同步发电机励磁原理培训

同步发电机励磁原理培训黎雄清华大学电机系同步发电机励磁原理培训1.励磁的基础理论、原理„励磁的基本概念„同步发电机励磁的作用„同步发电机励磁的组成„同步发电机励磁的分类同步发电机励磁原理培训2.励磁反馈控制与关键技术„励磁反馈控制原理介绍„励磁反馈控制的实例分析„励磁控制器的构成（常规/微机型）„励磁控制的关键技术同步发电机励磁原理培训3.励磁系统的性能指标„励磁系统的主要性能指标„传递函数的基本概念„励磁控制规律PID的构成及作用„励磁控制规律对性能指标的影响同步发电机励磁原理培训4.励磁与系统稳定/PSS„励磁与系统稳定的关系„励磁对系统静态稳定极限的影响„励磁对系统暂态稳定极限的影响„励磁对系统动态稳定极限的影响/PSS同步发电机励磁原理培训5.同步发电机励磁的新进展„大型机组的新要求„分布式控制系统„智能均流技术„网络发布与远程维护技术黎雄TEL:13801063561Email:[e-mail]同步发电机励磁原理培训励磁的基本概念„什么是励磁？„电磁相互作用原理„导体切割磁力线感生电动势e„励磁＝提供磁场B„感生电动势的必备条件之一„对同步发电机而言励磁与调速控制！Blve=励磁的定义„国家标准GB/T7409.1～7409.3-1997„同步电机励磁系统＝„提供电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置„励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统„励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响励磁的基本概念„同步发电机的两个基本控制：励磁&调速„电能质量：电压&频率&相位&波形)sin()(ϕω+=tUtUm励磁的基本概念„与继电保护的区别：„连续反馈控制vs离散控制(1/0)„365x24小时在线„发电机快速连续调节的唯一手段！„研究的重点、对系统稳定有重要作用！同步发电机励磁的作用1.从发电厂角度研究励磁„调节发电机电压„调节发电机无功功率„多台发电机无功功率分配（成组调节AQC）„安全可靠运行同步发电机励磁的作用2.从电力系统角度研究励磁„提高系统的静态稳定性„提高系统的暂态稳定性„改善系统的电压稳定性„二次电压控制„安全可靠运行同步发电机励磁的组成„自动电压调节器AVR„励磁电源（励磁机、励磁变压器）„整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）„灭磁与转子过电压保护同步发电机励磁的分类„按励磁电源分类„直流励磁机励磁系统„交流励磁机励磁系统„自并励励磁系统„按响应速度分类„常规励磁系统„快速励磁系统„高起始励磁系统参考励磁培训4.2励磁反馈控制原理黎雄清华大学电机系励磁反馈控制SCRG1PTCTGEC-1微机非线性励磁控制器IabcUabcUfaarccosKUzUffUrUfUtUc+-„三机励磁系统符号说明：Ut：发电机端电压Ur：参考电压/给定电压Uc：控制电压a：SCR触发角Uff,Uf：励磁机,发电机励磁电压Iff,If：励磁机,发电机励磁电流励磁反馈控制过程SCRG1PTCTGEC-1微机非线性励磁控制器IabcUabcUfaarccosKUzUffUrUfUtUc+-„三机励磁系统aUfUt(Ur--Ut)UcUffUt„手动控制过程„自动控制过程数学关系SCRG1PTCTGEC-1微机非线性励磁控制器IabcUabcUfaarccosKUzUffUrUfUtUc+-aUfUt(Ur--Ut)UcUffUt„三机励磁系统()()trctrcUUPIDUUUKU,=−=或0ffcffUUU×=UUCOSffZ=135.αα=×⎛⎝⎜⎞⎠⎟arcCOSUUUcffZ0135.举例说明()trcUUKU−=„标么值的整定„初始状态„零起升压与空载额定/转速变化„并网带无功/停机„甩负荷(自动状态下/手动状态下)„短路强励/PT断线„带电压停机/低转速过励磁/VF限制励磁调节器的构成(模拟式)„测量比较单元„综合放大单元„移相触发单元„电力系统稳定器PSS„保护与限制单元„其他单元(电源，切换跟踪等)励磁调节器的构成(数字式)„模拟输入接口„数字输入接口„触发脉冲输出„人机接口„微控制器CPU„软件模块CPUMMIRAMROMA/DDODI模拟信号接口BUSUabcIabcUf脉冲放大SCR继电器、光耦隔离增加减小油开关灭磁„模拟输入„采用电量变送器(U,I,P,Q,Uf)„交流采样AC100V变送器A/D100110AC100V100110算法A/DAC2.3VU,I,P,Q„交流采样算法„有效值算法UTutdtNukTkN==∫∑=−1120201()()ITitdtNikTkN==∫∑=−1120201()()PTutitdtNukikTkN==∫∑=−11001()()()()QTutitTdtNukikNTkN=+=+∫∑=−1414001()()()()„富立叶算法(Fourier)：N=12UUUUUUUUUUUR=−++−−++−−163212061115721048[()()]UUUUUUUUUUUI=−−++−−++−−163212392481015711[()()]&UUjURI=+&IIjIRI=+PUIUIeRRII=+QUIUIeIRRI=−0RI&UURUI„控制规律计算PSSUPIDUPSSPcce:_(,)=+ΔΔωPIDUtKetTetdtTdetdtGSKTSTSTScpidtpdi:()()()()()()=++⎡⎣⎢⎤⎦⎥=+++∫1111101LOECUPIDULOECPUccef:_(,,)=+ΔΔΔωNOECUPIDUNECPQIcceet:_(,,,)=+ΔΔΔω„测频与脉冲产生„微机励磁控制的优点„结构简单，软件丰富„性能优良，操作方便„调试简单，在线修改参数„灵活性好„可实现复杂控制规律„可实现全厂自动化整形0T计数器Data微机励磁的新趋势„全数字化„硬件简单化„软件功能强„智能化调试„免维护„交流采样技术(part:5)„数字化控制策略(part:3,4)„脉冲直接形成技术(part:2)微机励磁的关键技术励磁系统的性能指标„励磁系统的主要性能指标„传递函数的基本概念„励磁控制规律PID的构成及作用„励磁控制规律对性能指标的影响黎雄清华大学电机系„励磁系统的主要性能指标„《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》DL/T843－2003„《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