同步发电机励磁自动调节.ppt

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第二章第二章第二章第二章同步发电机同步发电机同步发电机同步发电机励磁自动控制系统励磁自动控制系统励磁自动控制系统励磁自动控制系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理总总述述励磁系统的任务励磁系统的类型励磁系统的整流电路并联机组间无功分配励磁装置的原理电力系统电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理自动装置原理一、同步发电机励磁控制系统的任务一、同步发电机励磁控制系统的任务电电压压控控制制无无功功分分配配提提高高稳稳定定强强行行励励磁磁强强行行减减磁磁电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一一发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v

（一）电压控制

（一）电压控制等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UGIG.xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.jIGxd.Eq.GGjIQxd.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v电压控制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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理GIEFUGIGEqIGUGIEF1UGUG2UGeIQIEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v

（二）控制无功功率的分配设单机无穷大系统：

GIG.UG=常数常数.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v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。

电力系统电力系统自动装置原理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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v提高并联运行的稳定性1励磁对静态稳定的影响发电机的输出功率为电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v提高并联运行的稳定性abc同步发电机的功角特性最大可能传输的功率极限为最大可能传输的功率极限为电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v提高并联运行的稳定性2励磁对暂态稳定的影响发电机的暂态稳定等面积法则电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务v（四）强行励磁以改善电力系统运行条件11改善异步电动机的自启动改善异步电动机的自启动22为异步发电机运行创造条件为异步发电机运行创造条件33提高继电保护工作的准确性提高继电保护工作的准确性电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理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（%）电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务（五）水轮发电机强行减磁（五）水轮发电机强行减磁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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理二、对励磁系统的基本要求二、对励磁系统的基本要求维持电压水平和无功的合理分配维持电压水平和无功的合理分配控制能力和调节范围控制能力和调节范围快速反应能力快速反应能力高度的可靠性高度的可靠性高度的可靠性高度的可靠性快速性快速性快速性快速性结构简单，易于维护结构简单，易于维护足够的阻尼能力足够的阻尼能力电力系统电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理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；静差率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电力系统自动装置原理自动装置原理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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第二节第二节同步发电机励磁系统类型同步发电机励磁系统类型励励励励磁磁磁磁系系系系统统统统直流励磁直流励磁直流励磁直流励磁机机机机交流励磁交流励磁交流励磁交流励磁机机机机静止励静止励静止励静止励磁磁磁磁电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第二节同步发电机励磁系统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）电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一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电力系统自动装置原理自动装置原理=G励磁调节器IAVRIEEIRIE1自励直流励磁机励磁系统DER电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理2他励直流励磁机励磁系统G励磁调节器IEEIR=IE=IAVRPEDE电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理二、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v他励交流励磁机静止整流器励磁系统v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电力系统自动装置原理自动装置原理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电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理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电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理1自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统GAVR滑环自动恒压元件电压起励元件VSAE起励电源电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理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起励电源电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三静止励磁系统（发电机自并励系统）G励磁调节器滑环电压起励元件VS起励电源电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁系统的整流电路励磁系统的整流电路整整整整流流流流电电电电路路路路三相桥式三相桥式三相桥式三相桥式不可控不可控不可控不可控三相桥式三相桥式三相桥式三相桥式半控半控半控半控三相桥式三相桥式三相桥式三相桥式全控全控全控全控电力系统电力系统自动装置原理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电力系统自动装置原理自动装置原理+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2三相桥式不可控整流电路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1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。

电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理2输出电压电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V三相桥式半控整流电路1工作原理电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理eaecebteugabacbcbacacbabacbc161232345456161232tut脉冲控制角=0135电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=30euguLttt电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=60uguLttet电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=120uguLttet电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=180uguLttet电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理2输出电压与控制角关系电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理3失控现象和续流二极管的作用uguLttett3t4t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+（-）-（+）电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三相桥式全控整流电路ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L电力系统电力系统自动装置原理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