同步发电机励磁自动控制系统演示文稿

1、同步发电机励磁自动控制系统演示文稿第一页，共一百二十八页。优选同步发电机励磁自动控制系统第二页，共一百二十八页。第1节 概 述同步发电机的励磁系统 励磁功率单元 励磁调节器 G发电机电力系统励磁自动控制系统构成 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对发电机运行控制的重要内容向转子提供直流励磁电流由励磁电流建立的磁场使定子产生的空载电势第三页，共一百二十八页。一、同步发电机励磁控制系统的任务电压控制无功分配提高稳定强行励磁强行减磁第四页，共一百二十八页。发电机励磁电流的变化主要影响：电网的电压水平、并联运行机组间的无功功率的分配。励磁自动控制系统由

2、励磁调节器、励磁功率单元、发电机构成的一个反馈控制系统。励磁控制系统担负了维持机端电压水平的任务。第五页，共一百二十八页。一 发电机励磁系统的任务（一）电压控制 等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UG IG.xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.Gj IQ xd.负荷波动导致发电机功率变化，所以调节励磁电流，以维持机端或系统中某一点电压在给定水平。第六页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务电压控制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。第七页，共一百二十八页。GIEFUG IGEqIGUGIEF1UGUG2UGeIQ

3、IEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP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。 同步发电机外特性为下降曲线，励磁电流一定时，机端电压随着无功负荷增大而下降。第八页，共一百二十八页。单机无限大系统：同步发电机与无限大母线并联运行，发电机端电压不随负荷大小而变化，是一个恒定值。无论励磁电流如何变化，调速器不进行调节时，发电机的有功功率均为常数。第九页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务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 电流的大小无关。发电机有功功率UG = 常数

4、所以，与无限大母线并联运行的机组，调节励磁电流，可以改变发电机无功功率的数值。第十页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务（二）控制无功功率的分配 设单机无穷大系统：GIG.UG = 常数.第十一页，共一百二十八页。式(1)说明在UG轴上投影为定值，当励磁电流变化时，只能沿着BB曲线变化，而无功电流IQ却发生变化。即调节励磁电流时，可以改变发电机的无功功率数值。式(2) 说明在纵坐标方向投影不变，当励磁电流变化时，只能改变功率角。第十二页，共一百二十八页。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运行状态的能力。同自控原理，用微分方程

5、建立系统模型。 电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式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。描述系统静态或动态稳定的数学模型中含有发电机空载电动势。励磁控制系统是通过改变励磁电流，从而改变发电机空载电动势，来改善系统稳定性。 （三）提高并联运行的稳定性第十三页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务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发电机空载电动势，与励磁电流有关。发电机空载电动势与机端电压夹角。第十四页，共一百二十八页。发

6、电机励磁系统的任务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 第十五页，共一百二十八页。无自动调节励磁时，因励磁电流恒定，有此时的功角特性叫内功率特性；若有励磁调节器，可视为机端电压由相应的一簇 值的功角特性，可求得外功角特性。第十六页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务提高并联运行的稳定性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。与励磁电流有关，若调节励磁电流，则有外功角特性。第十七页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务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 平衡：加速面积与减

7、速面积相等。第十八页，共一百二十八页。若发电机能强行增加励磁，使受到扰动的发电机组的运行点移到功角曲线3上运行，可增大减速面积，减小加速面积。使得第一次摇摆时的功角 的幅值减小，改善了发电机的暂态稳定性。回摆时，过大的减速面积并不有利，若重新回到曲线2的d点运行，可减小回程振幅。即在一定条件下，励磁自动控制系统如果能按照要求进行适当的控制，可改善电力系统的暂态稳定性。第十九页，共一百二十八页。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

8、=0.8S要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制，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。K=1暂态稳定极限功率第二十页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务（四）强行励磁以改善电力系统运行条件1改善异步电动机的自启动2为异步发电机运行创造条件3提高继电保护工作的准确性当电力系统出现短时低电压时，励磁控制系统发挥调节作用，大幅度的增加励磁，以提高系统电压。第二十一页，共一百二十八页。1改善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(