》DL/T650－1998„《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》DL/T583-1995„《同步电机励磁系统》GB/T7409—1997技术条件：AVR性能指标：„调压范围：自动：10%~120%、手动：5%~130%„调压精度：≤空载额定电压的0.1%„调差范围：±30%，级差0.1％„稳态增益：≥500倍„暂态增益：≥40倍„调压速度：0.3%~1%额定空载电压/秒„电压分辨率：≤0.05%额定空载电压„V/F特性：不大于±0.25%额定空载电压/1HzAVR性能指标：„励磁系统响应时间：上升值≤0.07s下降值≤0.12s电压响应比≥2.0„5%空载阶跃响应：超调量≤阶跃量10%震荡次数小于2次时间小于3秒„100%零起升压：最大电压≤110%空载额定电压震荡次数小于2次时间小于5秒„功率消耗：小于300W„传递函数G(s)传递函数G(s):输入与输出的Laplace变换之比,将微分方程转化为代数方程来求解。)()()(sXsYsG=代数方程频域描述微分方程时域描述−⋅=−−−=)()()(..))(()(..sXsGsYtxfty[])(1)()()(sXsdttxLssXdttdxL==⎥⎦⎤⎢⎣⎡∫SystemControl..)(..txInput)(..tyOutputRsC1RsC1)(tuc)(tic传递函数G(s)----示例dttduCticc)()(=)()(ssCUsIcc=sCsIsUsGcc1)()()(==sTsRCsCRsCsG+=+=+=111111)(sTsTsRCsRCsCRRsG+=+=+=111)(2111sTsTKP++基本单元IEEE421.5励磁模型---AC1AHVGATELVGATEFEX=f［lN］VX=VESE［VE］KEKDVCVREFVS+-+-VFVAMAXVUELVAMINVOELVRMAXVRMINVR+-VEEFDFEXINIFDVX++VFE++0FFsTsK+1AAsTK+1BCsTsT++11EsT1∑∑πEFDCNVIKI=∑∑励磁机软反馈励磁机保护环节前向通道等效BPA：FM、FN、FQPSS/E：ESAC1AIEEE421.5励磁模型---ST1AVTVRMAX-KCIFDVCHVGATEVIMAXVIMINHVGATELVGATEVSVUELVUELVSVREFVFVIVUEL+-+-VAMAXVAMINVA++-VOELALTERNATEUELINPUTSALTERNATESTABILIZERINPUTSKLRVTVRMIN+-IFD0ILRFFsTsK+1AAsTK+1111111BCBCsTsTsTsT++++EFD∑∑∑软反馈保护环节前向通道功率单元等效BPA：FVPSS/E：ESST1A„PID比例-积分-微分控制---GEC-1ΔVG并联校正EX⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅sTsTsTsTKP43211111FFsTsK+1feIPIDfdECU励磁机滞后校正21TT超前校正43TT„GEC-1串联校正方式ΔVG并联校正EX⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅sTsTsTsTKP43211111FFsTsK+1feIPIDfdECU励磁机•物理概念清楚•整定方便•实现较复杂„GEC-1并联校正方式ΔVG并联校正EXPKFFsTsK+1feIPIDfdECU励磁机•结构简单•整定不直观•性能较好„PID比例-积分-微分控制---GEC-2ΔVG功率单元⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅STsTKDIP11PXfIPIDfdECU一般，为PI调节0=DT+−•结构简单•整定不直观•适用于自并励„数字式PID的实用考虑不完全微分⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅STsTKDIP11PID)(sY)(sX积分分离与限幅FDsTsT+1sTI1etx≤)(„PID的作用---比例P⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅sTsTsTsTKP43211111•负反馈调节的基础•增大P可减小稳态误差•增大P可加快响应•P过大不利于系统稳定40)(,0:120)(,,0:200)(,0,:213432121=⋅=∞=⋅⋅=∞→→==→∞→TTKsGtKTTTTKsGstKKsGstKPPP动态放大倍数暂态放大倍数静态放大倍数⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅ssss03.011.0110121200=)(sG=„PID的作用---积分I⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅sTsTsTsTKP43211111•提高静态放大倍数•减小稳态误差•减小动态放大倍数•有利于系统稳定⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅ssss03.011.0110121200=)(sG=21T)(dBLω011T31T41T1K3K2K„PID的作用---微分D•提高响应速度•减小超调量•补偿Te惯性•有利于系统动态稳定ΔVG⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅sTsTsTsTKP43211111PIDfdECU励磁机21TT43TTsTe+11eTT=3令⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅sTsTsTKP4211111=)(sG等效减少了励磁机的时间常数Te-T4„微分的作用---示例元宝山#2机600MW+5%阶跃响应1.YBS3044G(s)=2.YBS3043G(s)=3.YBS3042G(s)=⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅ssss03.011.0110121200⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅ssss03.012.0110121200⎟⎠⎞⎜⎝⎛++⋅⎟