励磁磁装置对对于系统统功角摆摆动所作作出的调调节作用用，会加加大这种种摆动，不不利于系系统的稳稳定。并联在电电力系统统中运行行的同步步发电机机，其稳稳定运行行的必要要充分条条件是有有正的阻阻尼转矩矩和正的的同步转转矩。阻阻尼转矩矩MDD为负时时将会因因为出现现自发增增幅振荡荡而最终终失去稳稳定，而而当同步步转矩MS为为负时，发发电机将将出现爬爬步失步步。在同同步发电电机受到到扰动，引引起系统统振荡期期间，电电磁

27、转矩矩M、功功角和和角频率率都作作周期性性变化，故故可以在在坐标标中表示示M、MDD和MMS。MD同同基基本同相相，MMS同同相相，二者者之和就就是和M，这这就是说说电磁转转矩既包包含了同同步转矩矩分量又又包含了了阻尼转转矩分量量。在不考虑虑励磁装装置的负负阻尼情情况下，阻阻尼转矩矩就是阻阻止发电电机转速速偏离同同步转速速的一种种转矩，其其作用力力的方向向总是指指向阻止止转子偏偏离同步步速度的的方向，当当转速高高于同步步速度时时，阻尼尼转矩是是制动的的；当转转速低于于同步转转速时，阻阻尼转矩矩却是驱驱动的，正正是这两两种作用用，才使使得振荡荡衰减。阻尼转转矩包括括两种：一种是是一般忽忽略不计计

28、的机械械性阻尼尼，它反反映了机机械运动动的惯性性原理；另一种种是发电电机转子子中阻尼尼绕组产产生的阻阻尼，这这种阻尼尼是在发发电机转转速不同同于同步步转速时时，二者者就在转转子上产产生相对对运动，阻阻尼绕组组中就感感应出一一个转差差频率的的感应电电流，并并产生感感应电动动机那样样的转矩矩，即阻阻尼转矩矩。在单单机-无无穷大系系统简化化线性模模型的电电磁转矩矩矢量图图图1-6中，MD1是不考虑调节器负阻尼情况下的阻尼转矩，M1能抑制系统振荡。在考虑励励磁装置置的负阻阻尼情况况下，阻阻尼转矩矩就有了了正负之之分。当当励磁装装置产生生的负阻阻尼大于于阻尼绕绕组产生生的正阻阻尼时，阻阻尼转矩矩就变成成

29、图1-6中的的MDD2，M2则则不能抑抑制系统统振荡。我们知知道，自自动电压压调节器器按照发发电机端端电压偏偏差UUt调节，当当系统发发生振荡荡时，的变变化就会会引起Ut变化，调调节器就就会依据据Ut进行调调节，由由于发电电机转子子绕组具具有较大大的时间间常数，其其励磁输输出所产产生的转转矩相对对于输入入信号必然然有一定定的延时时，正是是这种延延时才使使励磁装装置产生生的负阻阻尼转矩矩。当然，并并不是所所有励磁磁装置都都产生负负阻尼，理理论和实实践都证证明，在在单机-无穷大大系统的的完整的的线性模模型，又又称Phhilllipss-Heeffrron模模型中，只只有当参参数K55为负时时，阻尼

30、尼转矩才才为负。在远距距离重负负荷输电电的单机机-无穷穷大系统统中，由由于K55可能变变负值，并并且由于于高放大大倍数快快速响应应励磁系系统的存存在，可可能导致致系统中中的阻尼尼为负，这这时如果果实际存存在的发发电机电电气的和和机械的的正阻尼尼较小，则则该系统统可能发发生低频频振荡。 M33MD11 M11M4MS MD22 M22 M2图1-66 电电磁转矩矩矢量图图 图图1-77 PPSS的的附加电电磁转矩矩图b PSSS的基基本原理理在考虑励励磁装置置产生负负阻尼情情况下，单单机-无无穷大系系统的电电磁转矩矩位于坐标的的第四象象限，因因与转速速相位方方向相反反，它给给系统提提供的是是负阻