9、s)U(%)短路切除后，强行励磁可加速系统电压的回复过程。电网短路故障时，电压很低，使得用户电机处于制动状态。电机自启动时需吸收大量无功功率，延缓了电压恢复同步发电机失去励磁后，需从系统吸收大量的无功功率，造成系统电压下降。若系统中其他电机能提供足够无功功率，维持系统电压水平，失磁电机可在一定时间内异步运行，保护系统安全。第二十二页，共一百二十八页。发电机励磁系统的任务（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

10、种情况下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。 第二十三页，共一百二十八页。二、对励磁系统的基本要求维持电压水平和无功的合理分配控制能力和调节范围快速反应能力高度的可靠性快速性结构简单，易于维护足够的阻尼能力第二十四页，共一百二十八页。对励磁系统的基本要求 励磁调节器: 检测和综合系统运行状态的信息, 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 第二十五页，共一百二十八页。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；静差率励磁调节器应能

11、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 对励磁调节器的要求 第二十六页，共一百二十八页。2 对励磁功率单元的要求 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。从改善电力系统运行 条件和提高电力系统暂

12、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。 励磁顶值电压：励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高输出电压。与额定励磁电压比，叫强励倍数。第二十七页，共一百二十八页。第二节 同步发电机励磁系统励 磁 系 统直流励磁机交流励磁机静止励磁早期，小容量整流元件（二极管、可控硅）发电机自并励系统第二十八页，共一百二十八页。励磁电源实质是可控的直流电源，要求有足够的调节容量、强励倍数、励磁电压响应速度。可由励磁机提供，也可由机端励磁变压器提供。第二十九页，共一百二十八页。同步发电机励磁系统 励磁系统的历史直流励磁机励

13、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）第三十页，共一百二十八页。一 直流励磁机励磁系统按励磁机的励磁绕组供电方式的不同 自励直流励磁机励磁系统 他励直流励磁机励磁系统 早期常用的一种励磁方式，励磁电流过大时，换向困难，一般用于10万KW以下小容量机组。第三十一页，共一百二十八页。=G励磁调节器IAVRIEEIRIE1 自励直流励磁机励磁系统 DER第三十二页，共一百二十八页

14、。发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电。调整励磁机磁场电阻Rc，可改变励磁机励磁电流中的IRC值，达到调节发电机转子电流的目的。第三十三页，共一百二十八页。2 他励直流励磁机励磁系统 G励磁调节器IEEIR=IE=IAVRPEDE副励磁机主励磁机第三十四页，共一百二十八页。他励直流励磁机励磁系统由副励磁机供电。励磁机DE与副励磁机PE均与发电机同轴。取消了自并励环节，时间常数减小，提高了励磁系统的电压增长速率。一般用于水轮发电机组。直流励磁机有电刷、整流子等转动接触部件，可靠性低；励磁系统中的电磁型调节器反应速度也慢。第三十五页，共一百二十八页。二、交流励磁机励磁系统（100MW以上） 容

15、量在100MW以上的同步发电机组，目前普遍采用交流励磁机励磁系统。相当于一台交流同步发电机，输出电压经大功率整流器整流后，供给发电机转子。第三十六页，共一百二十八页。 交流励磁机励磁系统（100MW以上） 交流励磁机励磁系统根据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 第三十七页，共一百二十八页。1 他励交流励磁机静止整流器励磁系统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

16、电机交流励磁机交流副励磁机可控整流器滑环起励电源VSR滑环AVRTATV转子绕组AE第三十八页，共一百二十八页。组成：交流励磁机、中频副励磁机、调节器。工作原理：发电机的励磁电流由交流励磁机经整流器供给，其电源由副励磁机提供，副励磁机的电压由恒压调节器保持恒定。励磁调节器控制晶闸管元件的导通角，来改变交流励磁机的励磁电流，进而控制发电机的励磁。 第三十九页，共一百二十八页。2 他励交流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NSTATV同轴旋转部件第四十页，共一百二十八页。副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的。而交流励磁机的电枢

