电力系统自动化第三版 ppt课件
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EA 2NCf
励磁绕组通入直流电，产生磁场， 当原动机拖动电机转子旋转时，磁 场与定子绕组有相对运动，会在定 子绕组感应出交流电势，即定子三 相绕组会产生三相交流电势。
2020/12/27
2
一、自动励磁调节系统的概念和构
成
励磁系统：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及 在必要时使其电压消失的有关设备和电路。励磁系统 一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成
•
IG
图2-6 单机向无穷大母线送电 (a) 接线图；(b) 等值网络；(c) 相量图
•
x j I G1 d
•
x j I G d
•
•
IQ
IG
•
I Q 1 I• G 1 B '
(b) 相量图
K1
图2-4 同步发电机与无限大母线并联运行
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12
由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它 的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无 限大母线，母线的电压将随着负荷波动而改变。
IQIQ 1IQ2
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通常我们希望发电机间无功电流应按机组容量的 大小进行比例分配，大容量的机组担负的无功增 量应相应地大，小容量的机组增量应该相应地小。
只要并联机组的“UG — IQ*” 特性完全一致（IQ*为 机组无功电流与其无功电流额定值的比值），就 能使得无功负荷在并联机组间进行比例分配。
IGco sk1
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不考虑定子电阻和凸极效应，发电机功率还可表示为
PG EqUGsin C
Xd
（2-4）
当励磁电流改变时
EqsinK2
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IGcosk1
EqsinK2
•
•
•
A
E q2
Eq
A E q 1
'
•
K 2
IQ2
B
•
IP
•
IG2
'
•
x jI G2 d • UU• GG UU•
由（2-2）式可以看出，同步发电机的外特性必然是下降 的。当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下 降。
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8
UG
U Ge U G2
I EF2 I EF 1
o
I Q1
I Q2
IQ
图2-3 同步发电机的外特性
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。
当系统发生故障时
◦ 迅速增大励磁电流，可以改善电网的电压水平及稳定性。
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4
同步发电机两种不同的运行方式：
单机运行方式：
U
G
IG
P+jQ
特点：机端电压随发电机电流的变化而变化。
与无穷大系统并联方式
U=常数
G
IG
特点：机端电压不随发电机电流的变化而变化。
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5
控制电压
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9
控制无功功率分配
1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题
为了分析简便，设同步发电机与无穷大母线并联运行，即 发电机的端电压不随负荷大小而变化，是一个恒定的值。
U=常数
G
IG
如果发电机的有功功率恒定，即
P G U G IG c o s C （2-3）
当励磁电流改变时，
励磁电流直接影响的是E q 。励磁自动控制系统是通 过改变励磁电流从而改变 E q 值来改善系统稳定性的。
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16
励磁对静态稳定的影响
G
升压变压器
•
Eq
输电线
(a)
X X •
d UG
T
(b)
降压变压器
系统
•
U
d
G
•
U
q
•
U
(c)
•
Eq
•
x j I G d
•
UG
•
x j I G T
•
xd
IG
•
•
Eq
UG
（b）等值电路
空载电势和机端电压的关系：
EqU GjIGXd
式中， X d —— 发电机直轴电抗。
（2-1）
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G
IP
j IG xd
•
Eq
jIP xd
•
UG
jIQ xd
•
(c) 矢量图
IQ
•
IG
图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系
发电机感应电动势 E q 与端电压U G 的幅值关系为
励磁功 率单元
电
G
力
系
发电机
统
励磁调节器
输入信息
图2-1 励磁控制系统结构框图
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3
励磁自动控制系统的作用
空载电势
◦ 发电机空载电势决定于励磁电流，改变励磁电流就可影响 同步发电机在电力系统中的运行特性;
电力系统在正常运行时
◦ 可以通过控制励磁电流来控制电网的电压水平和并联运行 机组间无功功率的分配;
改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电 压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的 无功功率。
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并联运行各发电机间无功功率的分
配
➢ 并联各发电机间无功电流的分配取决于各发电机的外特性，而上倾的 和多于一条水平的外特性都不能起到稳定分配无功电流的作用。
图2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配
E q co G s U G IQ X d
式中 G — E q 与 U G 间的相角，即发电机的功率角； I Q —发电机的无功电流。
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一般 G 很小，可近似认为 cosG1，可得简化的运算式为
EqU GIQXd
（2-2）
（2-2）式说明，负荷的无功电流是造成 E q 和 U G 幅值 差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也 越大。
要作到这一点，单纯地想把参加并联运行的大小 发电机组都做成相同的“UG — IQ*” 特性是很难实 现的，甚至是不可能的，但是自动调压器却可以 相当容易地作到这一点。
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15
提高稳定性
系统在扰动后，系统能够恢复到原来的运行状态或者 过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。
通常将电力系统的稳定性问题分为三类：静态稳定 （Steady State Stability）、和暂态稳定（Transient Stability）和动态稳定（Dynamic Stability）。
第二章 同步发电机励磁自 动控制系统
概述
2020Βιβλιοθήκη Baidu12/27
1
发电机原理