31、尼尼转矩，如如图1-17中中的MM2。这这时如果果能提供供一个位位于第一一象限的的附加电电磁转矩矩M33，则M2和和M33的矢量量和MM4就可可以在第第一象限限，此时时的MM4与转转速相位位方向相相同，它它给系统统提供具具有正的的同步转转矩和阻阻尼转矩矩，低频频振荡将将受到抑抑制。这这个第一一象限的的附加电电磁转矩矩M33可以引引进附加加控制信信号的PPSS来来获得，这这就是PPSS的的基本原原理。PSS励励磁附加加控制器器，是一一种附加加反馈控控制，即即在励磁磁调节器器中，除除了引入入发电机机端电压压作为主主要控制制信号外外，再引引入一个个超前附加加控制信信号，作作用于调调节器，如如图1-1

32、中的的其他信信号，改改变励磁磁输出，使使整个励励磁装置置产生正正阻尼转转矩，从从而提高高系统稳稳定性。PSSS一般由由两部分分组成，第第一部分分是附加加信号的的检测单单元，常常用的附附加输入入信号有有f和PP，因为为这两种种信号都都可以采采用电气气测量方方法得到到，实施施比较简简单，且且二者很很容易转转换成和。为为了保证证PSSS只在低低频振荡荡发生时时起作用用，测量量单元必必须有一一个低通通滤过器器和直流流信号隔隔离环节节，只让让低频振振荡信号号输入。第二部部分是附附加信号号放大和和相位超超前单元元，合理理选择PPSS的的放大倍倍数和相相位补偿偿角，就就能使PPSS输输出一个个超前于于的的附

33、加控控制电压压，该控控制电压压通过调调节器，改改变励磁磁控制电电压，最最终达到到励磁装装置输出出正阻尼尼转矩的的目的。C PSSS的应应用效益益和适应应性PSS的的应用效效益主要要有三个个方面：第一是是抑制低低频振荡荡，许多多试验结结果都证证明，在在系统发发生低频频振荡时时投PSSS，经经过12个周周波振荡荡就完全全平息了了；第二二是提高高静稳定定的功率率极限，具具有PSSS附加加功能的的调节器器，可采采用较大大电压放放大倍数数，提高高电压调调节精度度，维持持发电机机端电压压Ut不变变，使单单机-无无穷大系系统的静静稳极限限接近线线路的功功率极限限；第三三是有利利于暂态态稳定,能够在在一定频频

34、率范围围内提供供正阻尼尼，抑制制大扰动动第一摇摇摆之后后的后续续振荡，缩缩短后续续摇摆过过程。119855年葛洲洲坝二江江电厂低低频振荡荡抑制试试验，可可以使线线路输送送能力提提高200%，能能有效平平息低频频振荡。在单机-无穷大大系统中中应用PPSS的的适应性性问题有有两面性性：一方方面，由由于PSSS参数数是在某某个低频频振荡频频率设计计和整定定的，当当系统参参数发生生变化时时，PSSS不可可能在所所有的运运行方式式下都具具有最好好的应用用效果；另一方方面，不不论运行行方式怎怎么变，低低频振荡荡频率范范围都在在0.222.5HZZ之内，PPSS总总会有一一定的阻阻尼补偿偿作用，决决不会恶恶

35、化系统统的阻尼尼，因此此PSSS具有一一定的适适应性。至于在在多机电电力系统统中，首首先要解解决PSSS最佳佳安装地地点和PPSS参参数的协协调整定定问题，否否则，即即使所有有机组都都装设PPSS，在在一定条条件下仍仍会出现现低频振振荡。3 阻尼尼单元原原理简介介葛洲坝二二江电厂厂发电初初期，低低频振荡荡时有发发生，严严重的影影响了电电力系统统的稳定定。针对对这种情情况，葛葛洲坝电电厂联合合华中理理工大学学共同研研究新型型励磁附附加控制制器阻尼单单元。这这是一种种以发电电机端电电压偏差差Ut作为附附加控制制信号的的“PSSS”，结结构简单单，调试试方便，试试验结果果较好。阻尼单单元在葛葛洲坝电