17、、整流元件、发电机的励磁绕组都在同一根轴上旋转。第四十一页，共一百二十八页。3自励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起励电源发电机转子励磁电流由AE经晶闸管整流装置VS提供。第四十二页，共一百二十八页。与自励直流励磁机类似，自励交流励磁机励磁电源也取自于本机系统。不同：自励直流励磁机电压调节靠磁场电阻；自励交流励磁机靠可控整流元件，维持励磁机端电压的恒定。自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统发电机的励磁电流由交流励磁机AE经晶闸管提供，而励磁机AE的励磁采用晶闸管自励恒压方式。励磁调节器AVR直接控制晶闸管导通角。第四十三页，共一百二十八页。4

18、自励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起励电源第四十四页，共一百二十八页。三 、静止励磁系统 (发电机自并励系统)G 励磁调节器滑环电压起励元件VS起励电源TV机端励磁变压器TR三相全控整流桥无励磁机等转动部件，用于大型发电机组。直接用晶闸管控制转子电压，励磁电压响应速度快。TR第四十五页，共一百二十八页。励磁电源不用励磁机，由机端励磁变压器TR供给整流装置，采用晶闸管三相全控整流桥控制发电机励磁。无转动部分-静止励磁系统。第四十六页，共一百二十八页。励磁系统的整流电路整 流 电 路三相桥式不可控三相桥式半控三相桥式全控第四十七页，共一百二十八页。第三节 励磁

19、系统中的整流电路 三相桥式不可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 整流电路作用：将交流电压整流为直流电压，供给发电机或励磁机的励磁绕组。第四十八页，共一百二十八页。+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2三相桥式不可控整流电路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1 工作原理 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

20、极管，在t=90-210之间是V2 导通，V4、V6 承受反压而关断；在t=210-330之间是V4 导通；在t=330-450 之间是V6 导通。三相变压器二次侧或交流励磁机电枢绕组发电机励磁线圈或交流励磁机励磁绕组V1V6V1V2V3V2电位差电源相电压第四十九页，共一百二十八页。2 输出电压在轮流导通次序中，每一周期中，每个二极管导通1/3周期，以三相电压的交点为起点轮换。负载电压为线电压波形的包络线，以/3为其脉动周期，输出空载电压平均值为：变压器二次侧相电压有效值变压器二次侧线电压有效值第五十页，共一百二十八页。RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V 三相桥式半控整流电路1

21、 工作原理续流二极管仅在整流桥的一侧用可控晶闸管-半控整流桥第五十一页，共一百二十八页。整流二极管共阳极连接，晶闸管共阴极。触发脉冲间相位相差120。控制角的起点规定为各相的自然换向点。在=0时，A、B、C三相触发脉冲各在所对应的自然换向点1、3、5处时刻触发。电路工作情况与不可控整流电路一样。脉冲控制角=0第五十二页，共一百二十八页。eaecebteugabacbcbacacbabacbc161232345456161232tut脉冲控制角=0135=0触发电压工作情况与不可控整流桥相同1点：为自然换向点。 A相加触发脉冲3点：B相加触发脉冲第五十三页，共一百二十八页。脉冲控制角=30若脉冲

22、控制角=30或=60（距离自然换向点的角度）。此时电路的导通不一定是承受电压最高的晶闸管元件，而是受触发的晶闸管和最低电压相的二极管导通。当A相有触发脉冲时，VS1、V2导通第五十四页，共一百二十八页。RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=30euguLtttVS1 V2VS3V2、V4ba60时，输出电压波形 出现不连续。晶闸管由于正向电压为0而自然关断时，导通电流为0。当负载为感性，供电电压降为0时，输出电流不为0.要通过二极管及导通的晶闸管释放电感的磁能，使得晶闸管无法关断-失控。第六十页，共一百二十八页。3 失控现象和续流二极管的作用 uguLttett3 t4

