南瑞励磁系统基本原理及控制分类介绍

LF LQ
Rc
L
F
CT
PT LLQ
自动励磁调节器
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励磁控制基本原理及系统分类介绍
二、励磁控制系统分类与配置
自并激励磁系统的基本配置
自并激静止励磁系统主要由励磁变压器、 可控硅整流桥、自动励磁调节器及起励装置、 转子过电压保护与灭磁装置等组成。
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励磁控制基本原理及系统分类介绍
一、பைடு நூலகம்磁控制系统的主要任务
2）励磁控制系统对暂态稳定的影响
EqUs Pm X
XΣ =Xd+XT+Xe/2
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一、励磁控制系统的主要任务
2）励磁控制系统对暂态稳定的影响

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三、励磁控制系统的调节和控制
UG
+
UF
Kp+Ki/S+Kd*S
G(S)
-
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三、励磁控制系统的调节和控制
1.2 串联PID调节： 在模拟电路控制中无法采用理想PID控制，而代之以下 述串联式 PID。
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二、励磁控制系统分类与配置
FLQ ACL F CT
PT
自动恒 压装置
自动励磁 调节器
（两机它励励磁系统）
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二、励磁控制系统分类与配置
FLQ ACL F ZB CT
PT
自动励磁调节器
PT 自动恒 压装置 自动励磁调节器
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二、励磁控制系统分类与配置
1）它励交流励磁机系统（三机它励励磁系统） 交 流 主 励 磁 机 （ ACL ） 和 交 流 副 励 磁 机 （ACFL）都与发电机同轴。副励磁机是自励式 的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后 供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称 三机它励励磁系统。
Kp[ E ( S ) 1 1 E ( S ) Td E ( S ) S ] Ti S
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三、励磁控制系统的调节和控制
对于计算机控制,必须将上式离散化,用差分方程代替微分方程。 采用梯形积分来逼近积分,采用后向差分来逼近微分,可得PID数字控 制算法: 离散系统全量式差分方程为：
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二、励磁控制系统分类与配置
直流侧并联的自复激方式，在我国一些中、 小型汽轮发电机和水轮发电机上采用较早，有 一定的运行经验，但未得到推广。因为在系统 中短路时，复励部分与自并励部分协调配合较 差，此外，励磁变流器副方尖峰过电压问题也 比较严重。
Y ( KT ) Kp e( KT ) Ki e( JT ) T
J 0 K
Kd [e( KT ) e( KT T )] T
T K Td Kp[e( KT ) e( JT ) [e( KT ) e( KT T )] Ti J 0 T
（两机一变励磁系统）
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二、励磁控制系统分类与配置
3）无刷励磁系统
FLQ ACL F CT
PT PMG kz 自动励磁 调节器
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二、励磁控制系统分类与配置
2、静止励磁系统 1）自并励励磁系统
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二、励磁控制系统分类与配置
2）自励交流励磁机系统 交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子 回路提供励磁电流；自动励磁调节器控制可控硅， 调整其输出电流。称为两机它励励磁系统。 励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源 由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励 磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励磁 机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整 流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。
曲线2表示切除短路故障线路后的功率特性曲线。 由于线路阻抗由Xe/2增加到Xe,使功率特性曲线的幅值减小, 其中X’Σ =Xd+XT+Xe。 曲线3表示故障中的功率特性曲线。
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一、励磁控制系统的主要任务
2）励磁控制系统对暂态稳定的影响
p e' 1 e p a d g f 3 c b h f' 2 h'
U
U
F
FM
K 0 K 0 K 0
Q
C
0
Q
L
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一、励磁控制系统的主要任务
3、提高电力系统的稳定性 1）励磁控制系统对静态稳定的影响
EqUs P Sin Eq Xd
式中Eq一发电机内电势; Us一受端电网电压; XdΣ 一发电机与电网间的总电抗。
1、维持发电机或其他控制点的电压在给定水平 1）保证电力系统运行设备的安全。 2）保证发电机运行的经济性。 3）提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统 定的要求在许多方面是一致的。
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一、励磁控制系统的主要任务
2、控制并联运行机组无功功率合理分配
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三、励磁控制系统的调节和控制
G(dB) GAIN
Kp
ω
(rad/s)
PID滤波器的幅频特性 G(dB) GAIN
Kp
ω
(rad/s)
PI滤波器的幅频特性
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三、励磁控制系统的调节和控制
o
δ 1
δ 2
δ M