An electric generator or electric motor that uses field coils rather than permanent magnets requires a current to be present in the field coils for the device to be able to work. (from Wiki)
励磁绕组通入直流电，产生磁场， 当原动机拖动电机转子旋转时，磁 场与定子绕组有相对运动，会在定 子绕组感应出交流电势，即定子三 相绕组会产生三相交流电势。
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一、自动励磁调节系统的概念和构
成
励磁系统：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及 在必要时使其电压消失的有关设备和电路。励磁系统 一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成
•
IG
图2-6 单机向无穷大母线送电 (a) 接线图；(b) 等值网络；(c) 相量图
•
x j I G1 d
•
x j I G d
•
•
IQ
IG
•
I Q 1 I• G 1 B '
(b) 相量图
K1
图2-4 同步发电机与无限大母线并联运行
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12
由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它 的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无 限大母线，母线的电压将随着负荷波动而改变。
IQIQ 1IQ2
2020/12/27
14
通常我们希望发电机间无功电流应按机组容量的 大小进行比例分配，大容量的机组担负的无功增 量应相应地大，小容量的机组增量应该相应地小。
只要并联机组的“UG — IQ*” 特性完全一致（IQ*为 机组无功电流与其无功电流额定值的比值），就 能使得无功负荷在并联机组间进行比例分配。
IGco sk1
2020/12/27
10
不考虑定子电阻和凸极效应，发电机功率还可表示为
PG EqUGsin C
Xd
（2-4）
当励磁电流改变时
EqsinK2
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11
IGcosk1
EqsinK2
•
•
•
A
E q2
Eq
A E q 1
'
•
K 2
IQ2
B
•
IP
•
IG2
'
•
x jI G2 d • UU• GG UU•
由（2-2）式可以看出，同步发电机的外特性必然是下降 的。当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下 降。
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8
UG
U Ge U G2
I EF2 I EF 1
o
I Q1
I Q2
IQ
图2-3 同步发电机的外特性
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。
当系统发生故障时
◦ 迅速增大励磁电流，可以改善电网的电压水平及稳定性。
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4
同步发电机两种不同的运行方式：
单机运行方式：
U
G
IG
P+jQ
特点：机端电压随发电机电流的变化而变化。
与无穷大系统并联方式
U=常数
G
IG
特点：机端电压不随发电机电流的变化而变化。
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5
控制电压
2020/12/27
9
控制无功功率分配
1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题
为了分析简便，设同步发电机与无穷大母线并联运行，即 发电机的端电压不随负荷大小而变化，是一个恒定的值。
U=常数
G
IG
如果发电机的有功功率恒定，即
P G U G IG c o s C （2-3）
当励磁电流改变时，
励磁电流直接影响的是E q 。励磁自动控制系统是通 过改变励磁电流从而改变 E q 值来改善系统稳定性的。
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励磁对静态稳定的影响
G
升压变压器
•
Eq
输电线
(a)
X X •
d UG
T
(b)
降压变压器
系统
•
U
d
G
•
U
q
•
U
(c)
•
Eq
•
x j I G d
•
UG
•
x j I G T
•
xd
IG
•
•
Eq
UG
（b）等值电路
空载电势和机端电压的关系：
EqU GjIGXd
式中， X d —— 发电机直轴电抗。
（2-1）
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6
G
IP
j IG xd
•
Eq
jIP xd
•
UG
jIQ xd
•
(c) 矢量图
IQ
•
IG
图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系
发电机感应电动势 E q 与端电压U G 的幅值关系为
励磁功 率单元
电
G
力
系
发电机
统
励磁调节器
输入信息
图2-1 励磁控制系统结构框图
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3
励磁自动控制系统的作用
空载电势
◦ 发电机空载电势决定于励磁电流，改变励磁电流就可影响 同步发电机在电力系统中的运行特性;
电力系统在正常运行时
◦ 可以通过控制励磁电流来控制电网的电压水平和并联运行 机组间无功功率的分配;
改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电 压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的 无功功率。
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并联运行各发电机间无功功率的分
配
➢ 并联各发电机间无功电流的分配取决于各发电机的外特性，而上倾的 和多于一条水平的外特性都不能起到稳定分配无功电流的作用。
图2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配
E q co G s U G IQ X d
式中 G — E q 与 U G 间的相角，即发电机的功率角； I Q —发电机的无功电流。
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一般 G 很小，可近似认为 cosG1，可得简化的运算式为
EqU GIQXd
（2-2）
（2-2）式说明，负荷的无功电流是造成 E q 和 U G 幅值 差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也 越大。
要作到这一点，单纯地想把参加并联运行的大小 发电机组都做成相同的“UG — IQ*” 特性是很难实 现的，甚至是不可能的，但是自动调压器却可以 相当容易地作到这一点。
2020/12/27
15
提高稳定性
系统在扰动后，系统能够恢复到原来的运行状态或者 过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。
通常将电力系统的稳定性问题分为三类：静态稳定 （Steady State Stability）、和暂态稳定（Transient Stability）和动态稳定（Dynamic Stability）。
第二章 同步发电机励磁自 动控制系统
概述
2020Βιβλιοθήκη Baidu12/27
1
发电机原理
An electric generator or electric motor that uses field coils rather than permanent magnets requires a current to be present in the field coils for the device to be able to work. (from Wiki)