23、t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+ (-)- (+)第六十一页，共一百二十八页。三相桥式全控整流电路 ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L第六十二页，共一百二十八页。三相桥式全控整流电路触发脉冲的形式第六十三页，共一百二十八页。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”

24、。 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” 第六十四页，共一百二十八页。euLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=0 工作原理第六十五页，共一百二十八页。ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60 euLugtttugt22点之前，C、 B导通第六十六页，共一百二十八页。ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=90 uLtugtugtett1 t2第六十七页，共一百二十八页。ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60 150

25、eugtttugtuLt1 t2VS6VS1VS3VS2VS4第六十八页，共一百二十八页。3 输出电压与控制角关系电感性负载逆变角 =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状态。电阻性负载输出电压第六十九页，共一百二十八页。电阻性负载电阻性负载uLtugtugtett1 t2电流连续输出电压波形出现间断电阻性负载， 输出电压电阻性负载，最大移相范围：0120第七十页，共一百二十八页。ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1二、 整流电路的换流压降及外特性 换流角第七十一页，共一百二十八页。第七十二页

26、，共一百二十八页。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。 第七十三页，共一百二十八页。整流电路输出特性曲线第七十四页，共一百二十八页。etugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Lugtt0 t1VS1VS3VS5VS2VS6VS4三 最小逆变角 晶闸管关断角 晶闸管最小逆变角 晶闸管换流角 第七十五页，共一百二十八页。第四节 励磁控制系统调节特性和

27、并联机组 间无功分配励磁控制系统框图 同步发电机励磁功率单元励磁调节器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。 励磁系统其他信号第七十六页，共一百二十八页。一 励磁调节器的基本特性与框图 励磁调节器的作用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。发电机电压升高时，调节器输出减小；电压降低时输出增大。第七十七页，共一百二十八页。人工调节过程：发电机若没有励磁调节器，就需人工调节励磁机的磁场电阻，调节励磁机的端电压。发现发电机电压偏

28、高时，就增大电阻值，以减小励磁机的励磁电流；随着励磁机电压的下降，发电机励磁电流也减小，使得发电机端电压下降。测量-判断-执行第七十八页，共一百二十八页。发电机端电压升高时，励磁调节器检测后，与励磁机配合，就减小输出电流；与励磁机配合，控制发电机转子电流，实现对发电机端电压的调节。比例式励磁调节器的调节特性（负斜率，保证稳定）比例式调节器的调节特性UGIEEab0UGaUGbIEEbIEEa第七十九页，共一百二十八页。励磁调节器工作过程：测量发电机端电压，与基准电压进行比较；按励磁调节特性曲线，当有电压差值时，调节器就改变输出电流值IEE。使得发电机励磁电流IEF改变，发电机空载电动势发生变化

29、，进而改变发电机端电压。第八十页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器基本框图功率单元基准电压发电机励磁机功率放大前置放大测量元件调差元件手动控制第八十一页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性与框图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的陡度，是调节器性能的主要指标之一，即测量K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVRK调节器的放大倍数第八十二页，共一百二十八页。（1）测量比较单元输出电压与发电机电压之间关系为(图a)：（2）综合放大单元输出电压与输入电压之间关系为线性关系(图b) ：为发电机电压的整定值。第八十三页，共一百二十八页。

30、（3）整流电路输出电压与输入电压之间关系为线性关系(图c) ：（4）调节器静态工作特性电压 升高， 就急剧减小(图d) ：线段ab为励磁调节器工作区，工作区内发电机电压变化较小，可维持发电机端电压水平波动较小。调节器的静态工作特性曲线随给定电压的变化左右移动。第八十四页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性与框图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输入输出特性测量比较单元工作特性综合放大单元工作特性调节器静态工作特性abc第八十五页，共一百

