电力系统自动装置原理第三章

第三章同步发电机励磁自动控制系统电力系统自动装置原理第一节概述同步发电机的励磁系统励磁功率单元励磁调节器G发电机电力系统一励磁自动控制系统构成控制同步发电机的励磁同步发电机的运行特性同步发电机的空载电动势的大小发电机的励磁电流电力系统自动装置原理电压控制控制无功功率的分配提高同步发电机并联运行的稳定性改善电力系统的运行条件对水轮发电机组实行强行减磁二同步发电机励磁控制系统的任务电力系统自动装置原理GIEFUGIGEqIGUGdQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXIjUEcosIEF1UGUG2UGeIQIEF2IQ2IQ1EqUGIGIQIP负荷中的无功电流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。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端电压在给定水平的。电力系统自动装置原理GIGUG=ConstantEqUGIGIQIPconstantXUEPconstantIUPdGqGGGGsincosconstantEconstantIqGsincos发电机励磁电流的变化改变了机组的无功功率和功率角的大小。调节与无限大母线并联运行的机组的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。电力系统自动装置原理静态稳定暂态稳定电力系统的稳定电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力。电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。电力系统自动装置原理sinXUEPqGPPsinXUUPGG1励磁对静态稳定的影响GU=ConstantUGSystem内功率特性外功率特性电力系统自动装置原理2励磁对暂态稳定的影响PPG0bacdF123电力系统自动装置原理PGmax*0.750.700.650.500.3500.20.40.60.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.3501234KTe=0.1STe=0.8S要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。电力系统自动装置原理1．改善异步电动机的自起动条件2．为发电机异步运行创造条件3．提高继电保护装置工作的正确性1201008060402000102030t(s)U(%)电力系统自动装置原理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三对励磁系统的基本要求励磁调节器:检测和综合系统运行状态的信息,以产生相应的控制信号,经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。其基本要求励磁功率单元:受励磁调节器控制，并向同步发电机转子提供励磁电流。其基本要求电力系统自动装置原理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水平；励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；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；励磁调节器应能迅速反应系统故障，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；具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。1对励磁调节器的要求电力系统自动装置原理2对励磁功率单元的要求要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制。因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。从改善电力系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的技术指标。电力系统自动装置原理第二节同步发电机励磁系统一励磁系统的历史直流励磁机励磁系统机械整流子在换流方面遇到了困难，且大功率半导体整流元件制造工艺的日益成熟。交流励磁机励磁系统(交流发电机和半导体整流元件组成)静止励磁系统(发电机自并励系统)为了缩短主轴长度，降低造价，减少环节。几种常用的励磁系统简要介绍（重点分析励磁功率单元）电力系统自动装置原理二直流励磁机励磁系统（100MW以下）按励磁机的励磁绕组供电方式的不同自励直流励磁机励磁系统他励直流励磁机励磁系统电力系统自动装置原理=G励磁调节器IAVRIEEIRIE1自励直流励磁机励磁系统DER电力系统自动装置原理2他励直流励磁机励磁系统G励磁调节器IEEIR=IE=IAVRPEDE电力系统自动装置原理三交流励磁机励磁系统（100MW以上）交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的不同可分为以下几种。他励交流励磁机励磁系统自励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机静止整流器励磁系统他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统自励交流励磁机静止整流器励磁系统电力系统自动装置原理1他励交流励磁机静止整流器励磁系统G自励恒压调节器放大器触发器电压检测调差励磁调节器交流发电机交流励磁机交流副励磁机可控整流器滑环起励电源VSR电力系统自动装置原理2他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)G励磁调节器交流发电机旋转元件永磁副励磁机晶闸管整流器NS电力系统自动装置原理1自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统GAVR滑环自动恒压元件电压起励元件VSAE起励电源电力系统自动装置原理2自励交流励磁机静止整流器励磁系统G励磁调节器滑环电压起励元件VSAE起励电源电力系统自动装置原理四静止励磁系统(发电机自并励系统)G励磁调节器滑环电压起励元件VS起励电源电力系统自动装置原理第三节励磁系统中的整流电路三相桥式不可控整流电路三相桥式半控整流电路三相桥式全控整流电路一三个基本整流电路二整流电路的换流压降及外特性三最小逆变角电力系统自动装置原理+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2三相桥式不可控整流电路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1工作原理共阴极连接的二极管，在t=30-150之间是V1导通，V3、V5承受反压而关断；在t=150-270之间是V3导通；在t=270-390之间是V5导通。共阳极连接的二极管，在t=90-210之间是V2导通，V4、V6承受反压而关断；在t=210-330之间是V4导通；在t=330-450之间是V6导通。电力系统自动装置原理2输出电压abaaaabaEEttEtdtEtEtdeeU35.134.232coscos22632sinsin22626262626电力系统自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V三相桥式半控整流电路1工作原理电力系统自动装置原理eaecebteugabacbcbacacbabacbc161232345456161232tut脉冲控制角=0135电力系统自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=30°euguLttt65226321tdeetdeeUcabad2cos135.12cos134.2lEE电力系统自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=60°uguLttet电力系统自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=120°uguLttet676321tdeeUcad2cos135.12cos134.2lEE电力系统自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=180°uguLttet电力系统自动装置原理2输出电压与控制角关系2cos135.12cos134.2ldEEU电力系统自动装置原理3失控现象和续流二极管的作用uguLttett3t4t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+(-)-(+)电力系统自动装置原理三相桥式全控整流电路ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L电力系统自动装置原理◤在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称“单窄脉冲触发”◢◤每个元件除了在各自的换流点处有一个脉冲之外，还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲。所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用，但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的，这种触发方式称之为“双窄脉冲触发”。◢◤若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲，电路当然也可正常工作，这种触发方式称之为“宽脉冲触发”◢1.三相桥式全控整流电路触发脉冲的形式ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L电力系统自动装置原理euLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=0°2.工作原理电力系统自动装置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60°euLugtttugt2电力系统自动装置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=90°uLtugtugtett1t2电力系统自动装置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60°150°eugtttugtuLt1t2VS6VS1VS3VS2VS4电力系统自动装置原理3输出电压与控制角关系cos35.1cos6sin223cos262166llldEEttdEU电感性负载逆变角=180°-uLtugtugtett1t2在90时，输出平均电压Ud为正，三相全控桥工作在整流状态。在90时，输出平均电压Ud为负，三相全控桥工作在逆变状态。电力系统自动装置原理3cos135.13cos1223sin26213llldEEttdEU电阻性负载电阻性负载33uLtugtugtett1t2电力系统自动装置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1二整流电路的换流压降及外特性换流角电力系统自动装置原理coscos23326coscos23sin23sin23120sin90cos230sin150sin22mmmmabmbmaabbabEAUEttdEtduAtEteeutEetEeeeeeeu电力系统自动装置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeaebecVS1VS3VS2LLLimdKKmmdmabEIXXEttdLEdtdtdiItEeedtdiL32coscoscoscos23sin23sin321dKlddKIXEUI