36、电厂大部部分机组组上投运运过，后后来因葛葛洲坝大大江电厂厂发电，葛葛洲坝电电厂的系系统主接接线发生生了很大大变化，再再加之该该单元有有时运行行不稳定定，于是是又都退退出了运运行。分析阻尼尼单元的的工作原原理，同同样要涉涉及到增增益高、速度快快的励磁磁系统产产生负阻阻尼转矩矩问题：同步发发电机受受到扰动动，其功功角会会产生摇摇摆。当当增大大时，发发电机端端电压UUt要下下降，励励磁装置置又不让让Ut下降降，就去去增加励励磁电流流。由于于转子回回路的惯惯性时间间常数较较大，励励磁电流流的增长长滞后的变化化，这样样当减少少时，励励磁装置置虽然也也发出减减少励磁磁电流的的信号，但但励磁电电流有可可能仍

37、在在增加，造造成减减少过度度，即回摆幅幅度增大大，这就就助长了了的摇摇摆，对对此，我我们就说说励磁装装置产生生负阻尼尼转矩。很显然然，要利利用调节节器中的的Utt作为附附加控制制信号，只只需将Ut进行低低通滤波波和相位位超前即即可。正正是如此此，整个个阻尼单单元只用用了两个个运算放放大器，一一个组成成低通过过滤器，另另一个组组成微分分电路。前者只只让0.222.5HHZ低频频振荡的的Ut进入阻阻尼单元元，使其其尽量减减少对调调节器正正常工作作的影响响；后者者将以进进入阻尼尼单元的的Ut进行微微分，使使其输出出信号的的相位超超前输入入信号990度，这这个角度度可以补补偿转子子回路的的延时，从从而

38、使励励磁装置置输出正正阻尼转转矩。4 最优优励磁控控制器简简介尽管励磁磁附加控控制器对对抑制低低频振荡荡、提高高电力系系统稳定定性有着着明显的的作用，但但是也存存在适应应性较差差，现场场调试麻麻烦，对对提高暂暂态稳定定作用甚甚微以及及在多机机系统中中应用协协调困难难等缺点点。为解解决这些些问题，进进一步提提高电力力系统稳稳定性并并改善其其动态品品质，国国内外学学者对励励磁控制制规律进进行了大大量的研研究。先先是线性性最优控控制理论论被引入入电力系系统，研研究开发发出线性性最优励励磁控制制器（LLineear Opttimaal EExciitattionn Coontrrolller）简简称L

39、OOEC，目目前，葛葛洲坝电电厂使用用的MEEC型多多微机励励磁控制制器，就就是采用用LOEEC技术术。近年年来，非非线性控控制系统统的微分分几何结结构理论论又被引引入励磁磁控制规规律，研研究出非非线性励励磁控制制器（NNonllineear Exccitaatioon CConttrolllerr）简称称NECC，也在在一定范范围内得得到使用用。a线性最最优励磁磁控制原原理最优控制制理论是是设计最最优控制制系统，使使其性能能指标最最优的理理论和方方法，它它是现代代控制理理论一个个重要组组成部分分。在单单机-无无穷大系系统中，最最优励磁磁控制系系统的设设计目标标是使系系统的状状态偏差差连同控控

40、制量一一起达到到最小，这这就意味味着系统统的电压压质量、阻尼转转矩和同同步转矩矩将同时时得到改改善。线线性最优优励磁控控制，以以提高系系统调压压精度，静静态稳定定和动态态稳定为为目标，将将非线性性的电力力系统简简化为线线性模型型，采用用计算机机技术，使使其规定定的性能能指标达达到最佳佳。在一个完完整的单单机-无无穷大系系统中，全全部变量量有六个个，即Pe、Eqq、Ut、Uf。一个个系统的的状态变变量的选选取，应应当是那那些重要要的、独独立的、对性能能指标影影响较大大的、易易于测量量的变量量。对于于采用励励磁机励励磁的发发电机一一般采用用Pe、Ut、Uf四个变变量，对对于采用用可控硅硅静止励励磁