31、二十八页。发电机励磁控制系统静态特性 ：发电机励磁控制系统组成：励磁系统、发电机组（1）发电机调节特性：发电机转子电流 与无功负荷电流 的关系。（2）发电机无功特性曲线：发电机端电压随无功电流的变化关系。带有自动励磁调节器的发电机，无功电流变化时，发电机端电压变化极小，调节特性曲线倾斜较小，倾斜程度用调差系数表征。第八十六页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性发电机励磁控制系统静态特性 发电机无功调节特性曲线发电机调节特性a(0,UGN)b(IQ,UG1)UG1第八十七页，共一百二十八页。调差系数： 为空载运行 时发电机电压； 为额定无功电流时发电机电压。调差系数表示无功电流从0（UG1）增

32、加到额定值(UG2)时，发电机电压的相对变化。调差系数越小，无功电流变化时，发电机电压变化越小，表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。无功调节特性IQ=0第八十八页，共一百二十八页。 同步发电机在电网运行中的情况各异，对无功调节提出了不同的要求，因此在励磁调节器中设置了调差单元，以方便设定不同的调差系数。调整励磁调节器特性的目的是为了满足运行要求：（1）发电机投入及退出运行时，能平稳的改变无功负荷，避免无功功率的冲击。（2）保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。所以在励磁调节器中设置了电压整定值及调差单元。第八十九页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性励磁控制系统静态特性 无功调节特

33、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:调差系数越小说明IQ对UG影响越小UGUG1UG20IQIQNUG不同的发电机，调节特性曲线不同第九十页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性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分配。UGIQ= 0 0，UG1UG2UG0正调差系数，发电机端电压随无功电流增加而降低= 0为无差特性，发电机端电压为定值。三种调节特性类型第九十一页，共一百二十八页。励磁调节器的基本特性发电机无功电流的转移

34、 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发电机投入、退出电网时，要求平稳的转移负荷，减小对电网冲击。通过改变励磁调节器的整定值实现调节特性的移动。发电机投入运行，只要使调节特性处于3位置，无功电流为0，机组并网后，再向上移动特性曲线，使得无功电流逐渐增大到运行要求值。（通过改变调节器的整定值来实现）第九十二页，共一百二十八页。并联运行机组间的无功功率分配无差调节特性 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同一母线上并联运行的发电机，改变任一台机组的励磁电流，

35、要影响自身及其他机组的无功电流，同时引起母线电压的变化。这些变化与机组的无功调节特性有关。具有负调差特性的发电机，是不能在公共母线上运行的。无差机组将承担无功功率的全部增量。实际运行中，很难做到两特性重合。1改变母线电压2改变无功分配第九十三页，共一百二十八页。并联运行机组间的无功功率分配有差调节特性 UGUGUG0IQIQUG0UGNIQIQIQIQN无功负荷增加，则母线电压下降，调节器动作，增加励磁电流。每个机组都承担一部分无功负荷增量。取决于各自的调差系数。两并联机组端电压相同，为母线电压UG1，每台机组负担的无功电流也是确定的，为IQ1、IQ2。母线电压为UG时，发电机无功电流。发电机

36、无功电流增量与电压偏差正比，与调差系数反比。第九十四页，共一百二十八页。123IQ1IQ2IQUG退出运行投入运行移动发电机调节特性的操作是通过改变励磁调节器的整定值来实现的。第九十五页，共一百二十八页。并联运行机组间无功功率的分配 （一）、 一台无差调节特性的机组与正有差调节特性机组 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。第九十六页，共一百二十八页。UGIQ不能稳定运行二 、 一台无差调节特性的机组与负有差调节

