第二章同步发电机励磁自动控制系统_电力系统自动化

两台发电机正调差特性
2、一台无差特性发电机与正调差特性发电机的并联运行
无功负荷变化时，第二台发电机的无功 电流I2G.Q保持不变，而第一台发电机承 担全部无功负荷的变动。
一台无差特性的发电机可以与一台或多 台正调差特性发电机组并联运行。
对于两台无差特性的发电机，是不能在 同一母线上并联运行的。
一台无差特性与一台正调差特性 发电机的并联运行
U (
Q G1 K adj 1

QG2 K adj 2
) /( Q G 1 Q G 2 )
= U /
Q1 Q 2 Q G1 K
adj 1

QG2 K
adj 2
U

/K
adj
等值调差系数为
K
adj
(
Q1 Q 2 Q G1 K
adj 1

QG2 K
励磁调节器
50Hz发电机
（2）特点
• 优点：响应速度快（相对DC）； 容量较大（相对DC） • 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护
（3）应用
• 中等容量机组（ 100MW ~300MW ） • 我国旧型机组
2 无刷励磁系统
(1) 原理
副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转 主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止 发电机： 电枢静止，磁极（励磁）旋转
（一）灭磁定义及对灭磁要求
定义 使发电机励磁绕组的磁场尽快地减弱到最低程度。
对灭磁要求：1）灭磁时间要短； 2）灭磁过程中励磁绕组的电压不应超过允许值。
（二）灭磁方法 1、励磁绕组对常数电阻放电灭磁 在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所储存的能 量转变为热能而消耗掉。
正常运行时SD的动合触头闭合。灭磁时，灭磁开关跳闸，SD的动断触头先 闭合，使励磁绕组接入灭磁电阻，而后动合触头再断开，从而防止励磁绕组 接入灭磁电阻时由于发生开路在灭磁过程中产生过电压。
2‘
1’
U
4 2 3 1
0
IG· Q
2.2 同步发电机励磁系统
• 直流励磁机励磁系统（旋转励磁） • 交流励磁机励磁系统（旋转励磁） • 发电机自并励系统（静止励磁系统）
一、直流励磁机励磁系统
1 原理
REE IEF IEE E IEF
IEE
G
UEF
G
UEF
自励：
REE → IEE → UEF 励磁机→发电机
一号机组的无功负荷增加3.56M var，二号机组的无功负荷增加5.73M var。 调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。
三、经升压变压器后发电机组的并联运行
接线图
外特性
则对并联点的高压母线Usys:
Usys=U1G －I1G.QXT1 Usys=U2G －I2G.QXT2
负调差特性可补偿 变压器阻抗上的压降
副励
主励
交流发电机
~
~
~
励磁调节器
（2）特点
• 优点：维护工作量少； 可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长 • 缺点：响应速度慢 不能直接灭磁 对机械性能要求高
因为没有滑 动器件
（3）应用
• 大容量机组（ 600MW ）
三、静止励磁系统
1 原理
交流发电机
~
起励电源
励磁调节器
2 特点
• 优点：维护工作量少； 因为没有转 动励磁 可靠性高 主轴长度短，基建投资少 电压响应速度快 过电压低 • 缺点：发电机近端短路时，缺乏足够的强励能力 继电保护的动作会受一定影响
一、对励磁调节器静特性调整的基本要求及组成：
1．基本要求 1）保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移 无功负荷，不要引起对电网的冲击； 2）保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。 2．组成：电压整定和调差单元
（三）强励指标
1．强励倍数KHSE 强励时，实际能达到的励磁最高电压UEmax与额定励磁 电压UE.N的比值 KHSE值愈大，强励效果愈好 2．励磁电压响应比： 反映励磁响应速度的大小，表示励磁电压的响应能力。
二、同步发电机灭磁
发电机或发电机—变压器组内部发生故障时在继电保护动作将 发电机断路器跳开的同时，还应迅速灭磁。
继电器强励系统接线原理图 1）防止励磁机的过电压， ROV强励动作后仍保留；
2）为防止TV二次恻熔断器熔断时造 成的误强励，KM1、KM2分别由 KVU1和KVU2启动且触点相串联再 起动KM； 3）为保证G在起动时或事故跳闸后灭 磁过程中，强励装置不发生误动，串 入发电机主开关QF的辅助触点和自动 灭磁开关SD的辅助触点及逆变灭磁继 电器K动断触点闭锁。 4）为使强励装置动作后有关励磁设备 不致过热，一般考虑强励时间为20s左右
例3-1 某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额 定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功 率因数都是0.85，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功 功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组承担的无功负荷增 量是多少？母线上的电压波动是多少？
解：
wenku.baidu.com
一号机额定无功功率为
adj 2
)
15 . 49 30 . 99 15 . 49 0 . 04 30 . 99 0 . 05
0 . 046
母线电压波动为
U K adj Q 0 . 046 0 . 2 0 . 0092
各机组的无功增量
Q 1 U / K adj 1 0 . 0092 / 0 . 04 0 . 23
3 应用
• 大容量机组（ 600MW ） • 水轮机组
2.3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁
• 基本内容 掌握强励、灭磁的定义及作用，分析继电 强励接线及工作原理；比较灭磁的三种方法 • 学习重点 强励、灭磁的定义及作用
一、同步发电机继电强行励磁
（一）强励的定义及作用： 定义：电力系统短路故障时，为提高电力系统的稳定性迅速将发电机 励磁增加到最大值。
第2章 同步发电机励磁自动控制系统
2.1 概述
基本知识点


