电力系统自动化

电力系统自动化第一页，共六十页，编辑于2023年，星期一第一节概述

========基本知识点========一、同步发电机励磁自动控制系统的组成二、励磁控制系统的基本任务三、励磁系统的任务与要求第二页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、同步发电机励磁自动控制系统组成第三页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、同步发电机励磁自动控制系统组成励磁功率单元励磁调节器同步发电机系统第四页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、励磁控制系统的基本任务

电压调节无功分配提高发电机运行稳定性提高电力系统运行性能第五页，共六十页，编辑于2023年，星期一1电压调节（1）基本关系IGUGEqXd第六页，共六十页，编辑于2023年，星期一第七页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）外特性①表达式：第八页，共六十页，编辑于2023年，星期一②曲线A：Eq=1.05，xd=0.1，δ=0；B：Eq=1.05，xd=0.1，δ=20；C：Eq=1.05，xd=0.1，δ=[0,2]；

ABCIQUG第九页，共六十页，编辑于2023年，星期一（3）励磁电流对电压的控制IEF→Eq→UG：励磁电流可以改变机端电压，通过调节励磁电流维持机端电压恒定IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG2第十页，共六十页，编辑于2023年，星期一2无功功率的分配（1）发电机与无穷大系统母线并联①向量图②解析式系统～AB第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一③IEF对无功功率的控制

第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）并联运行的发电机间的无功功率分配①无励磁调节

G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2I’Q2I’Q1第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）并联运行的发电机间的无功功率分配②有励磁调节

G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2I’Q1I’Q2第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一3提高同步发电机并联运行稳定性（1）稳定性的概念静态稳定：小干扰后恢复到原状态；（如：负荷波动）暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；（如：系统故障）（2）励磁提高静态稳定性恒定的UG：If变→Eq变→UG不变第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一4改善电力系统运行条件（1）异步电动机——自启动（2）同步发电机——异步运行（3）继电保护装置——动作（4）水轮发电机组——强行励磁第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一三、励磁系统的任务与要求1励磁调节器任务要求迅速响应输入信息变化时间常数小准确调节发电机电压自然调差系数精确合理分配无功功率电压调差系数范围大人工稳定区域运行无失灵区迅速反映系统故障励磁控制功能第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一2励磁功率单元

任务要求调节系统电压和本身无功可靠性、调节容量较强励磁能力頂值电压快速响应能力电压上升速度第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一例2-1某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功功率的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？母线上的电压波动是多少？第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一例2-1解：一号机额定无功功率为QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二号机额定无功功率为QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数Kadj也为0.05。母线电压波动为

ΔU*=-Kadj∑ΔQ∑*=-0.05×0.2=-0.01第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期一例2-1解（续）：各机组无功负荷波动量:ΔQ1*=-ΔU*/Kadj=-(-0.01/0.05)=0.02ΔQ1=ΔQ1*QG1=0.02×15.49=3.10(Mvar)ΔQ2*=-ΔU*/Kadj=-(-0.01/0.05)=0.02ΔQ2=ΔQ2*QG2=0.02×30.99=6.20(Mvar)一号机组无功负荷增加3.10Mvar,二号机组的无功负增加6.20Mvar。因为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一例2-2在例2-1中，若一号机的调差系数0.04，二号机调差系数仍为0.05。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一例2-2解第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一

母线电压波动为

各机组的无功增量

(Mvar)(Mvar)一号机组的无功负荷增加3.56Mvar，二号机组的无功负荷增加5.73Mvar。调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。

