同步发电机的自动励磁控制系统.ppt
2023/6/18,电力系统自动化,1,第二章 同步发电机的自动励磁控制系统,第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁,第一节 概 述,第二节 同步发电机励磁系统,第四节 励磁调节器的原理,2023/6/18,电力系统自动化,2,发电机运行特性函数,同步发电机的励磁系统：励磁功率单元 励磁调节器,励磁电流,控制励磁电流,第一节 概 述,2023/6/18,电力系统自动化,3,电压控制,正常运行：负荷波动发电机功率变化 机端或某一点电压变化,一、同步发电机励磁控制系统的任务,励磁调节维持端压在给定水平,2023/6/18,电力系统自动化,4,结论：,是造成 与 数值差的主要原因,当 一定时，随 增大而下降,思考：发电机的电压外持性的意义？,1点：,2点：,3点：,2023/6/18,电力系统自动化,5,控制无功功率的分配,1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题：,分析前提：只调励磁、不调速,调励磁电流改变发电机输出的无功功率和功角,2023/6/18,电力系统自动化,6,两台发电机并联运行,无功功率合理分配：照按机组容量分配,2、并联运行各发电机间的无功功率的分配,无功功率重新分配,特性 一致-调节器可做到,思考：励磁调节是如何控制发电机间无功分配的？,2023/6/18,电力系统自动化,7,不论静稳、动稳，发电机数学模型中总有Eq，Eq与励磁有关,静态稳定：正常情况下受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。,暂态稳定：发生大的扰动后，能否过渡到一个新的稳定状态或 恢复到原来运行状态的能力。,提高同步发电机并联运行稳定性,2023/6/18,电力系统自动化,8,1、励磁对静态稳稳的影响,A-内功率特性,O,P,A,a,功率极限,B-外功率特性,功率极限,2023/6/18,电力系统自动化,9,2、励磁对暂态稳定的影响,故障期间和故障切除后，励磁，特性、幅值增大,2023/6/18,电力系统自动化,10,低电压时，可大幅度提高系统电压,短路电网电压电动机制动,切除故障电动机自起动吸Q电压恢复慢,2、为发电机异步运行创造条件：,发电机失磁运行，吸大量QU,其他发电机能提供Q维持U,改善电力系统运行的条件,1、改善异步电动机的自起动过程,3、提高继电保护的工作的正确性,发电机低负荷（低励磁）运行时：系统短路短路电流小、衰减延时保护不正确动作,强行励磁加速电压恢复,异步运行,励磁增大短路电流延时保护正确动作,2023/6/18,电力系统自动化,11,二、对励磁系统的基本要求,（一）对励磁调节器的要求,5、励磁调节器应能迅速反映故障，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。,1、具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化；,2、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的水平；,3、励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；,4、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；,主要任务：检测系统运行状态，产生相应的控制信号经放大后控制功率单元的输出，得到要求的发电机励磁电流。