同步发电机的自动励磁控制系统

2023/5/7电力系统自动化1第二章同步发电机的自动励磁控制系统第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁第一节概述第二节同步发电机励磁系统第四节励磁调节器的原理2023/5/7电力系统自动化2发电机运行特性函数同步发电机的励磁系统：励磁功率单元

励磁调节器→励磁电流→控制励磁电流第一节概述2023/5/7电力系统自动化3㈠电压控制正常运行：负荷波动→发电机功率变化→机端或某一点电压变化一、同步发电机励磁控制系统的任务励磁调节→维持端压在给定水平2023/5/7电力系统自动化4结论：①是造成与数值差的主要原因②当一定时，随增大而下降思考：发电机的电压外持性的意义？211点：2点：3点：32023/5/7电力系统自动化5㈡控制无功功率的分配1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题：BB’AA’分析前提：只调励磁、不调速调励磁电流改变发电机输出的无功功率和功角2023/5/7电力系统自动化6两台发电机并联运行无功功率合理分配：照按机组容量分配2、并联运行各发电机间的无功功率的分配无功功率重新分配特性一致

------调节器可做到思考：励磁调节是如何控制发电机间无功分配的？G~G~2023/5/7电力系统自动化7不论静稳、动稳，发电机数学模型中总有Eq，Eq与励磁有关静态稳定：正常情况下受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。暂态稳定：发生大的扰动后，能否过渡到一个新的稳定状态或恢复到原来运行状态的能力。㈢

提高同步发电机并联运行稳定性2023/5/7电力系统自动化81、励磁对静态稳稳的影响A-内功率特性OCBPAea功率极限B-外功率特性功率极限2023/5/7电力系统自动化92、励磁对暂态稳定的影响OPgabdefcⅡⅢⅠ故障期间和故障切除后，励磁，特性Ⅱ、Ⅲ幅值增大2023/5/7电力系统自动化10低电压时，可大幅度提高系统电压短路→电网电压↓→电动机制动切除故障→电动机自起动吸Q→电压恢复慢2、为发电机异步运行创造条件：发电机失磁运行，吸大量Q→U↓其他发电机能提供Q→维持U㈣改善电力系统运行的条件1、改善异步电动机的自起动过程3、提高继电保护的工作的正确性发电机低负荷（低励磁）运行时：系统短路→短路电流小、衰减→延时保护不正确动作强行励磁→加速电压恢复→异步运行励磁→增大短路电流→延时保护正确动作2023/5/7电力系统自动化11二、对励磁系统的基本要求（一）对励磁调节器的要求5、励磁调节器应能迅速反映故障，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。1、具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化；2、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的水平；3、励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；4、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；主要任务：检测系统运行状态，产生相应的控制信号经放大后控制功率单元的输出，得到要求的发电机励磁电流。2023/5/7电力系统自动化12二、对励磁系统的基本要求（二）对励磁功率单元的要求1、具有足够的可靠性并具有一定的调节容量2、足够的励磁顶值电压和电压上升速度励磁系统两项重要的技术指标：励磁顶值电压电压上升速度励磁顶值电压：励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高输出电压强励倍数：一般1.6~22023/5/7电力系统自动化13第一节概述小结主要内容：难点：重点：

同步发电机励磁自动控制的任务

并联发电机间无功功率的分配

同步发电机励磁自动控制的任务

电压控制控制无功功率分配提高同步发电机并联运行的稳定性改善电力系统运行条件水轮发电机组要求实现强行减磁

对励磁系统的基本要求（调节器；功率单元）

发电机励磁、电压、无功功率的关系2023/5/7电力系统自动化14三种励磁系统(励磁功率单元)：

直流励磁机励磁系统

交流励磁机励磁系统

静止励磁系统、直流励磁机励磁励磁系统（自励和他励两种方式）1、自励直流励磁机励磁系统：转子由专用的直流励磁机供电

同步发电机的励磁绕组FLQ

由同轴直流发电机L供电

直流励磁机励磁绕组由L自励+励磁调节器提供电流第二节同步发电机励磁系统2023/5/7电力系统自动化152、他励直流励磁机励磁系统：励磁机L的励磁绕组由FL供电他励的优点：反应快，时间常数小。直流励磁机：交流+机械整流→容量大时维护困难交流+可控硅整流→交流励磁机励磁系统2023/5/7电力系统自动化16二、交流励磁机励磁系统（100MW以上发电机）1、他励交流励磁机励磁系统他励：要求发应速度快，一般采用他励。2023/5/7电力系统自动化172、无刷励磁系统（解决滑环问题）4)励磁机电枢和发电机转子旋转，不能接入灭磁设备，无法常规检测特点：1)无炭刷，滑环，维护工作量小2)励磁机独立供电，可靠性高3)调节励磁机励磁，响应速度慢副主发转子（励磁）硅整流定子输出永磁发电机定子电流整流励磁绕组励磁机调节器5)要求旋转部分机械性能良好6)污染少，电机绝缘寿命长2023/5/7电力系统自动化18三、静止励磁系统（300MW及以上发电机）发电机不用励磁机，由机端励磁变压器整流供给励磁1、无转动部分2、励磁电源由发电机本身提供(并自励)1)顶值电压受发电机机端及系统侧故障影响

(转子时间常数大，0.5s变化不大)优点：1)简单，无转动部分，可靠性高2)主轴缩短3)响应速度快2)保护设备工作(主设备0.1s内动作)问题：无刷励磁和交流他励励磁各有什么优点？4)机端取励磁能量2023/5/7电力系统自动化19第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁强励（发电机强行励磁）：机端电压下降到(0.8~0.85)