δ M’
δ
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一、励磁控制系统的主要任务
2）励磁控制系统对暂态稳定的影响 提高暂态稳定性的方法：减小加速面积或增大减速面积。 即加快故障切除时间,或在提高励磁系统励磁电压响应比 的同时,提高强行励磁电压倍数。
正常时,发电机的工作点在功率特性曲线1的a处；当发生短路事故 时,相应功率特性曲线为曲线3。若此时提供强行励磁以迅速提高发 电机内电势Eq,使功率特性曲线由bc段增加到bc‘段,由此在故障切除 前减少了加速面积 (由abcd减少到abc’d)。在δ =δ c故障切除后亦 能增加减速面积(由曲线2的dehg增加到de’h’g)。 如面积de‘h’g等于 面积def’f,则可使转子功角最大值由δ m’降到δ m,明显地提高了暂态 稳定性。励磁顶值电压越高,电压响应比越快,励磁调节对改善暂态 稳定的效果越明显。
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一、励磁控制系统的主要任务
3）励磁控制系统对动态稳定的影响 励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力 系统机电振荡阻尼变弱(甚至变负)的最重要的原因之一。 解决电压调节精度和动态稳定性之间矛盾的有效措 施，是在励磁控制系统中增加其它控制信号。这种控制 信号可以提供正的阻尼作用，使整个励磁控制系统提供 的阻尼是正的，而使提高动态稳定极限的水平。
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一、励磁控制系统的主要任务
1）励磁控制系统对静态稳定的影响
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一、励磁控制系统的主要任务
1）励磁控制系统对静态稳定的影响 励磁系统的电压放大倍数Kou与励磁系统的时间常数 Te以及转子功角δ 间具有图中所示关系。 在同一转子功角下,随时间常数Te增加,为保证发电 机稳定运行所允许的电压放大系数增加;在同一时间常数 Te下,随转子功角δ 的增加所允许的电压放大系数减少。
KZ FLQ F CT
PT
ZB
自动励磁 调节器
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二、励磁控制系统分类与配置
2) 直流侧叠加的自复激方式
在 自 并 励 的 基础上加一台与发电机定子回路串 联的励磁变压器，后者另供给一套硅整流装置，二者 在直流侧叠加，则构成直流侧叠加的自励方式。叠加 方式分为电流叠加（直流侧并联）和电压叠加（直流 侧串联）两种方式。
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二、励磁控制系统分类与配置
3）交流侧电压叠加的自复激励磁系统
GLH FLQ F Z B
GZ
X
交流侧并联的自复激励磁系统
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二、励磁控制系统分类与配置
3）交流侧电压叠加的自复激励磁系统
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南瑞集团公司电气控制分公司
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一、励磁控制系统的主要任务
二、励磁控制系统分类与配置 三、励磁控制系统的调节和控制
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一、励磁控制系统的主要任务
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一、励磁控制系统的主要任务
4、保护发电机及其相关设备
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二、励磁控制系统分类与配置
1、交流励磁机系统 1）它励交流励磁机系统（三机它励励磁系统）
FLQ ACFL ACL F CT
离散系统增量式差分方程为：
Y ( KT ) Kp e( KT ) Ki e( KT ) T Kd [e( KT ) e( KT T )] T
Kp e( KT )
T Td e( KT ) [e( KT ) e( KT T )] Ti T
三、励磁控制系统的调节和控制
1、PID调节及其算法 按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器, 是连续系统控制中技术成熟、应用最为广泛的一种调节 器。 比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对 稳定性降低，而且不能消除稳态误差； 积分调节可以消除稳态误差； 微分调节可以提高控制系统的稳定性，相应可以增 加比例调节放大倍数。
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二、励磁控制系统分类与配置
1) 自励直流励磁机系统
FMK * L FLQ F CT
PT Rc LLQ
自动励磁调节器
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二、励磁控制系统分类与配置
2) 它励直流励磁机系统
LMK * FMK * FLQ
励磁控制基本原理及系统分类介绍
励磁变压器 转子电流CT
仪用PT 机端 电压 励磁PT 机端 电压
同 步 电 压 同 步 电 压
初励控制部分
AC380V
定子CT
定子 电流
FWL/B型静止励磁系统接线原理及分部组成
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湛江奥里油600MW汽轮发电机励磁系统图
励磁控制基本原理及系统分类介绍
1.1 并联PID调节：(理想PID调节) 输入输出之间微分方程为：
Y (t ) Kp e(t ) Ki e(t )dt Kd
de (t ) 0 dt t 1 de (t ) Kp[e(t ) e(t )dt Td ] 0 Ti dt
t
Kp -一-比例系数用于提高控制系统的响应速度,以减少静态偏差; Ti 一一积分时间常数用于消除静态误差; Td 一一微分时间常数用于改善系统的动态性能。 连续系统传递函数为： 1 Y ( S ) Kp E ( S ) Ki E ( S ) Kd E ( S ) S S
FLQ KZ PT Z B GLH F CT
自动励磁调节器
交流侧串联的自复激励磁系统
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励磁控制基本原理及系统分类介绍
二、励磁控制系统分类与配置
3、直流励磁机系统
用专门的直流发电机向同步发电机转子回路提供励 磁电流的系统称为直流励磁机系统。其中的直流发电 机被称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴。 直流励磁机系统又分为自励与它励两种方式。