同步发电机励磁自动控制系统

同步发电机励磁自动控制系统第一页，共四十页，2022年，8月28日总述励磁系统的任务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第二页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁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三页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁系统的任务电压控制

等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UGIG..xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.第四页，共四十页，2022年，8月28日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。第五页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁系统的任务控制无功功率的分配

设单机无穷大系统：GIG.UG=常数.第六页，共四十页，2022年，8月28日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。第七页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁系统的任务提高并联运行的稳定性励磁对静态稳定的影响发电机的输出功率为第八页，共四十页，2022年，8月28日发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九页，共四十页，2022年，8月28日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。第十页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁系统的任务提高并联运行的稳定性励磁对暂态稳定的影响发电机的暂态稳定等面积法则第十一页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁系统的任务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第十二页，共四十页，2022年，8月28日发电机励磁系统的任务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，在这种情况下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。第十三页，共四十页，2022年，8月28日对励磁系统的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十四页，共四十页，2022年，8月28日同步发电机励磁系统类型励磁系统直流励磁机交流励磁机静止励磁第十五页，共四十页，2022年，8月28日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十六页，共四十页，2022年，8月28日励磁控制系统调节特性和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十七页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节器的基本特性与框图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。第十八页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器基本框图第十九页，共四十页，2022年，8月28日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二十页，共四十页，2022年，8月28日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第二十一页，共四十页，2022年，8月28日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调节特性第二十二页，共四十页，2022年，8月28日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UGUG1UG20IQIQNΔUG第二十三页，共四十页，2022年，8月28日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:①能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击；②保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。UGIQδ=0δ<0δ>0UG0第二十四页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节器的基本特性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第二十五页，共四十页，2022年，8月28日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

UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2UGIQⅠⅡUⅠUⅡ第二十六页，共四十页，2022年，8月28日并联运行机组间的无功功率分配有差调节特性UGUGⅠUGⅡ0IQI’QⅠⅠⅡUG0UGNIQⅠIQⅡI’QⅡIQN第二十七页，共四十页，2022年，8月28日我国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1950s’1960s’1980s’第二十八页，共四十页，2022年，8月28日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励磁调节装置原理第二十九页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理图为600MW发电机自并励励磁系统第三十页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理图为300MW三机励磁系统励磁调节器第三十一页，共四十页，2022年，8月28日人—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三十二页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理数字式励磁调节器原理框图第三十三页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理控制的数学模型PID模型:离散化为

第三十四页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理控制的数学模型增量式PID调节

增量式PID调节的优点是，因为数字调节器只输出增量，所以计算误差或精度对控制量影响较小，控制的作用不会发生大幅度变化。且增量算式只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。第三十五页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理基本调节方式算法:辅助控制瞬时电流限制最大励磁限制器最小励磁限制器电压／频率（V/Hz）限制和保护发电机失磁监控

第三十六页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理最小励磁限制功率园方程如下：第三十七页，共四十页，2022年，8月28日励磁调节装置原理功率园M为静态稳定功率极限考虑实际运行因素，最小励磁限制应在N’之内