03 第3章-1

NorthChinaElectricPowerUniversity第三章同步发电机励磁自动控制系统郑华主D区05476177140661771405NorthChinaElectricPowerUniversitypage22020/2/22内容一、概述二、同步发电机励磁系统三、励磁系统中的整流电路四、强励与灭磁五、励磁控制系统调节特性六、微机型励磁调节装置NorthChinaElectricPowerUniversitypage32020/2/223.0概述CZAYXBNS☆回顾：同步发电机的发电原理条件1：建立磁场条件2：磁场旋转NorthChinaElectricPowerUniversitypage42020/2/223.0概述CZAYXBNS☆回顾：同步发电机的发电原理条件1：建立磁场条件2：磁场旋转NorthChinaElectricPowerUniversitypage52020/2/223.0概述CZAYXBNS☆回顾：同步发电机的发电原理条件1：建立磁场条件2：磁场旋转NorthChinaElectricPowerUniversitypage62020/2/223.0概述CZAYXBNS☆回顾：同步发电机的发电原理条件1：建立磁场条件2：磁场旋转NorthChinaElectricPowerUniversitypage72020/2/223.0概述CZAYXBNS☆回顾：同步发电机的发电原理条件1：建立磁场条件2：磁场旋转NorthChinaElectricPowerUniversitypage82020/2/223.0概述☆同步发电机★励磁自动控制系统★调速自动控制系统空载电动势机端电压无功功率频率有功功率☆同步发电机的两个重要控制系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage92020/2/223.0概述☆励磁自动控制系统的组成励磁功率单元励磁调节器励磁系统G~系统反馈信息发电机NorthChinaElectricPowerUniversitypage102020/2/223.0概述励磁自动控制系统静态特性(AVR)：励磁电流、机端电压、无功功率三者之间的关系动态特性(PSS)：(1)励磁控制系统的稳定性(2)同步发电机的稳定性☆研究内容★AVR:自动电压控制★PSS:电力系统稳定器NorthChinaElectricPowerUniversitypage112020/2/223.0概述☆励磁自动控制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（一）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.3.1发电机励磁系统的任务（一）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。3.1发电机励磁系统的任务IP.UG.IQ.IG.φ.Eq.δGφjIQxd.（二）控制无功功率的分配设单机无穷大系统：GIG.UG=常数.3.1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。3.1发电机励磁系统的任务（三）提高并联运行的稳定性1.励磁对静态稳定的影响发电机的输出功率为sinXUEPqG3.1发电机励磁系统的任务jxlEqIGUGjxdU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XUEPqm3.1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。3.1发电机励磁系统的任务提高并联运行的稳定性2.励磁对暂态稳定的影响发电机的暂态稳定等面积法则3.1发电机励磁系统的任务提高并联运行的稳定性3.1发电机励磁系统的任务Te=0.1sTe=0.8s励磁系统既有快速响应特性，又要具有高强行励磁倍数时，才能对改善电力系统暂态稳定性有明显特性。在分析电力系统稳定时，必须计及励磁调节控制自动系统的影响。（四）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3.1发电机励磁系统的任务系统发电机互相配合，提供无功功率支持，失磁的发电机可以在一定时间内以异步运行方式维持运行。当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小，且随时间衰减，以致带时限的继电保护不能正确工作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁以增大短路电流，使继电保护正确工作。（五）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。3.1发电机励磁系统的任务NorthChinaElectricPowerUniversitypage232020/2/22★(1)准确测量发电机电压★(2)合理分配机组的无功功率★(3)迅速反应系统故障，提高稳定性和改善运行条件★(4)具有较小时间常数，迅速相应输入信息的变化☆对励磁调节器的要求★(5)长期可靠工作3.1对励磁系统的基本要求NorthChinaElectricPowerUniversitypage242020/2/22★(1)具有一定的调节容量和过载能力★(2)具有足够的顶值电压和电压上升速度☆对励磁功率单元的要求★(3)长期可靠工作3.1对励磁系统的基本要求②具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。励磁顶值电压UEFq：强励时励磁功率单元可能提供的最高输出电压值。强励倍数：励磁顶值电压UEFq与额定工况时的励磁电压UEFe之比（视制造和成本，常取1.6~2）。励磁电压上升速度：衡量励磁功率单元动态行为（快速响应能力）的指标。