41、的发发电机一一般采用用Pe、Ut三个变变量。通通过这些些变量得得到状态态方程XX=AXX+BXX，采用二次次型性能能指标，解解黎卡梯梯方程，便便可求出出最优控控制向量量。在这这个最优优控制向向量里，有有相对Pe、Ut、Uf四个变变量的最最优控制制参数：功率反反馈增益益KP、角速速度反馈馈增益KK、端端电压反反馈增益益KV、励磁电电压反馈馈增益KKUf。总之之，最优优励磁控控制理论论与技术术和采用用常规调调节器相相比，主主要有以以下两点点革新：第一，将将单参量量辅助反反馈UUt改进为为多参数数反馈(反馈量量为电压压Ut，功率率Pee，转速速和和转子电电压UUf)；第第二，运运用“线线性、二二次型

42、、黎卡梯梯”(LLQR)这一成成熟的控控制方法法，求得得多个反反馈量之之间的最最恰当放放大倍数数匹配关关系，因因而实现现“最优优化控制制”。常规励磁磁调节器器对电压压偏差Ut进行比比例、积积分、微微分控制制，简称称PIDD调节。比例就就是对电电压偏差差按比例例放大；积分是是对微小小偏差进进行累计计求和，以以达到消消除这些些偏差，提提高调压压精度；微分将将动态的的输入信信号相位位超前，使使调节器器能作出出快速的的反应。尽管该该微分电电路提供供的超前前相位，也也会减少少（即补补偿）励励磁电流流的滞后后相位，因因而在一一定程度度上补偿偿负阻尼尼转矩。但是，PPID是是针对电电压信号号而设计计的，它它

43、产生超超前相位位频率与与低频振振荡的频频率不一一定相同同，它也也不能兼兼顾电压压性能与与阻尼的的要求，按按电压进进行PIID控制制的励磁磁系统对对于抑制制低频振振荡的作作用是有有限的。PID励励磁控制制调节规规律可以以用比例例系数KKP、积积分系数数KI、微分系系数KDD和电压压偏差Ut来表达：U=-（KKP+KKI+KKD）Ut。对照照线性最最优励磁磁控制规规律表达达式：U=-（KPPPee +K+KVUt）,不难发发现，线性最最优励磁磁控制不不仅对电电压偏差差进行调调节，还还对功率率和角速速度偏差差进行调调节，其其目的是是既要达达到常规规励磁调调节器的的电压调调节要求求，又要要达到附附加励

44、磁磁控制器器抑制低低频振荡荡，提高高系统稳稳定性。b非线性性最优励励磁控制制原理理论和试试验都证证明，线线性最优优励磁控控制，能能有效的的提高电电力系统统的静态态稳定和和动态稳稳定性，但但对系统统的暂态态稳定作作用甚微微。目前前我国电电网，低低频振荡荡和小干干扰稳定定性的改改善固然然重要，但但更具重重要意义义的是要要提高其其暂态稳稳定水平平，为此此迫切需需要发展展直接按按多机系系统、精精确非线线性模型型设计的的最优励励磁控制制器。在在过去的的十年里里，国际际上基于于微分几几何方法法的非线线性系统统控制理理论有了了较系统统的发展展，美国国将其用用于如飞飞行器和和机器人人等控制制系统。在我国国，科

