电力系统自动化》第三章.ppt

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1、电力系统电力系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理自动装置原理自动装置原理上海交通大学 电气工程系第三章第三章第三章第三章 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发电机励磁系统的任务发电机励磁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发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任

2、务v电压控制电压控制 等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UG IG.xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.G Gj IQ xd.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 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

3、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 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

4、务发电机励磁系统的任务v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 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。1 1改善异步电动机的自启动改善异步电动机的自启动2 2为发电机异步运行创造条件为发电机异步运行创造条件3 3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发电机励磁系统的任务发电机励磁系统的任务水轮发电机强行减磁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

5、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对励磁系统的要求对励磁系统的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，易于维护长期可靠工作长期可靠工作电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理同步发电机励磁系统类型同步发电机励

6、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电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理试试你的发散思维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？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

7、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三相桥式全控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电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三相输入电压波形和控制角起始起点三相输入电压波形和控制角起始起点起始点起始点电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理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调节特性和并联机组间无功分配v励磁控制系统框图 同步发电机励磁

8、功率单元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。励磁系统其他信号电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图 v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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图v励磁调节器基本框图电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器

9、的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图v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K4UGUREFUdeUSMUAVRK调节器的放大倍数电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v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UGUG1UG20IQIQNUG电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v插播问题插播问题1：你认为调差

10、越大，调差的力度越高还是：你认为调差越大，调差的力度越高还是越低呢？越低呢？v插播问题插播问题2：调差系数有可能是负数吗？：调差系数有可能是负数吗？电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v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。UGIQ=0 0UG0电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v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UGIQUM123IQ2IQ1电力

11、系统电力系统自动装置原理自动装置原理并联运行机组间的无功功率分配并联运行机组间的无功功率分配v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 UGIQ =0 0UUUIQ2UGIQUU电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理并联运行机组间的无功功率分配并联运行机组间的无功功率分配v有差调节特性 UGUGUG0IQIQUG0UGNIQIQIQIQN N现在可以回过去讲解励磁系统框图中调差元件的作用了电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理我国励磁调节器的发展及分类我国励磁调节器的发展及分类 机械式机械式机电型机电型磁放大器磁放大器电磁型电磁型电子模拟放大器电子模拟放大器

12、电子型电子型CPU存储逻辑存储逻辑数字型数字型20世纪初1950s1960s1980s电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v数字式励磁调节器的优点 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电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v图为600MW发电机自并励励磁系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v图为300MW三机励磁系统励磁调节器电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理人人机接口机接口调节控制输出调节控制输出励

13、磁调节装置原理励磁调节装置原理基基 本本控控 制制电压调节无功分配辅辅 助助控控 制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等等数字式励磁调节器数字式励磁调节器硬件硬件+软件软件信息采集单元信息采集单元主控制单元主控制单元电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v数字式励磁调节器原理框图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图电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v控制的数学模型 PID模型:离散化为 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原

14、理励磁调节装置原理v控制的数学模型 增量式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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v基本调节方式 算法:v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 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v最小励磁限制功率圆方程如下：电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置

15、原理v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电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节装置原理励磁调节装置原理v励磁调节器的运行励磁调节器的运行对发电机组运行工况的监控对发电机组运行工况的监控 1.增加或减少励磁，增加或减少励磁，调节调节U,Q2.信号显示信号显示3.调节器的可靠性调节器的可靠性:双重化配量双重化配量4.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理内容回顾内容回顾 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.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图v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 0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理励磁调节器的基本特性励磁调节器的基本特性v发电机励磁控制系统静态特性 发电机调节特性