，使励磁电压迅速达到顶值强励顶值：（1.8~2）响应比：转子磁场的建立速度(发电机的磁场)两个指标励磁机时间常数转子磁场建立速度-响应比强励速度转子磁场能量迅速消释，且无内部过电压。灭磁：

磁场建立：励磁机时间常数，响应比

灭磁方式：常数电阻放电灭磁，理想灭磁本节问题：2023/5/7电力系统自动化20一、时间常数（励磁机的磁场）㈠他励直流励磁机时间常数时间常数按指数曲线增长2023/5/7电力系统自动化21㈡自励直流励磁机时间常数1得时间常数虚线上任一点的励磁机电势且2023/5/7电力系统自动化22㈢

Tc与Tt的比较时间常数比较接近自励系统建立是与相互作用-增大等值时间常数他励系统建立与本身无关-励磁绕组自身的时间常数以上结论适用交流励磁系统2023/5/7电力系统自动化23二、电压响应比（反映发电机转子磁场建立过程）忽略发电机转子电阻和定子的影响（定子开路）定义：励磁电压在最初0.5s内上升的平均速度cabt(s)d00.5转子磁场方程：相同励磁电压响应比：强励倍数：2023/5/7电力系统自动化24励磁电压响应时间：高初始响应励磁系统：响应时间小于等于0.1s从上升到所用时间t0励磁电压响应时间2023/5/7电力系统自动化25三、励磁绕组对恒定电阻放电灭磁（磁场尽快减到最小）

灭磁的最快方式：断开励磁回路灭磁时间短评价灭磁转子电压不大于允许值

产生过电压将转子励磁绕组自动接到放电电阻灭磁

避免过电压2023/5/7电力系统自动化26i衰减的时间常数大时间常数小，i衰减快小转子热状态电阻手册规定：灭磁时间5~7s大，不安全t0时间常数大，i衰减慢小，安全转子GEW电压：最大值：2023/5/7电力系统自动化27四、理想灭磁过程20t1理想：在整个过程中保持为最大允许值，直到励磁回路断开(i=0)2023/5/7电力系统自动化28五．交流励磁机系统的逆变灭磁晶闸管整流桥向转子供应励磁电流时：控制角0<<90整流状态，提供励磁(输出能量)整流电压>00<<180逆变状态，实现灭磁(回送能量)整流电压<0需加并联电阻2023/5/7电力系统自动化29重点：主要内容：难点：

交流励磁机励磁系统、静止励磁系统

电压响应比理想灭磁

直流发电机励磁交流励磁机励磁系统静止励磁系统

同步发电机励磁系统

概念：强励倍数、电压响应比、灭磁

理想灭磁第二、三节小结

时间常数电压响应比励磁绕组对恒电阻放电灭磁理想灭磁过程交流励磁机系统的逆变灭磁

励磁系统转子磁场建立和灭磁2023/5/7电力系统自动化30第四节励磁调节器的原理一、励磁调节器的功能和基本框图二、励磁调节原理三、励磁调节器的静态工作特性四、励磁调节器静态特性的调整2023/5/7电力系统自动化31一、励磁调节器的功能和基本框图励磁调节单元最基本的部分：闭环比例调节器励磁调节器保持无功合理分配主要功能：人工长期经验的总结:调整容量允许的电压的变动范围<5%人工调压作用0ba2023/5/7电力系统自动化32典型晶闸管自动励磁调节器框图实现特性0ba2023/5/7电力系统自动化33实现基本功能二、励磁调节器原理测量比较综合放大移相触发基本控制：+

自动-手动切换附加控制信号改善动态特性辅助控制满足不同工况改善稳定性放大同步触发基本环节测量2023/5/7电力系统自动化34㈠测量比较单元作用：测量并变成直流，与给定值比较，得偏差信号()组成电压测量:变换、整流、滤波比较整定环节ab（测量电压）2023/5/7电力系统自动化35㈡综合放大单元输入多种辅助控制信号基本控制部分的电压偏差信号-10-6-202610-22610-6-10功能：综合-输入多信号的运算放大-输入多信号的运算最大最小励磁限制信号励磁系统稳定信号电力系统稳定器信号被调节控制量反馈控制量限制控制量输入信号分类2023/5/7电力系统自动化36㈢移相触发单元：调节器的输出单元

作用：根据产生触发脉冲（），改变整流输出，达到调节励磁的目的整流逆变2023/5/7电力系统自动化37㈣自动-手动的自动切换双通道结构自动（AC）调节器：主调节器，正常使用手动（DC）调节器：AC的备用（AC故障）“DC”方式：自动跟踪器：“DC”自动跟踪“AC”,保持切换时冲击最小直接给出代替测量放大部分2023/5/7电力系统自动化38三、励磁调节器的静态工作特性(一)静态工作特性的合成励磁调节器简化框图000右移右移ba02023/5/7电力系统自动化39测量单元：放大单元：线性元件移相触发+整流单元：调节器的放大倍数：ab段：2023/5/7电力系统自动化40(二)发电机励磁控制系统静态特性发电机的调节特性：发电机转子电流与无功负荷电流的关系发电机的无功调节特性：abbbaa2023/5/7电力系统自动化412023/5/7电力系统自动化42四、励磁调节器静态特性的调整调整目的：满足运行要求

保证并列运行机组间无功电流的合理分配

保证发电机平稳投退（一）调差系数调整（调差单元）2023/5/7电力系统自动化43调差系统调整原理测量单元输入：正调差：负调差：2023/5/7电力系统自动化44具体接线举例测量单元输入正调差负调差2023/5/7电力系统自动化45（二）外特性平移发电机投退2301外特性平移无功转移静特性平移“测量特性”平移2023/5/7电力系统自动化46第四节励磁调节器原理小结主要内容重点难点

励磁调节器的功能和基本框图励磁调节器原理励磁调节器静态工作特性励磁调节