45、研研人员将将其用于于复杂电电力系统统，并发发展了这这种理论论，使我我国在该该前沿学学科领域域占有国国际上一一席之地地。非线性励励磁控制制器，首首先用非非线性微微分方程程式来描描述发电电机励磁磁控制系系统，接接着使用用非线性性控制系系统的微微分几何何结果理理论，通通过坐标标变换将将发电机机非线性性励磁控控制系统统变换成成完全可可控的线线性系统统，从而而得到非非线性励励磁控制制规律。非线性性励磁控控制器一一般使用用、Pee和Ut四个变变量，其其控制规规律有以以下特点点：第一一，其中中仅含有有受控发发电机可可测的状状态变量量，所以以实现了了真正的的分散控控制；第第二，仅仅含有受受控机组组本身的的参数

46、如如Td00等，故故对网络络结构的的变化有有完全的的自适应应能力(鲁棒性性)；第第三，由由于在求求解该控控制律中中，未对对模型作作近似线线性处理理，该控控制规律律对“小小干扰”和和“大干干扰”同同样适用用；第四四，该控控制规律律对一类类二次型型性能指指标是最最优。应应着重指指出，非非线性励励磁控制制规律采采用发电电机全状状态量非非线性最最优反馈馈，这对对电力系系统的大大小干扰扰都起着着镇定(Staabilliziing)作用。从这个个意义上上可以说说它是：全状态态量非线线性最优优的PSSS(PPoweer SSysttem Staabillizeer)。动模试试验证明明，发电电机非线线性励磁磁

47、控制器器，不仅仅可显著著的改善善电力系系统稳定定性，同同时还达达到了较较高的电电压调压压精度的的要求。发电机机非线性性励磁控控制器，在在暂态过过程中对对电压调调节的质质量是任任何其他他励磁控控制方式式所不可可比拟的的。1.3 葛洲洲坝电厂厂励磁系系统概述述葛洲坝电电厂由二二江电厂厂和大江江电厂组组成，其其中二江江电厂装装机7台台，其主主要铭牌牌参数见见表1-1，大大江电厂厂装机221台，其其主要铭铭牌参数数见表11-2。葛洲坝坝电厂励励磁系统统1F19FF采用交交流侧串串联自复复励静止止可控硅硅励磁方方式，220F21FF采用自自并励静静止可控控硅励磁磁方式。整流电电路即功功率柜为为可控硅硅三

48、相全全控桥电电路，且且多柜并并联。大大部分调调节器采采用葛洲洲坝电厂厂能达公公司生产产的MEEC多微微机励磁磁控制器器。灭磁电电阻使用用非线性性电阻（氧氧化锌和和炭化硅硅电阻），其灭磁方式为灭磁开关配合非线性电阻灭磁，发电机转子过压保护也是用非线性电阻来吸收。表1-3是二江电厂励磁系统主要设备配置一览表，表1-4是大江电厂励磁调节器配置表，表1-5比较了大江电厂各类励磁调节器性能，表1-6是大江电厂功率柜配置表，表1-7是大江电厂灭磁系统配置表。从上可见，大江电厂励磁系统较二江电厂配置复杂，设备种类较多。表1-11二江电电厂发电电机铭牌牌参数表表参数名称称单位12FF34FF型式TS17760

49、/2000-1110SF1225-996/1156000容量MVA194.2143额定功率率MW170125额定电压压KV13.8813.88额定电流流KA8.12255.988额定功率率因数COS0.87750.8775额定励磁磁电流KA2.07771.6553额定励磁磁电压V497498转子电阻阻（755）0.20020.2448空载励磁磁电流KA1.28890.9225纵轴电抗抗（Xdd）0.5440.3558纵轴瞬变变电抗（X/d）0.300550.377纵轴超瞬瞬变电抗抗（X/d）0.19970.233短路比1.3331.1转子磁极极对数对极5548定子槽数数槽990792接线方式式

50、5Y3Y额定频率率HZ5050励磁方式式静止可控控硅自复复励静止可控控硅自复复励接地方式式消弧线圈圈消弧线圈圈生产厂家家东方电机机厂哈尔滨电电机厂表1-22 大江江电厂发发电机铭铭牌参数数表机组号8F111F、166F119F12F14FF、200F221F型式SF1225-996/1156000SF1225-996/1156000容量MVA143143额定功率率MW125125额定电压压KV13.8813.88额定电流流KA5.9885.988额定功率率因数COS0.87750.8775额定励磁磁电流KA1590015533额定励磁磁电压V450450转子电阻阻（755）0.24480.25