37、特性机组的并联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第九十七页，共一百二十八页。UGIQU2U1三 、两台无差调节特性的机组并联运行不能并联运行第九十八页，共一百二十八页。四、正调差特性的发电机组的并列运行 UG2 UG1 IQB1IQA1IQB2IQA2ABUGIQ第九十九页，共一百二十八页。UG2UG0IQeUG UGe IQIQ2U IUG2 UG1 IQB1IQA1IQB2IQA2AB第一百页，共一百二十八页。例3-1：某电厂两台发电机在公共母线上并联运行，一号机组额定功率为25MW，2号机额定功率为50MW。两台机组额定功率因数均为0.85，励磁调节器的调差系数均为0

38、.05。若系统无功负荷波动使电厂无功增量为它们总无功容量的20%，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上电压波动是多少？解：1号机组额定无功功率为 2号机组额定无功功率为 母线电压波动第一百零一页，共一百二十八页。各机组无功负荷波动量1号机组无功负荷增加3.1Mvar，2号机组无功负荷增加6.2Mvar。两台机组的调差系数相等，无功的波动量与机组容量成比例。母线电压降低了0.01UN第一百零二页，共一百二十八页。例3-2：若一号机组励磁调节器的调差系数为0.04， 2号机励磁调节器的调差系数为0.05 。若系统无功负荷波动使电厂无功增量仍为它们总无功容量的20%，问此时各机组承担的无功负荷增

39、量是多少？母线上电压波动是多少？解：等值调差系数：第一百零三页，共一百二十八页。母线电压波动各机组的无功增量调差系数小的机组，承担的无功负荷增量的标么值较大。第一百零四页，共一百二十八页。（1）电压调节的原理 按调节原理，电压调节可分为反馈型和补偿型。 反馈型电压调节器按电压差值(被调量与给定量)闭环调节，应用较多。 用负载电流补偿励磁的方法称为复式励磁。 发电机的电压不仅与负载电流有关，而且还受负载功率因数的影响。因此，励磁补偿需同时计及负载电流和功率因数这两个因素才为合理。这种既反映电流大小又反映电流相位的复式励磁为相位复式励磁。第五节 励磁调节装置原理第一百零五页，共一百二十八页。（2）

40、励磁调节器的发展及分类 机械式机电型磁放大器电磁型电子模拟放大器电子型CPU存储逻辑数字型20世纪初1950s1960s1980s数字式自动电压调节器DAVR得到普遍采用。功能也从单一调节电压，发展为励磁调节器。第一百零六页，共一百二十八页。励磁调节装置原理图为600MW发电机自并励励磁系统（维持电压水平及无功分配。）第一百零七页，共一百二十八页。励磁调节装置原理图为300MW励磁系统励磁调节器第一百零八页，共一百二十八页。人机接口调节控制输出励磁调节装置原理基 本控 制电压调节无功分配辅 助控 制瞬时电流限制最大励磁电流限制最小励磁电流限制电压频率保护失磁监控励磁系统稳定器PSS（电力系统稳

41、 定器）等等数字式励磁调节器硬件+软件信息采集单元主控制单元第一百零九页，共一百二十八页。数字式励磁调节器原理（一）数字式励磁调节器原理框图第一百一十页，共一百二十八页。数字式励磁调节器组成：主控制单元、信息采集单元、控制输出（移相触发）单元、人机接口。（1）主控制单元中央处理单元、总线接口（运行方式设定、实时时钟、Watchdog定时器）、存储器。主控制单元运行励磁调节器的主程序、控制算法、限制控制辅助算法等。（2）信息采集单元由A/D接口电路、数字量接口电路、输入过程通道组成。解决计算机与控制对象间的信号隔离、过程通道与接口电路间的电平匹配问题。励磁调节器的最基本功能是电压调节、无功功率分

42、配。要采集的信息有：发电机端电压、电流，以及反映机组运行状态的开关量信息。第一百一十一页，共一百二十八页。模拟量输入通道：发电机电压通道、发电机电流通道、励磁电流通道、滤波电路组成。(a)发电机电压、电流通道分别由电压互感器TV、电流互感器TA的二次侧测量值，送A/D接口。(b)励磁电流（发电机转子电流）通道：实现对励磁电流的调节、控制，包括恒励磁电流运行、瞬时电流限制、过励保护、欠励限制等。需采集励磁电流的实时信息，由于励磁电流信息的重要性，实际测量中一般采取多重设置措施，保证信息源的可靠性。直流/直流（DCCT）变送器测量方法：串入转子回路，二次侧电流变换为电压后送计算机接口；交流变送器法