励磁自动控制系统的组成 励磁自动控制系统的基本任务 电压调节 无功分配 提高发电机运行稳定性 提高电力系统运行性能 励磁系统的要求
一、同步发电机励磁自动控制系统
同步发电机 励磁调节器 励磁系统 励磁功率单元
2．参数整定
低电压继电器：返回电压Ur :Ur<UN或Ur=UN/Krel 动作电压: Uact=（80%~85%）UN
3．接线原则 1）.继电强励装置，应分别接入不同名的相间电压上 2）.继电强行励磁装置所接相别，应优先选择某些类型的相间短路 情况下，AER不能保证的强行励磁 3）.采用正序电压或复合电压起动的继电强行励磁装置。 4）.电压互感器一次或二次侧发生断线故障时，继电强行励磁装置 不应误动作。 5.）当备用励磁机代替工作励磁机时，继电强行励磁装置应切换到 备用励磁机上。
3、全控整流桥的逆变灭磁
控制角α在90°～150°范围内整流桥处于逆变运行状态。 转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反 送到交流电源，使转子磁场能量不断减少，这样就达到了 灭磁 .
小结
发电机的灭磁实际上是将励磁绕组储存的能量消耗 掉。采用常数电阻灭磁时，储能转变为热能，消耗在该 电阻上；采用非线性电阻（灭弧栅）灭磁时，储能转变 为电弧消耗在灭弧栅中；采用整流桥逆变灭磁时，储能 馈送给励磁电源。
E q2
E q1


IQ 1
IG 1
U G
j IG 2 x d

j IG 1 x d
I P 1
I G cos 常数 K 1
E q sin 常数 K 2
二、机端直接并联的发电机组运行
1、两台正调差特性发电机的并联运行
无功电流增加:I1G.Q、I2G.Q↑→ 调节器 感受电压U‘G↑（因正调差单元）→ 调节器的输出↓→发电机励磁↓→ I1G.Q、I2G.Q↓ 无功电流引起扰动时，正调差特性发电 机可维持无功电流的稳定分配，能稳定 电力系统运行，并保持并联点母线电压 在整定水平。 两台正调差特性的发电机在机端直接 并联运行时，当系统无功负荷波动时， 其电压偏差相同，调差系数较小的发 电机承担较多的无功电流增量。因此 容量大调差系数小。
-
-
-
-
---
例3-2 在例3-1中，若一号机的调差系数为0.04，二号机调差系数仍 为0.05。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加20%， 问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？ 解：首先应求出公共母线上等值机的调差系数，为此推导如下：
Q
Q 1 Q G 1 Q 2 Q G 2 Q G1 Q G 2
他励：
REE → IEE → UEF 副励→主励→发电机
2特点
• 优点：控制方便 • 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护
3应用
• 中小容量机组（≤100MW） • 旧型机组
二、交流励磁机励磁系统
1 他励交流励磁机励磁系统
副励
主励
（1）原理
交流发电机
~
起励电源
~
~
自励恒压 调节器 500Hz副励磁机 100Hz主励磁机
U E max I E 0 e

t

t0

U E0Rm RL

LL RL Rm
Rm增大时， 减小；但EU·max增大
2、励磁绕组对非线性电阻放电
1）理想灭磁条件： 2）快速灭磁开关
电流在相当大范围内变化 时，两端电压保持不变 .
灭磁过程中，磁场电流就 以等速衰减，直到为零
复习与作业
• • • • 1.何谓强励？说明比例型励磁调节器和补偿型励磁调节器 如何实现强励作用？各自的强励效果如何？ 2.强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？ 3.继电强行励磁装置在实施接线时应注意哪些原则？ 4.何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么，并加以比较。
2.4励磁调节器原理
Q 1 Q 1 Q G 1 0 . 23 15 . 49 3 . 56 (Mvar)
Q 2 U / K adj 2 0 . 0092 / 0 . 05 0 . 185
Q 2 Q 2 Q G 2 0 . 185 30 . 99 5 . 73 (Mvar)
QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)
二号机额定无功功率为 QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar) 因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数Kadj 也为0.05。因此母线电压波动为 ΔU*= Kadj∑ ΔQ ∑*= 0.05×0.2= 0.01 各机组无功负荷波动量: ΔQ1*= ΔU* / Kadj= ( 0.01 / 0.05)=0.02 ΔQ1= ΔQ1*QG1=0.02×15.49=3.10(Mvar) ΔQ2*= ΔU* / Kadj= ( 0.01 / 0.05)=0.02 ΔQ2= ΔQ2*QG2=0.02×30.99=6.20(Mvar) 一号机组无功负荷增加3.10M var, 二号机组的无功负增加6.20M var。因为 调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。
作用：有利于电力系统的稳定运行；有助于继电保护的正确动作；有 助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间；并有 助于用户电动机的自起动过程。 （二） 继电强励装置（AEI）
1．接线及工作原理 当系统故障，机端电压降低到80%~85%额定值时，低电压继电器 的动作，通过KM1、KM2启动接触器KM，通过KM的触头将R1、Rm 短接，励磁机的端电压迅速上升到顶值，起到强励作用。
3、一台负调差特性发电机与一台正调差特性发电机的并联运行
I1G.Q↑→调节器感受电压U'1G↓ （因负调差关系）→调节器的输出↑ →发电机励磁↑→I1G.Q↑↑
所以具有负调差特性的发电机不能 参与机端直接并联运行。
负调差特性的发电机并联运行
4、发电机并联运行时无功负荷分配的计算
发电机无功电流波动量的标幺值IGQ*相等，这就要求在公共母线 上并联运行的发电机具有相同的调差系数。
1 系统组成
励磁功率单元
同步发电机
系统
励磁调节器
2 同步发电机感应电动势及励磁电流
E q U G j IG X d Eq
G

I Q
UG
j IG x d
j IQ x d

j I P x d
I P I G
IG x d
3 同步发电机与无限大系统并联运行相量图