51、57空载励磁磁电流KA0.87760.8330接线方式式3Y3Y额定频率率HZ5050励磁方式式(20FF、211F除外外)静止可控控硅自复复励静止可控控硅自复复励接地方式式消弧线圈圈消弧线圈圈生产厂家家哈尔滨电电机厂东方电机机厂表1-33 二江江电厂励励磁系统统主要设设备配置置一览表表调节器整流柜并联变串联变灭磁系统统主接线大机MEC-31STR-16000/88003柜SG24000/133.8CDT-8000/155单相3台台DM4-25000/0083644片 ZZnO交流侧串串联自复复励小机MEC-31STR-16000/88002柜ZSG24000/113.88CDT-10000/

52、115单相相 3台DM4-16000/0883488片 ZZnO交流侧串串联自复复励表1-44 大江江电厂励励磁调节节器配置置表调节器型型号制造厂家家类型结构功能使用机组组DLS115A东方电机机厂模拟式双通道不全15FLT-006B洪山电工工厂模拟式双通道较全10FSILCCO-44CGE模拟式双通道全20F、21FFSJ-8820南自院数字式双通道全11FMEC-31能达公司司数字式三通道全其余机组组表1-55 大江江电厂励励磁调节节器性能能比较表表调节器型型号SILCCO-4DLS115ALT-006SJ-8820MEC-31调节方式式PID+PSSSPPPID+PSSS线性最优优无功补

53、偿偿有有有有有强励限制制有有有有有无功进相相限制有有有有有PT断线线保护有有有有有U/F限限制有无有有有无功过载载限制有无有有有转子过压压抑制有无无无有同步断线线保护无无无有有风压检测测有无无无有脉冲检测测有无有有有掉相检测测有无有无无风机开闭闭检测有无无无无整流桥导导通检测测有无无无无跨接器过过流保护护有无无无无整流变过过流保护护有无无无无整流桥过过流保护护有无无无无整流桥温温度保护护有无无无无转子温度度模拟有无无无无转子接地地检测有无无无无表1-66 大江江电厂励励磁整流流柜配置置表整流柜型型号制造厂家家串联元件件并联元件件通风结构构保护功能能使用机组组DLS115A东方厂2只5只单柜抽风

54、风较全13F、15FFSTR-16000A能达1只2只整体风道道较全12F、14FFSILCCO-4CGE1只4只整体风道道很全20F、21FFKZF-3哈尔滨厂厂2只5只单柜抽风风较全其余机组组表1-77 大江江电厂灭灭磁系统统配置表表灭磁开关关型号制造厂家家灭磁方式式过压保护护方式使用范围围ASLGGG-440000ASEAA单断口+SiCC跨接器+SiCC12F、14FFAMF-1BCGE三断口+SiCC跨接器+SiCC20F、21FFDM4-16000立新开关关厂双断口+ZnOO跨接器+ZnOO其余机组组1 葛葛洲坝电电厂励磁磁方式励磁方式式，就是是指励磁磁电源的的不同类类型。一一般分

55、为为三种：直流励励磁机方方式、交交流励磁磁机方式式、静止止励磁方方式。静静止励磁磁方式是是指采用用半导体体整流的的励磁方方式，又又分为自自并励和和自复励励，常用用的自复复励有交交流侧串串联和直直流侧并并联两种种，具体体分类如如下：它励：备备用励磁磁装置励磁方式式 自自并励：20FF21FF励磁装装置 自励 交交流侧串串联自复复励：11F19FF励磁装装置自复励直流侧并并联自复复励葛洲坝电电厂1FF199F采用采用用可控硅硅静止式式交流侧侧串联型型自复励励励磁方方式，其其交流阳阳极电源源基本接接线见图图1-8，可可控硅阳阳极电压压相量图图见图11-9。20FF211F采用用可控硅硅静止式式自并励