,2023/6/18,电力系统自动化,12,二、对励磁系统的基本要求,（二）对励磁功率单元的要求,1、具有足够的可靠性并具有一定的调节容量,2、足够的励磁顶值电压和电压上升速度,励磁系统两项重要的技术指标：励磁顶值电压 电压上升速度,励磁顶值电压：励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高输出电压,强励倍数：一般1.62,2023/6/18,电力系统自动化,13,第一节 概 述 小结,主要内容：,难点：,并联发电机间无功功率的分配,同步发电机励磁自动控制的任务 电压控制 控制无功功率分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 改善电力系统运行条件 水轮发电机组要求实现强行减磁,对励磁系统的基本要求（调节器；功率单元）,发电机励磁、电压、无功功率的关系,2023/6/18,电力系统自动化,14,三种励磁系统(励磁功率单元)：,直流励磁机励磁系统,交流励磁机励磁系统,静止励磁系统,、直流励磁机励磁励磁系统（自励和他励两种方式）,1、自励直流励磁机励磁系统：转子由专用的直流励磁机供电,同步发电机的励磁绕组FLQ 由同轴直流发电机L供电,直流励磁机励磁绕组 由L自励+励磁调节器提供电流,第二节 同步发电机励磁系统,2023/6/18,电力系统自动化,15,2、他励直流励磁机励磁系统：励磁机L的励磁绕组由FL供电,他励的优点：反应快，时间常数小。,直流励磁机：交流+机械整流容量大时维护困难,交流+可控硅整流交流励磁机励磁系统,2023/6/18,电力系统自动化,16,二、交流励磁机励磁系统（100MW以上发电机）,1、他励交流励磁机励磁系统,他励：要求发应速度快，一般采用他励。,2023/6/18,电力系统自动化,17,2、无刷励磁系统（解决滑环问题）,4)励磁机电枢和发电机转子旋转，不能接入灭磁设备，无法常规检测,特点：,1)无炭刷，滑环，维护工作量小,2)励磁机独立供电，可靠性高,3)调节励磁机励磁，响应速度慢,5)要求旋转部分机械性能良好,6)污染少，电机绝缘寿命长,2023/6/18,电力系统自动化,18,三、静止励磁系统（300MW及以上发电机）,发电机不用励磁机，由机端励磁变压器整流供给励磁,1、无转动部分,2、励磁电源由发电机本身提供(并自励),1)顶值电压受发电机机端及系统侧故障影响(转子时间常数大，0.5s变化不大),优点：,1)简单，无转动部分，可靠性高,2)主轴缩短,3)响应速度快,2)保护设备工作(主设备0.1s内动作),问题：,4)机端取励磁能量,2023/6/18,电力系统自动化,19,第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁,强励（发电机强行励磁）：,机端电压下降到(0.80.85)，使励磁电压迅速达到顶值,强励顶值：（1.82）,响应比：转子磁场的建立速度(发电机的磁场),励磁机时间常数,转子磁场建立速度-响应比,转子磁场能量迅速消释，且无内部过电压。,灭磁：,2023/6/18,电力系统自动化,20,一、时间常数（励磁机的磁场）,他励直流励磁机时间常数,时间常数,按指数曲线增长,2023/6/18,电力系统自动化,21,自励直流励磁机时间常数,得时间常数,虚线上任一点的励磁机电势,且,2023/6/18,电力系统自动化,22,Tc与Tt的比较,时间常数,比较接近,自励系统 建立是 与 相互作用-增大等值时间常数,他励系统 建立与 本身无关-励磁绕组自身的时间常数,以上结论适用交流励磁系统,2023/6/18,电力系统自动化,23,二、电压响应比（反映发电机转子磁场建立过程）,忽略发电机转子电阻和定子的影响（定子开路）,定义：励磁电压在最初0.5s内上升的平均速度,转子磁场方程：,相同,励磁电压响应比：,强励倍数：,2023/6/18,电力系统自动化,24,励磁电压响应时间：,高初始响应励磁系统：响应时间小于等于0.1s,从 上升到 所用时间,2023/6/18,电力系统自动化,25,三、励磁绕组对恒定电阻放电灭磁（磁场尽快减到最小）,灭磁的最快方式：断开励磁回路,灭磁时间短,转子电压不大于允许值,2023/6/18,电力系统自动化,26,i衰减的时间常数,大,时间常数小，i衰减快,小,大，不安全,时间常数大，i衰减慢,小，安全,转子GEW电压：,最大值：,2023/6/18,电力系统自动化,27,四、理想灭磁过程,2023/6/18,电力系统自动化,28,五交流励磁机系统的逆变灭磁,晶闸管整流桥向转子供应励磁电流时：控制角,00,0 180逆变状态，实现灭磁(回送能量)整流电压0,需加并联电阻,2023/6/18,电力系统自动化,29,重点：,主要内容：,难点：,交流励磁机励磁系统、静止励磁系统,电压响应比 