发电机励磁系统作用及分类-国网电科院.ppt

1、,发电机励磁系统作用及分类 国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司二00九年三月,1、励磁系统的作用,2、励磁系统的基本分类,(1) 励磁系统的作用,维持发电机或其他控制点的电压在给定水平 控制并联运行机组无功功率的合理分配 提高电力系统的稳定性,励磁系统的作用,(1) 励磁系统的作用,维持发电机或其他控制点的电压在给定水平,保证电力系统运行设备的安全。,提高维持发电机电压能力的要求和 提高电力系统稳定性的要求在许多方面 是一致的。,保证发电机运行的经济性。,控制并联运行机组无功功率的合理分配,发电机电压调差率 在自动励磁调节器调差单元投入、电压给定值固定、功率因数为零的情况下，发电机无功电流从

2、零变化到额定时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机端电压变化率 发电机电压调差率按下式计算： D(%)=(Ug0-Ug)/Ug100% 式中 Ug0 -发电机无功电流等于零时的电压 Ug -发电机无功电流等于额定无功电流时的电压,(1) 励磁系统的作用,控制并联运行机组无功功率的合理分配,发变组单元高压侧并联： 变压器电抗调差（正调差）+ 发电机调差（负调差） 坑口电站： 长输电线路调差（正调差）+ 发电机调差（负调差） 两机一变扩大单元接线： 发电机正调差，调差率较大,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,静态稳定性,动态稳定性,暂态稳定性,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳

3、定性,发电机输出电磁功率,发电机功角向量图,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,传输功率的大小与相位角密切相关，称为“功角”或“功率角”。,传输功率与功角的关系，称为“功角特性”或“功率特性”。,功角除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对位置。,角就是感应电势Eq和电网电压U之间的夹角，也称为“功角”或“功率角”。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,角是表征电力系统稳定性最重要的量，功角失稳指系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。,正常情况下，系统中各发电机以相同速度旋转，机间相对转子角度维持恒定，即处于同步运行状态，从而保证系统中任何节点的电

4、压幅值和频率以及任何线路的传输功率为恒定值。 如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去平衡，出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间转子相对角的变化。 如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动形式下系统是功角稳定的。 如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形式是功角不稳定的。,(1) 励磁系统的作用,提高

5、电力系统的稳定性,电力系统静态稳定性 (Steady Stability) 电力系统静态稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。 静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到微小干扰时的稳定性问题。假设在电力系统中有一个瞬时性小干扰，如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行状态，则系统在该运行方式下是静态稳定的，否则系统是静态不稳定的。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,电力系统静态稳定性的判据是发电机输出电磁功率对功角的微分dPe/d是否大于0 。,如左图所示，采用了自动励磁调节的发电机静态稳定运行的最大电磁功率和最大功率角都有提高。,

6、(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,左图中，横坐标是功率角，纵坐标是电压放大系数。在同一转子功角下,随电磁时间常数Te增加,为保证发电机稳定运行所允许的电压放大系数增加;在同一Te下,随转子功角的增加所允许的电压放大系数减少。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,电力系统暂态稳定性 (Transient Stability) 电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。 如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动，经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到一个

7、新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况下是暂态稳定的。暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行方式有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间有关。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,电力系统暂态稳定性的判据是等面积定则。,左图的功率曲线中，当功率角从1变化到2时，PT与P3之间的面积正比于转子动能的变化量。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,等面积定则的具体内容,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,等面积定则的具体内容,等面积定则： 减速面积和加速面积如图所示。 如图（a）减速面积加速面积，临界稳定； 如图（b）减速面积加速面积，稳定； 如图（c）减速面积加速面积，不稳

8、定。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,提高暂态稳定性的方法就要减小加速面积或增大减速面积，具体说来有以下三种方法：,加快故障切除时间 提高励磁系统励磁电压响应比 提高强行励磁电压倍数,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,提高暂态稳定性对于励磁系统而言，就是要提高励磁系统励磁电压响应比和提高强行励磁电压倍数。,提高励磁系统励磁电压响应比 加快励磁系统电压响应时间，即从施加阶跃信号起，励磁电压达到顶值电压与额定励磁电压差的95%的瞬间的时间。 提高强行励磁电压倍数 提高励磁系统电压响应比，即由励磁系统电压响应曲线确定的励磁系统输出电压的增量除以额定磁场电压。,(1) 励磁系

