《电力系统自动化》第三章.ppt

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1、电力系统自动装置原理,上海交通大学 电气工程系,第三章 同步发电机励磁自动控制系统,总 述,发电机励磁系统的任务,发电机励磁系统的任务,电压控制,等值电路,相量图,GEW,xd,G,发电机励磁系统的任务,电压控制,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。,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：,UG=常数,.,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。,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,发电机励磁系统的任务,提高并联

2、运行的稳定性,a,b,c,同步发电机的功角特性,最大可能传输的功率极限为,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,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。,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,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强励：通过励磁控制系统快速（时间常数小）、高强度（励磁倍数高）地增大励磁电流。,发电机励磁系统的任务,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,长期可靠工作,同

3、步发电机励磁系统类型,励 磁 系 统,直流励磁机：靠机械整流子换向整流提供励磁电流交流励磁机：励磁机的输出电流通过电力电子设备整流静止励磁：无励磁机，直接由机端励磁变压器提供励磁电流,试试你的发散思维,先介绍一下人工调节励磁的模式：然后请你以静止励磁为例，根据你所学过的电机学知识、自动装置知识等想想如何构造自动控制励磁系统？,励磁系统的整流电路,整 流 电 路,三相桥式全控整流电路,触发顺序：1-2-3-4-5-6,相隔60度输出平均电压：Ud=1.35Eabcos,三相输入电压波形和控制角起始起点,起始点,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,同步发电机,励磁功率单元,

4、励磁调节器,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,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。,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器基本框图,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,测量K1,综合放大K2,移相触发K3,可控整流K4,UG

5、,UREF,Ude,USM,UAVR,K调节器的放大倍数,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:,调差系数越小说明IQ对UG影响越小,UG,UG1,UG2,0,IQ,IQN,UG,插播问题1：你认为调差越大，调差的力度越高还是越低呢？插播问题2：调差系数有可能是负数吗？,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:能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击；保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。,UG,IQ,=0,0,0,UG0

6、,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,UG,IQ,UM,1,2,3,IQ2,IQ1,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,UG,IQ,=0,0,0,U,U,U,IQ2,UG,IQ,U,U,并联运行机组间的无功功率分配,有差调节特性,UG,UG,UG,0,IQ,IQ,UG0,UGN,IQ,IQ,IQ,IQN,现在可以回过去讲解励磁系统框图中调差元件的作用了,我国励磁调节器的发展及分类,20世纪初,1950s,1960s,1980s,数字式励

7、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,励磁调节装置原理,图为600MW发电机自并励励磁系统,励磁调节装置原理,图为300MW三机励磁系统励磁调节器,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,励磁调节装置原理,数字式励磁调节器原理框图,这个图是老图了，可以参考书上75页3-48图,励磁调节装置原理,控制的数学模型 PID模型:,离散化为,励磁调节装置原理,控制的数学模型 增量式

8、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。,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,励磁调节装置原理,最小励磁限制,功率圆方程如下：,励磁调节装置原理,功率圆,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Q 0 的部分时，发电机为进相运行状态,励磁调节装置原理,励磁调节器的运行,内容回顾,主要介绍同步发电机励磁自动控制系统的组成原理及其运行特性。参考教材：杨冠城.电力系统自动装置原理第四版.第三章.,Thank You!,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,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,0,0,0,0,Ude,UAVR,UAVR,Ude,UG,UG,USM,USM,UREF,b,a,励磁调节器的基本特性,发电机励磁控制系统静态特性,发电机调节特性,