56、励磁磁方式，其其阳极电电源接线线和电压压相量图图，除没没有的CCB和UUCB外，其其余部分分同图11-8和和图1-9。 UUt It Udd FF ZZB UUY UZBBUCB SCCR CB UCCB UUZB UUY Itt图1-88 阳极极电源基基本接线线图1-9可控控硅阳极极电压相相量图由接线图图及相量量图可知知:UY=UUZB+UUCB=UUt/KKZB+jjItXXu 而：Udd1.335UYYCOSS式中： U YY可控硅硅整流桥桥阳极电电压； KZBB整流变变变比； UUZB并联变变压器二二次侧电电压； It发电机机定子电电流； UUCB串联变变压器二二次侧电电压； Ut发电

57、机机定子电电压； Xu串联变变互感抗抗； Udd整流桥桥输出电电压。因此，交交流侧串串联型自自复励的的可控硅硅阳极电电压，不不仅反映映了发电电机机端端电压的的水平，而而且也同同时反映映了发电电机实际际负载情情况，其其整流输输出电压压不仅与与阳极电电压和控控制角有关，而而且也与与机组工工况密切切相关。特别是是，当发发电机机机端发生生三相短短路，尽尽管机端端电压下下降了，造造成UZB变小小，但短短路电流流的上升升，却使使UCB变大大，其结结果可以以维持较较高的可可控硅整整流桥阳阳极电压压U Y，从而保保证励磁磁装置的的强励能能力。葛洲坝电电厂采用用交流侧侧串联型型自复励励励磁方方式，是是基于设设计

58、时的的系统结结构和设设备制造造水平，并并考虑下下面两个个原因：第一，当当系统发发生短路路时，机机端电压压下降，励励磁强励励能力受受到影响响。特别别是机端端三相短短路而又又长时间间未被切切除，自自并励方方式不能能保证强强励。第第二，如如果上述述原因造造成短路路电流迅迅速衰减减，带时时限的继继电保护护装置可可能会拒拒动。随随着励磁磁技术的的发展，发发电设备备制造水水平的提提高，特特别是发发电机封封闭母线线的使用用，新建建的大中中型发电电厂都采采用自并并励励磁磁方式。葛洲坝坝大江电电厂200F221F也也在这种种背景下下采用了了自并励励磁磁方式。二江电厂厂整流变变和串联联变压器器的参数数见表11-8

59、。对于三三相可控控硅整流流电路来来说，由由于串联联变压器器的存在在，使得得阳极回回路的总总电抗增增大，从从而造成成换相缺缺口大，过过电压很很高。过过高的换换相电压压，使转转子电压压和阳极极电压的的过电压压毛刺尖尖峰极高高，最高高峰峰值值高达440000V，不不仅损害害电气设设备的绝绝缘，还还加重可可控硅阻阻容保护护的负担担，这一一切都使使得励磁磁系统主主回路设设备极易易损坏。按照目目前葛洲洲坝电厂厂的系统统结构和和继电保保护水平平，在适适当的时时候取消消串联变变压器是是可能的的。表1-88 整流流变、串串联变主主要技术术参数整流变串联变型号ZSG224000/133.8ZSG220000/13

60、3.8CDT8800/15CDT110000/133.8容量24000KVAA20000KVAA380000KKVA310000KKVA高压侧电电压2一314.449KVV14.449KVV正常一次次侧电压压29VV正常一次次侧电压压80VV3一413.88KV13.88KV4一513.111KVV13.111KVV高压侧电电流(一次侧侧)100AA84A8.1225KAA5.988KA低压侧电电压(二次侧侧)727VV790VV83V144VV低压侧电电流(二次侧侧)19000A14622A1.7111KAA1.355KA强励电流流一次26.88KA15.88KA强励电流流二次2.544KA