9、统的作用,提高电力系统的稳定性,电力系统动态稳定性 (Dynamic Stability) 电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增长的振荡而失步的能力。 扰动后系统在第一或第二振荡周期内不失步(即保持了暂态稳定性)，但可能由于自动调节装置的配置不合适或其他因素，后续的振荡周期幅值不断增大并造成失步。动态稳定问题实际上是指系统在受到小的或大的扰动后，在自动调节装置和自动控制装置的影响下，保持长过程运行稳定性的能力。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,电力系统动态稳定性目前的主要问题是对系统低频振荡的抑制。低频振荡是发生在弱联系的互联电网之间或发电机群与电网之间，或发

10、电机群与发电机群之间的一种有功振荡，其振荡频率在0.1-2.5Hz之间。其原因有： 系统弱阻尼时，受到扰动功率振荡长久不能平息 系统负阻尼时，系统发生扰动而振荡或系统发生自激 系统振荡模与某种功率波动的频率相同，且由于弱阻尼，引起特殊的强迫振荡 由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路耦合产生的机电振荡,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,励磁控制系统对动态稳定的影响,电力系统的固有自然阻尼小，而使用快速励磁调节器或使用自并激可控硅快速励磁系统，又削弱了系统阻尼，甚至使系统产生负阻尼。为了抑制低频振荡，在励磁系统中加入了电力系统稳定器（PSS）。 电力系统稳定器(PSS)的作用是

11、：利用附加控制，产生附加阻尼转矩，增加正阻尼抑制低频振荡。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,励磁控制系统对动态稳定的影响 Ut=K5+K6Eq 当K5 0，Mex=DAW+KA 可知： 励磁调节器放大倍数越大， KA越大， Mex幅值越大，负阻尼也越大 励磁调节器响应越快，KA越大， Mex幅值越大，负阻尼也越大,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,电力系统稳定器PSS的实现 附加控制输入一个与低频振荡相关的电气量，如-Pe等。经过超前或滞后的相位校正，增益放大，叠加到励磁调节环节，该附加控制分量在发电机中产生一附加转矩，使与同相。从而产生正阻尼，抑制发电机的低频振荡。

12、,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,PSS1A型电力系统稳定器,常用的稳定器输入信号是转速、频率或功率。 T6用于表示了变送器时间常数，稳定器增益KS，信号冲洗(Washout 隔直)由时间常数T5设置。下一方块中A1和A2允许高频扭振滤波器（有些稳定器用）的一些低频效应被计入。随后的2个方块可允许2级领前一滞后补偿，用常数T1到T4设置。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,PSS2A型电力系统稳定器,常用的稳定器输入信号是转速、频率或功率。南瑞集团电控公司选用的为功率和频率。 函数的结构和作用大致与PSS1A模型相同。,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,P

13、SS2A型试验录波曲线,(1) 励磁系统的作用,提高电力系统的稳定性,PSS2A型试验录波曲线,(1) 励磁系统的作用,1、励磁系统的作用,2、励磁系统的基本分类,(2) 励磁系统的基本分类,他励交流励磁机系统 三机他励励磁系统 两机他励励磁系统 两机一变励磁系统 无刷励磁系统 自并励励磁系统（主流） 其它励磁系统 P棒励磁系统 直流励磁机励磁系统 谐波励磁系统,励磁系统的基本分类,他励交流励磁机系统,(2) 励磁系统的基本分类,三机他励励磁系统,他励交流励磁机系统,两机他励励磁系统,(2) 励磁系统的基本分类,他励交流励磁机系统,两机一变励磁系统,(2) 励磁系统的基本分类,他励交流励磁机系

14、统,无刷励磁系统,(2) 励磁系统的基本分类,交流他励系统总体说来具有励磁电压稳定，不受电网影响的优点，但是相比自励系统响应仍然较慢，而且维护复杂。,对其评价,(2) 励磁系统的基本分类,自并励励磁系统,自并励励磁系统,(2) 励磁系统的基本分类,自励系统尤其是自并励系统，结构简单，响应快速。但是长期以来被认为在电力系统短路故障时尤其是三相短路时无法支撑起电网电压。但是近年来随着封闭母线的大规模运用和控制理论的成熟，已经成为主流励磁机型。,对其评价,(2) 励磁系统的基本分类,1 P棒励磁系统 2 直流励磁机励磁系统 3 谐波励磁系统,其它励磁系统,(2) 励磁系统的基本分类,其它励磁系统,P棒励磁系统,(2) 励磁系统的基本分类,其它励磁系统,P棒励磁系统,即在发电机定子槽内另嵌一组励磁专用的线棒，但其输出仍要接至整流变压器上。究其原因是发电机短路时，P棒有一定电流复励磁能力，对维持故障时机端电压有利，该系统功率电路有的还采用三相半控可控硅整流桥，比较落后，无法采用逆变灭磁。（例如华能上安电厂GE的P棒）,(2) 励磁系统的基本分类,其它励磁系统,直流励磁机励磁系统,(2