山大电气考研复试电力系统自动控制(课件)2-4.ppt

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第四节励磁调节器原理-第二章2本节内容包括：

励磁调节器的构成各环节的工作原理、工作特性励磁调节器的静态工作特性励磁调节器的辅助控制本节学习路线：

从理解励磁调节器的构成入手，分析各环节的工作原理，得出其工作特性，最后合成出励磁调节器的静态工作特性，并予以分析。

3一、自动调节器的功能和基本框图一、自动调节器的功能和基本框图励磁调节单元的最基本部分是一个闭环比例调节器。

它的输入量是发电机电压，输出量是励磁机的励磁电流或是转子电流。

图2-29励磁系统一例它的主要功能有二：

一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联机组间无功电流的稳定分配。

4人工调节规律总结图2-30人工调压的作用5图2-31自动励磁系统基本原理框图将测得的发电机端电压与基准电压进行比较，用其差值作为前置级至功率放大级的输入信息，最后在功率放大级的末端输出一个与此差值反方向的励磁调整电流，使调节器的输入量与输出量之间达到图2-30ab段表示的比例关系。

6二、励磁调节器原理构成励磁调节器的型式很多，但自动控制系统的核心部分却很相似。

基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成。

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（一）测量比较单元图2-26电压测量环节原理图测量比较单元的作用是测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相比较，得出电压的偏差信号。

测量比较单元由电压测量、比较整定环节组成。

1、电压测量82、比较整定电路图2-34比较整定电路（a）原理电路；（b）输出特性9为了适应运行需要，微电机的控制电路应满足下列要求：

为完成上述功能，电压整定器附设了一套控制电路，主要由继电器逻辑电路及六对凸轮节点构成。

凸轮与微电机同轴，用作反映电压整定器的几个特殊位置（额定位置、上限位置和下限位置等）。

（1）增磁操作及增磁上限自动限位。

（2）减磁操作及减磁上限自动限位。

（3）正常停机时，自动复归到额定位置。

（4）紧急停机灭磁时，自动减磁到下限位置。

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（二）综合放大单元图2-35综合放大单元的输入信号各输入控制信号按其性质可分为三种类型：

被调量控制量（基本控制量）、反馈控制量（为改善控制系统动态性能的辅助控制量）、限制控制量（按发电机运行工况要求的特殊限制量）。

11（三）移相触发单元图2-31移相触发单元原理框图移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单元送来的综合控制信号的变化，产生可以改变相位的脉冲，用以触发功率整流单元的晶闸管，从而改变可控整流单元的输出，达到调节发电机励磁的目的。

主要由同步变压器、同步移相器、脉冲触发器和脉冲给定基准器组成。

12（四）自动手动的自动切换励磁调节器由自动励磁（AC）调节器和手动励磁（DC）调节器组成，为双通道结构。

AC调节器是主励磁调节器，按发电机端电压对给定值的偏差量大小自动调节发电机励磁，以维持机端电压稳定，正常运行时，AC调节器工作，DC调节器作AC调节器的备用。

当AC调节器故障时，由AC-DC自动切换装置控制，将DC调节器投入运行，可保证发电机的正常运行。

为了防止AC调节器向DC调节器切换引起冲击，在励磁调节器中还设有DC调节器自动跟踪AC调节器的自动跟随器，可确保切换冲击最小。

13图2-39平衡电路手控方式（DC）下，测量、放大单元退出工作，而脉冲触发单元则继续工作。

即用手控方式给出的控制信号相当于自动控制（AC）时综合放大单元输出的控制信号。

14三、励磁调节器的静态工作特性图2-34励磁调节器简化框图测量K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4

（一）静态工作特性的合成

（一）静态工作特性的合成励磁调节器的简化框图如图2-34所示，图中K1、K2、K3、K4分别表示各单元的增益，其间输入量输出量的符号如图所示。

15图2-35调节器的静态工作特性右移当调整整定电位器使参考电压增大时，特性曲线将右移，反之，特性曲线将左移。

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（二）发电机励磁控制系统静态特性发发电电机机的的调调节节特特性性是是发发电电机机转转子子电电流流IIEFEF与与无无功功负负荷荷电电流流IIQQ的的关关系系。

