(上海交通大学)同步发电机励磁自动控制系统

第三章同步发电机励磁自动控制系统上海交通大学电气工程系招专业人才上一览电力英才网电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理发电机励磁系统的任务电压控制qGGdEUjIX等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UGIG..xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.φ.Eq.δGφjIQxd.电力系统自动装置原理发电机励磁系统的任务电压控制dQGGqXIUEcosdQGqXIUE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。电力系统自动装置原理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.电力系统自动装置原理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。电力系统自动装置原理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sinXUEPqG电力系统自动装置原理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XUEPqm电力系统自动装置原理发电机励磁系统的任务提高并联运行的稳定性励磁，则有外功率特性值与励磁无关，若调节，而qqmEEP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。电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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。电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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GU同步发电机励磁功率单元励磁调节器EFIGIREFU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。励磁系统其他信号电力系统自动装置原理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。电力系统自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器基本框图电力系统自动装置原理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GREFAVRUUUK测量K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVRK——调节器的放大倍数电力系统自动装置原理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4321KKKKUUUUUUUUUUKAVRSMdeSMGREFdeGREFAVR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电力系统自动装置原理励磁调节器的基本特性发电机励磁控制系统静态特性QEFIfI发电机调节特性电力系统自动装置原理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:%100%21GNGGUUU调差系数越小说明IQ对UG影响越小UGUG1UG20IQIQNΔUG电力系统自动装置原理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=0δ0δ0UG0电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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UGIQⅠδ=0Ⅱ’δ0Ⅱδ0UⅠUⅡUⅡ’IQ2UGIQⅠⅡUⅠUⅡ电力系统自动装置原理并联运行机组间的无功功率分配有差调节特性QNGNGGGQIUUUUI00GGGNGNGGGQUUUUUUUI0001GQUIUGUGⅠUGⅡ0IQI’QⅠⅠⅡUG0UGNIQⅠIQⅡI’QⅡIQN电力系统自动装置原理我国励磁调节器的发展及分类20世纪初1950s’1960s’1980s’电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理励磁调节装置原理图为600MW发电机自并励励磁系统电力系统自动装置原理励磁调节装置原理图为300MW三机励磁系统励磁调节器电力系统自动装置原理人—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电力系统自动装置原理励磁调节装置原理数字式励磁调节器原理框图电力系统自动装置原理励磁调节装置原理控制的数学模型PID模型:dttdeTdtteTteKtuDtIP01离散化为KjDIPTKTeKTeTTjTeTTKTeKKTu0电力系统自动装置原理励磁调节装置原理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。TKTeKTeKKTeKKTeKTKTeTKTeKTeKKTeKTKTeKTeKKTuDIPDIP22电力系统自动装置原理励磁调节装置原理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KTQKTUKTUKKTUGREFp电力系统自动装置原理励磁调节装置原理最小励磁限制功率园方程如下：22222112112deGdeGXXUXXUQP电力系统自动装置原理励磁调节装置原理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’之内当发电机运行在Q0的部分时，发电机为进相运行状态电力系统自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节器的运行对发电机组运行工况的监控1.增加或减少励磁，调节U,Q2.信号显示3.调节器的可靠性:双重化配量4.