例2-2解（续）第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一第二节同步发电机励磁系统========基本知识点========直流励磁机励磁系统（旋转励磁）交流励磁机励磁系统（旋转励磁）发电机自并励系统（静止励磁系统）第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一1原理一、直流励磁机励磁系统GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自励：REE→IEE→UEF励磁机→发电机他励：REE→IEE→UEF副励→主励→发电机第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一2特点优点：控制方便缺点：有滑环、电刷易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护3应用中小容量机组（≤100MW）旧型机组第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一1他励交流励磁机励磁系统（1）原理二、交流励磁机励磁系统500Hz副励磁机100Hz主励磁机50Hz发电机起励电源副励~~~自励恒压调节器励磁调节器主励交流发电机第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）特点优点：响应速度快（相对DC）；容量较大（相对DC）缺点：有滑环、电刷易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护（3）应用中等容量机组（100MW~300MW）我国旧型机组第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一（1）原理2无刷励磁系统副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止发电机：电枢静止，磁极（励磁）旋转副励~~~励磁调节器主励交流发电机第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）特点优点：维护工作量少；可靠性高无接触磨损，电机绝缘寿命长缺点：响应速度慢不能直接灭磁对机械性能要求高（3）应用大容量机组（600MW）因为没有滑动器件第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一三、静止励磁系统1原理起励电源~励磁调节器交流发电机第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一2特点优点：维护工作量少；可靠性高主轴长度短，基建投资少电压响应速度快过电压低缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力继电保护的动作会受一定影响3应用大容量机组（600MW）水轮机组因为没有转动励磁第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一第三节

励磁系统中转子磁场的建立与灭磁

========基本知识点========强励、灭磁的定义及作用；强励接线及工作原理；灭磁的方法

第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、磁场建立

1励磁系统的强励要求转子励磁电压的最大值顶值电压：UEF,max

强励倍数：UEF,max/UEF,N≈1.6-2.0转子磁场的建立速度励磁机的响应速度转子的响应速度第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一2励磁机的时间常数（1）他励回路方程：回路电流：时间常数：第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）自励回路方程：磁化曲线：回路电流：时间常数：第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一3转子磁场的建立时间（1）响应时间第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）电压响应比

第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、同步发电机灭磁1概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度2要求：

1）灭磁时间要短

2）励磁绕组的电压不应超过允许值。第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期一3灭磁方法（1）直流励磁机——放电灭磁

在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉。第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一

第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）交流励磁机——逆变灭磁控制角α在90°～150°范围内整流桥处于逆变运行状态。转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量不断减少，这样就达到了灭磁.第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一1）理想灭磁条件：

电流在相当大范围内变化时，两端电压保持不变.2）快速灭磁开关灭磁过程中，磁场电流就以等速衰减，直到为零

第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一复习与作业

1.何谓强励？说明比例型励磁调节器和补偿型励磁调节器如何实现强励作用？各自的强励效果如何？2.强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？3.继电强行励磁装置在实施接线时应注意哪些原则？4.何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么，并加以比较。

第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一第四节励磁调节器原理

========基本知识点========励磁调节器基本功能励磁调节器原理励磁调节器静态工作特性励磁调节器静态工作特性的调整第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、励磁调节器基本功能

保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移无功负荷，不引起对电网的冲击；保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、励磁调节器原理

1测量比较单元（1）电压测量：（2）比较整定：第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、励磁调节器原理

2综合放大单元

（1）正竞比电路：励磁信号控制（2）负竞比电路：电压/频率限制器信号（3）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅（4）互补输出电路：提高与下一级负载阻抗匹配能力

：第四十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、励磁调节器原理

3移向触发单元

（1）移向触发：

（2）整流输出

：第五十页，共六十页，编辑于2023年，星期一三、励磁调节静态工作特性1静态工作特性的合成（1）平移发电机的外特性改变RP值，即Uset整定。实现平稳的将发电机投入和退出电网运行（2）改变发电机的外特性的斜率调整调差系数Kadj，保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。第五十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一2发电机励磁控制系统静态特性（1）同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机电流的无功分量之间的静态特性。此特性通常称为发电机外特性或电压调节特性，也称为电压调差特性。第五十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一0IG·QIAERUG=UG·NIGQUGabRP大RP大RP小RP小第五十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一（2）发电机机端电压调差率：在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下