图2-36（a）表示发电机额定电压附近的调节特性。

励磁机的工作特性在一般情况下是接近线性的，即励磁机定子电流和励磁机的励磁电流IEE之间近似呈线性关系。

这样，发电机转子电流就可直接用励磁机励磁电流IEE表示。

图2-36（b）利用作图法作出发电机无功调节特性曲线UG=f（IQ）。

图2-36发电机无功调节特性的形成（a）调节特性；（b）无功调节特性17调差系数用表示，其定义为式中发电机额定电压、分别为空载运行和带额定无功电流时的发电机电压（见图2-43）,一般取。

（2-19）图2-37无功调节特性18图2-38发电机调差系数与外特性调差系数也可用百分数表示，即由式（2-19）调差系数表示无功电流从零增加到额定值时，发电机电压的相对变化。

调差系数越小，无功电流变化时，发电机电压变化越小。

所以调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。

励磁调节器总的放大倍数K越大，ab直线越平缓，调差系数就越小。

UGIQ19四、励磁调节器静态特性的调整需要对自动励磁调节器工作特性进行调整：

由式2-18可见，发电机的调差系数决定于自动励磁调节系统的总的放大倍数。

实际上，一般自动励磁调节系统的总的放大系数是足够大的，因而发电机带有励磁调节器时的调差系数一般都小于1，近似为无差调节。

这种特性不利于不利于发电机组在并列运行时无功负荷的稳定分配，因此发电机的调差系数要根据运行的需要，人为的加以调整，使调差系数加大到35左右。

（一）调差系数的调整

（一）调差系数的调整保证并列运行发电机组间无功电流的合理分配，即改变调差系数；保证发电机能平稳的投入和退出工作，平稳的改变无功负荷，而不发生无功功率的冲击现象；即上下平移无功调节特性。

20当调差系数、即为正调差系数正调差系数，表示发电机外特性下倾，即发电机无功电流增大，其端电压降低。

为负调差系数负调差系数，表示发电机外特性上翘，即发电机无功电流增加，其端电压上升。

称为无差调节无差调节。

图2-38表明了上述三种情况。

图2-38发电机调差系数与外特性0=dUGIQ21在实际运行中，发电机一般采用正调差系数，有利于维持稳定运行。

正负调差系数可以通过改变调差接线极性来获得，调差系数一般在以内。

调差系数的调节原理如下。

在不改变调压器内部元件结构的条件下，在测量元件的输入量中，除外，再增加一个与无功电流成正比的分量，就获得调整调差系数的效果。

至于负调差系数，一般只能在大型发电机-变压器组单元接线时采用，这时发电机外特性具有负调差系数，但考虑变压器阻抗压降以后，在变压器高压侧母线上看，仍具有正调差系数，因此负调差系数主要是用来补偿变压器阻抗上的压降，使发电机-变压器组的外特性下倾度不致太厉害，这对于大型机组是必要的。

22图2-39调差系数原理框图在图2-39中，测量单元的内部结构并未改变。

其放大倍数仍为，只将输入量改为由于测量单元的放大倍数并未变化。

所以有时称调差接线为无功补偿接线。

于是测量输入变为UIKUUGQGREFIKQddD=-）（23图2-40两相式正调差接线.24在发电机电压互感器的副边，a、c二相中分别串入电阻和，并且和是同轴调节的，在上引入c相电流，在上引入a相电流。

这些电流在电阻上产生的压降与电压互感器副边三相电压按相位组合后，送入测量单元的测量变压器。

在正调压接线时，其接线极性为和25根据励磁调节器装置的工作特性，测量单元输入电压上升，励磁电流将减小，迫使发电机电压下降，其外特性的下倾度加强。

图2-47正调差接线相量图由图2-47（a）可知，当时，即发电机只带无功负荷时，测量变压器输入的电压为电压、，显然较电压互感器副边电压、的值大，而且其值、随着无功电流的增大而增大。