43、：测量励磁回路整流桥交流侧的交流电流，该电流与转子电流（电压）成比例。经交流变送器变换为电压后，送A/D电路。第一百一十二页，共一百二十八页。(c)滤波电路分为直流采样滤波电路、交流采样滤波电路直流采样滤波电路：去除测量回路中的谐波分量，保证直流电量的准确、可靠。利用电容、电感的频率特性，组合为无源滤波网络。在阻抗方面，电感的直流电阻很小，交流电抗很大，串联在负载电路中，整流后交流脉动成分大部分降在电感上；电容一般并联在负载电路中，用来旁路交流分量。交流采样滤波电路：采用低通滤波、有源滤波等方法，但要注意电容、电感元件对交流采样信号相位的影响。第一百一十三页，共一百二十八页。数字量信息采集电路

44、：主要为运行状态信息，判断运行工况。状态信息转换为高低电平后，经光电隔离器接入总线。光电耦合可实现输入、输出间电气的完全隔离，抗干扰能力强。（3）调节和控制输出单元励磁调节器输出的调节量，为控制励磁功率单元的移相触发脉冲，输出的控制信号为报警信号、保护跳闸触点信号等。（a）移相触发单元：晶闸管构成的全控整流桥是励磁系统的功率单元，为使晶闸管元件按一定次序导通，由移相触发单元为晶闸管门极提供触发脉冲。移相触发单元功能 产生可调相位的脉冲，使触发角随控制单元输出的控制数据而改变，控制晶闸管整流电路的输出，调节励磁电流。第一百一十四页，共一百二十八页。同步：晶闸管触发脉冲与主电路之间的相位配合。移相

45、触发单元的作用有：将主控制单元输出的数字量通过同步信号、数字/脉冲移相接口电路，经脉冲变压器形成功率足够、陡度、幅值及宽度足以触发晶闸管的脉冲，送晶闸管触发端。同步电压整形电路：将同步变压器的二次侧电压整形为方波，上升沿作为控制触发角的计时起点。门极驱动接口整流器接口移相同步同步信号移相控制信号移相触发单元构成第一百一十五页，共一百二十八页。同步变压器电压比较器光电隔离同步方波信号方波数字/脉冲移相接口电路功能：主控制单元计算输出的移相控制信号是一个数字量，要用其控制晶闸管的导通角的触发脉冲的移相。由同步、数字移相、脉冲形成三个环节构成。脉冲形成fcD同步CLKGateout可编程定时/计数器

46、8253主控制单元输出的数字量对数字量计数结束后，输出触发脉冲。第一百一十六页，共一百二十八页。8253实现数字移相脉冲原理主控制单元输出的数字控制量D送计数寄存器，同步电压经过电气隔离、电平变换，在电压过0点处形成正脉冲加到8253的gate端，使计数器开始减法计数。计数结束时，输出端的低电平信号经转换后形成晶闸管的触发脉冲。该触发脉冲与同步电压过0点间相差的时间为相移角。移相原理是把控制触发角换算成对应的延时ta，再折算为对应的计数脉冲个数T为晶闸管交流电源的周期。第一百一十七页，共一百二十八页。加入加到8253的计数脉冲的频率为fc，则与计数时间对应的计数脉冲个数为在控制角已知的情况下，即可求得计算机的写入数据D。整流器接口电路中间级脉冲放大。脉冲形成电路发出控制脉冲后，经整流器接口单元，实现光电隔离，并作为触发脉冲的输出端口。门极驱动电路计算机发出的数字脉冲为TTL电平，无法触发晶闸管。所以加入末级