具体指标有两种，即励磁电压响应比和响应时间。3.1对励磁系统的基本要求☆对励磁功率单元的要求励磁电压响应比G=励磁电压响应比=（绝对量）励磁电压响应比=（相对量）(斜线下的面积增量与曲线下的面积增量相等）UEFeUEF(V)t(s)0.5abcdUEFq通常，将励磁电压在最初0.5秒内上升的平均速率定义为励磁电压响应比。具体求法为：tEFdttUkΔΔ0)(1cbUUtΔtUUUbbcΔ因为励磁电压曲线下的面积增量对应于该时间段内转子磁通量的增量，即在规定条件下，励磁电压达到顶值电压与额定电压之差的95的时间。若该时间为0.1秒或更小时，则称高初始响应励磁系统。3.1对励磁系统的基本要求NorthChinaElectricPowerUniversitypage282020/2/223.2同步发电机励磁系统☆励磁电源的本质－－－可控直流电路励磁功率单元直流励磁机交流励磁机静止励磁方式自励式他励式自励式他励式无刷①直流励磁机系统：由与发电机同轴的直流发电机供给励磁电流。它靠机械整流子换向整流，当励磁电流过大时，换向就很困难，故只适合于10万kW以下中小容量的同步发电机组。②交流励磁机系统：由与发电机同轴的交流发电机和半导体整流元件供给励磁电流，它适合大容量同步发电机（10万kW以上）。其中，交流发电机的频率和电压需特殊设计，频率一般为100Hz或更高。③静止励磁（自并励）系统：由同步发电机自身作为励磁电源（静止），使发电机组主轴缩短，降低了造价，被推荐用于大型发电机组，尤其适合于水轮机组。3.2同步发电机励磁系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage302020/2/22☆直流励磁机原理3.2同步发电机励磁系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage312020/2/22自励式☆直流励磁机3.2同步发电机励磁系统他励式GGGG-AERGLEGETATVRVGG-~1GE2IEE=IRC+IAVR从IRC的角度看，属自励方式。IEE中IAVR只占一部分，使励磁调节器的容量得到减小，特别适合功率放大系数较小、由电磁元件组成的励磁调节器。PE、DE和G同轴。励磁单元的时间常数仅为励磁机励磁绕组（EEW）的时间常数，与自励方式相比，时间常数减小了，即提高了励磁系统的电压增长速度。这种方式一般用于水轮发电机组。NorthChinaElectricPowerUniversitypage322020/2/22☆直流励磁机特点★直流励磁系统具有方便、可靠、波形好，对电源干扰小等优点。★直流励磁机有电刷、整流子等转动接触部件，运行维护成本高，从可靠性来讲，是励磁系统中的薄弱环节。★在直流励磁系统中，以往采用电磁型调节器。这种调节器以磁放大器作为功率放大和综合信号的元件，反应速度较慢，但工作较为可靠。★直流励磁机工作容量小，适合小机组的使用，100MW以下机组采用。3.2同步发电机励磁系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage332020/2/22☆交流励磁机3.2同步发电机励磁系统•AE起励电压较高，依靠剩磁无法起励，须外加起励电源，直至AE的输出电压足以使自励恒压元件正常工作时，起励电源方可退出。•AE的励磁采用可控硅自励恒压方式。它总是工作于顶值电压，因而AE容量较大。AVR为半导体励磁调节器，时间常数很小，响应速度快。自励式AVREWTVVS~AE自励恒压元件TR电压起励元件起励电源滑环GNorthChinaElectricPowerUniversitypage342020/2/22他励式☆交流励磁机3.2同步发电机励磁系统AVRTVVSVS~AE~自励恒压调节起励电源磁场开关TA100Hz400Hz交流副励磁机G•交流中频副励磁机的起励电压较高，它也需要外加起励电源。•缺点：加长了发电机主轴长度；副励磁机和自励恒压调节器的故障均可使发电机组失磁（解决办法之一：副励磁机以永磁发电机充当）；当发电机容量增大后，转子电流相应增大，给滑环的正常运行和维护带来困难。NorthChinaElectricPowerUniversitypage352020/2/22无刷☆交流励磁机3.2同步发电机励磁系统•副励磁机为永磁发电机，其磁极旋转，电枢静止；交流励磁机正相反，即磁极静止，电枢旋转。副励磁机的磁极（N和S）、AE的电枢、硅整流元件GZ和EW均在同一根轴上同步旋转，它们之间无需任何滑环和电刷等接触元件。AVRTVVS~AE~磁场开关TA永磁发电机NS旋转元件GGZEWNorthChinaElectricPowerUniversitypage362020/2/22☆交流励磁机特点★(1)独立的电源，不受电网影响★(2)时间常数较大★(3)增加主轴长度，造价高★(4)容量较大3.2同步发电机励磁系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage372020/2/22☆静止励磁系统(自并励系统)3.2同步发电机励磁系统AVREWTVVSTR起励元件起励电源G•取消了励磁机，设备和接线简单，可靠性得到提高；缩短了机组长度，降低了造价；调节速度很快。NorthChinaElectricPowerUniversitypage382020/2/22☆自并励系统特点★(1)设备简单、可靠性高★(2)容量大、时间常数小★(3)缩短主轴长度，造价低(比交流励磁低2%)★(4)甩负荷时，过电压较低★(5)三相短路时，励磁电压较低3.2同步发电机励磁系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage392020/2/22☆我国电力系统的应用现状★(1)小型机组(100MW)---自并励★(2)中型机组(100-800MW)---自并励80%，交流(自励、他励)20%★(3)大型机组(