IUQG-26图2-47正调差接线相量图当时，由图2-47（b）可知，电压、虽然较电压、有变化，但幅值相差不多，故可以近似的认为调差装置不反映有功电流的变化。

27当时，发电机电流均可以分解为有功分量和无功分量。

测量变压器原方电压可以看成是图2-47（a）（b）叠加的结果，由于可以忽略有功分量对调差的影响，故只要计算其中无功电流的影响即可。

对于负调差接线，其极性关系为和负调差接线及矢量图的作法及分析方法与上述大致相同，可以仿照上面的方法画出。

由此可见，改变和可以改变调差系数，正负调差系数可以通过改变调差接线来获得。

d28

（二）发电机调节特性的平移减小无功直至退出：

从特性1到特性3；发电机投入或退出电网运行时，要求能平稳的转移负荷，不要引起对电网的冲击。

图2-48调节特性的平移与机组无功功率的关系投入并增大无功：

从特性3到特性1；29五、自动励磁调节器的辅助控制（11）在超高压电力系统中输电线等级很高，此时，输电线的电容）在超高压电力系统中输电线等级很高，此时，输电线的电容电流也相应增加。

因此，当线路输送功率较小时，线路的容性电流电流也相应增加。

因此，当线路输送功率较小时，线路的容性电流引起的剩余无功功率使系统电压升高，以致超过允许的电压范围引起的剩余无功功率使系统电压升高，以致超过允许的电压范围随着电力系统的发展，发电机容量不断增大。

大容量发电机组对励磁控制提出了更高的要求：

使发电机进相运行吸收剩余无功功率是一个比较经济的办法，但发电机进相运行时，容许吸收的无功功率和发出的有功功率有关，此时发电机最小励磁电流值应限制在发电机静态稳定极限及发电机定子端部发热允许的范围内。

为此，在自动励磁调节器中设置了最小励磁限制。

30这些措施之一是提高晶闸管整流装置电压，使发电机励磁顶值电压大大超过其允许值。

励磁电流过大，超过规定的强励电流会危及发电机的安全，为此，在调节器中必须设置瞬时电流限制器以限制强励顶值电流。

（22）对对大大容容量量发发电电机机组组由由于于系系统统稳稳定定的的要要求求，励励磁磁系系统统应应具具有有高起始的响应特性。

高起始的响应特性。

对励磁调节器这些新功能的要求，由调节器的辅助控制去完成。

辅助控制与励磁调节器正常情况下的自动控制的区别是，辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅在发生非正常运行工况，需要励磁调节器具有某些特有的限制功能时，通过信号综合放大电路中的竞比闭锁正常的电压控制使相应的限制器起控制作用。

31（一一）最最小小励励磁磁限限制制（也也称称之之为为“欠欠励励磁磁限限制制”）发电机欠励时，发电机吸收系统的无功功率，这种运行状态称为进相运行。

励磁调节器中的辅助控制对提高励磁系统的响应速度、提高电力系统稳定及保护发电机、变压器、励磁机等的安全有极为重要的作用。

下面将对自动励磁调节器中常用的几种励磁限制功能作一些简述。

这里以图2-6所示的单机无限大系统为例来讨论电力系统静态稳定极限的问题。

（1）

（1）发电机进相运行时受静态稳定极限的限制发电机进相运行时受静态稳定极限的限制32图2-6单机无穷大母线相量图33从式（2-25）中很明显的看到：

计及外部阻抗时，发电机进相运行静稳定极限的轨迹是一个圆，其圆心在Q轴上，距原点为其半径为，如图2-51所示。

图2-51隐极发电机的安全极限图34

（2）限制发电机在允许进相容量曲线之上，从而防止发电机定子端部过热。

在相同的视在功率和相同的端部冷却条件下，发电机随着功率因数由滞相向进相转移，发电机定子端部漏磁磁密值相应增高，这将引起定子端部元件的损耗发热也趋向严重。

因此，随着发电机进相程度的增大，要维持发电机端部元件的温度不超过允许值，其出力便要相应的降低。

显然，防止定子端部过热，是发电机进相运行深度的一个限制因素。

35图2-44最小励磁限制线在P-Q平面上，绘制出发电机运行容量曲线和临界失步曲线，再在两曲线围定的公共区域内留有适当的裕量，整定一条最小励磁限制线，如图2-44所示。

欠励限制器的任务就是确保在任何情况下，将发电机的功率运行点（P、Q）限制在这条最小励磁限制线之上。

36最小励磁限制举例最小励磁限制举例P（MW）0102030405060708090100110120130140150160170180-Q（Mvar）50474441383532302