同步发电机励磁自动控制系统

•3
•提高继电保护工作的准确性
发电机励磁系统的任务
•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。
励磁调节装置原理
❖ 励磁调节器的运行
•1. •对发电机组运行工况的监控 •2. •增加或减少励磁， 调节U,Q •3. •信号显示 •4. •调节器的可靠性 :双重化配量
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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
❖ 提高并联运行的稳定性
•c
•a
•b
•最大可能传输的功率极限为
•同步发电机的功角特性
发电机励磁系统的任务
❖ 提高并联运行的稳定性
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
•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
•1
•改善异步电动机的自启 动
•2
•为异步发电机运行创造条件
❖ 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
•功率园方程如下：
❖ 功率园
励磁调节装置原理
•当发电机运行在Q < 0 的部 分时，发电机为进相运行状 态
•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
•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
•UREF •UG •测量K1 •Ude •综合放大K2 •USM •移相触发K3
❖ 发电机无功电流的转移
•UG
•IQ2 •IQ1
•UM •1 •2 •3
•IQ
•3-2-1 •IQ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
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
•UG
•UⅡ •UⅠ •UⅡ’
•Ⅱ’δ< 0 •Ⅰ δ= 0 •Ⅱ δ> 0
•0
•IQN
•无功调节特性
•调差系数越小说明IQ对UG影 •响越小
•IQ
励磁调节器的基本特性
❖ 励磁控制系统静态特性
•UG
•δ< 0
•UG0
•δ= 0
•δ> 0
•IQ
•调差系数存在的意义: •①能平稳地改变无功负 荷，不致发生无功功率的 冲击；
•②保证并联运行的发电 机组间无功功率的合理分 配。
励磁调节器的基本特性
励磁调节装置原理
•基 本 •控 制
•电压调节 •无功分配
•数字式励磁调节器
•主控制单元 •信息采集单元 •调节控制输出
•人—机接口
•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
•硬件+软件
励磁调节装置原理
❖ 数字式励磁调节器原理框图
•.
•. •.
•U •j IQ xd
G
•相量图
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
•G •.
•IG
发电机励磁系统的任务
❖ 控制无功功率的分配
•三相桥式 •全控
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
•自动
•励磁功率单元
•励磁调节器
•其他信号
•手动
•励磁系统
•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。
励磁调节器的基本特性与框图
❖ 比例式励磁调节器
同步发电机励磁自动控制系 统
发电机励磁系统的任务
•电
•无
•提
•强
•强
压
功
高
行
行
控
分
稳
励
减
制
配
定
磁
磁
发电机励磁系统的任务
❖ 电压控制
•GEW
•.
•IEF
•.
•UEF
•. •.
•UG
•G IG
•等值电路
•.
•xd •IG
•.
•.
•E
•U
q
G
•. •δG
•φ
•IP
•. •.
•IQ •IG
•.
•E
q•φ
2 无差+无差
•UG
•UⅠ
•Ⅰ
•UⅡ
•Ⅱ
•IQ2
•IQ
•有困难
•无法稳定
•IQ
•不能并联运行
并联运行机组间的无功功率分配
❖ 有差调节特性
•UG
•UG0 •UGⅠ •UGⅡ •UGN
•Ⅰ
•Ⅱ
•0
•IQⅠ •IQⅡ•I’QⅡ •I’QⅠ •IQN
•IQ
我国励磁调节器的发展及分类
•20世纪初
•1950s’
•UAVR •可控整流K4
•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
•K——调节器的放大倍数
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
•UAVR
•UAVR
•b
•调节器放大系数K与组成调 •节器的各单元增益的关系为
•0 •Ude
•0 •USM •Ude
•0
•USM •0
•a
•UG
•UREF
•UG
•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
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
励磁调节器的基本特性
❖ 励磁控制系统静态特性
•UG
•UG1 •UG2
•ΔUG
•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:
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 •结构简单，易于维护 •足够的阻尼能力
•高度的可靠 性
•快速性
同步发电机励磁系统类型
•励 磁 系 统
•直流励 磁机
•交流励 磁机
•静止励 磁
励磁系统的整流电路
•整 流 电 路
•三相桥 式不可控
•三相桥 式半控
•1960s’
•1980s’
励磁调节装置原理
❖ 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
❖ 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