理想灭磁,直流发电机励磁 交流励磁机励磁系统 静止励磁系统,同步发电机励磁系统,概念：强励倍数、电压响应比、灭磁,理想灭磁,第二、三节 小结,时间常数 电压响应比 励磁绕组对恒电阻放电灭磁 理想灭磁过程 交流励磁机系统的逆变灭磁,励磁系统转子磁场建立和灭磁,2023/6/18,电力系统自动化,30,第四节 励磁调节器的原理,一、励磁调节器的功能和基本框图,二、励磁调节原理,三、励磁调节器的静态工作特性,四、励磁调节器静态特性的调整,2023/6/18,电力系统自动化,31,一、励磁调节器的功能和基本框图,励磁调节单元最基本的部分：,闭环比例调节器,励磁调节器,保持无功合理分配,人工长期经验的总结:,2023/6/18,电力系统自动化,32,典型晶闸管自动励磁调节器框图,2023/6/18,电力系统自动化,33,实现基本功能,二、励磁调节器原理,测量比较,综合放大,移相触发,基本控制：,+自动-手动切换,附加控制信号,2023/6/18,电力系统自动化,34,测量比较单元,作用：,测量 并变成直流，与给定值比较，得偏差信号(),电压测量:变换、整流、滤波,比较整定环节,2023/6/18,电力系统自动化,35,综合放大单元,多种辅助控制信号,基本控制部分的电压偏差信号,2023/6/18,电力系统自动化,36,移相触发单元：调节器的输出单元,作用：,根据 产生触发脉冲（），改变整流输出，达到调节励磁的目的,2023/6/18,电力系统自动化,37,自动-手动的自动切换,双通道结构,自动（AC）调节器：主调节器，正常使用,手动（DC）调节器：AC的备用（AC故障）,“DC”方式：,自动跟踪器：“DC”自动跟踪“AC”,保持切换时冲击最小,直接给出 代替,2023/6/18,电力系统自动化,38,三、励磁调节器的静态工作特性,(一)静态工作特性的合成,励磁调节器简化框图,2023/6/18,电力系统自动化,39,测量单元：,放大单元：线性元件,移相触发+整流单元：,调节器的放大倍数：,2023/6/18,电力系统自动化,40,(二)发电机励磁控制系统静态特性,发电机的调节特性：发电机转子电流 与无功负荷电流 的关系,发电机的无功调节特性：,2023/6/18,电力系统自动化,41,2023/6/18,电力系统自动化,42,四、励磁调节器静态特性的调整,调整目的：满足运行要求,保证并列运行机组间无功电流的合理分配,保证发电机平稳投退,（一）调差系数调整（调差单元）,2023/6/18,电力系统自动化,43,调差系统调整原理,测量单元输入：,正调差：,负调差：,2023/6/18,电力系统自动化,44,具体接线举例,测量单元输入,正调差,2023/6/18,电力系统自动化,45,（二）外特性平移,发电机投退,2,1,2023/6/18,电力系统自动化,46,第四节 励磁调节器原理 小结,主要内容,重点,难点,励磁调节器的功能和基本框图励磁调节器原理 励磁调节器静态工作特性 励磁调节器静态工作特性的调整,励磁调节器的基本框图 静态工作特性及其调整,静态工作特性及其调整,2023/6/18,电力系统自动化,47,练习、思考题：,1、同步发电机励磁自动控制系统的任务有哪些？2、发电机单机运行时调节励磁电流有什么作用？发电机与无穷大母线并联运行时调节励磁电流有什么作用？多台发电机实际并联运行时调节励磁电流有什么作用？（能够分析）3、励磁调节为什么能控制电压变化？4、励磁系统由哪两部分组成？各完成什么功能？5、辨认励磁系统，并说明特点。6、写出自励系统和他励系统的时间常数，比较说明什么问题？7、何时需强励？什么是励磁电压响应比和强励倍数？励磁电压上升曲线如图2-16，已知：，求励磁电压响应比。8、什么是灭磁？何时需要灭磁？发电机灭磁有哪些方法？各有什么特点？9、对图2-24，简述励磁自动控制系统的基本工作原理。10、励磁调节器的基本控制环节有哪些？各有什么作用？输入输出特性？11、根据励磁调节器的基本控制环节的输入输出特性，合成励磁调节器的静态工作特性，并说明如何维持发电机电压？12、励磁调节器的静态工作特性的调整包括什么内容？怎么实现？有什么实际意义？,
