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电力系统自动化AutomationofPowerSystem,杭州电子科技大学自动化学院,第一节概述,基本知识点一、同步发电机励磁自动控制系统的组成二、励磁控制系统的基本任务三、励磁系统的任务与要求,一、同步发电机励磁自动控制系统组成,一、同步发电机励磁自动控制系统组成,二、励磁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,1电压调节,（1）基本关系,,,（2）外特性①表达式,,②曲线AEq1.05，xd0.1，δ0；BEq1.05，xd0.1，δ20；CEq1.05，xd0.1，δ[0,2]；,（3）励磁电流对电压的控制,IEF→Eq→UG励磁电流可以改变机端电压，通过调节励磁电流维持机端电压恒定,2无功功率的分配,（1）发电机与无穷大系统母线并联①向量图②解析式,,,③IEF对无功功率的控制,,,（2）并联运行的发电机间的无功功率分配,①无励磁调节,,（2）并联运行的发电机间的无功功率分配,②有励磁调节,,,3提高同步发电机并联运行稳定性,（1）稳定性的概念静态稳定小干扰后恢复到原状态；（如负荷波动）暂态稳定大干扰后恢复到原状态或新状态；（如系统故障）（2）励磁提高静态稳定性恒定的UGIf变→Eq变→UG不变,4改善电力系统运行条件,（1）异步电动机自启动（2）同步发电机异步运行（3）继电保护装置动作（4）水轮发电机组强行励磁,三、励磁系统的任务与要求,1励磁调节器,,2励磁功率单元,例2-1,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,例2-1解,一号机额定无功功率为QG1PG1tgφ125tgarccos0.8515.49Mvar二号机额定无功功率为QG2PG2tgφ250tgarccos0.8530.99Mvar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。母线电压波动为ΔU*-Kadj∑ΔQ∑*-0.050.2-0.01,例2-1解（续）,各机组无功负荷波动量ΔQ1*-ΔU*/Kadj--0.01/0.050.02ΔQ1ΔQ1*QG10.0215.493.10MvarΔQ2*-ΔU*/Kadj--0.01/0.050.02ΔQ2ΔQ2*QG20.0230.996.20Mvar一号机组无功负荷增加3.10Mvar,二号机组的无功负增加6.20Mvar。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。,,例2-2,在例2-1中，若一号机的调差系数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,,例2-2解,母线电压波动为,各机组的无功增量,Mvar,Mvar,一号机组的无功负荷增加3.56Mvar，二号机组的无功负荷增加5.73Mvar。调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。,例2-2解（续）,第二节同步发电机励磁系统,基本知识点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）,1原理,一、直流励磁机励磁系统,自励REE→IEE→UEF励磁机→发电机,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,1他励交流励磁机励磁系统（1）原理,二、交流励磁机励磁系统,,（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（100MW300MW）我国旧型机组,（1）原理,2无刷励磁系统,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,,（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,（3）应用大容量机组（600MW）,因为没有滑动器件,三、静止励磁系统,1原理,2特点,优点维护工作量少；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端路时，缺乏足够的强励能力继电保护的动作会受一定影响,3应用大容量机组（600MW）水轮机组,因为没有转动励磁,第三节励磁系统中转子磁场的建立与灭磁,基本知识点强励、灭磁的定义及作用；强励接线及工作原理；灭磁的方法,一、磁场建立,1励磁系统的强励要求转子励磁电压的最大值顶值电压UEF,max强励倍数UEF,max/UEF,N≈1.6-2.0转子磁场的建立速度励磁机的响应速度转子的响应速度,,2励磁机的时间常数（1）他励回路方程回路电流时间常数,,,,,（2）自励回路方程磁化曲线回路电流时间常数,,,,,,,3转子磁场的建立时间（1）响应时间,,（2）电压响应比,,二、同步发电机灭磁,1概念将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度2要求1）灭磁时间要短2）励磁绕组的电压不应超过允许值。,,3灭磁方法（1）直流励磁机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。,,,,,,（2）交流励磁机逆变灭磁控制角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.,,1）理想灭磁条件,电流在相当大范围内变化时，两端电压保持不变.,2）快速灭磁开关,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。,,,第四节励磁调节器原理,基本知识点励磁调节器基本功能励磁调节器原理励磁调节器静态工作特性励磁调节器静态工作特性的调整,一、励磁调节器基本功能,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，不引起对电网的冲击；保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。,二、励磁调节器原理,1测量比较单元（1）电压测量（2）比较整定,,,二、励磁调节器原理,2综合放大单元（1）正竞比电路励磁信号控制（2）负竞比电路电压/频率限制器信号（3）信号综合放大电路线性放大，双向限幅（4）互补输出电路提高与下一级负载阻抗匹配能力,,,二、励磁调节器原理,3移向触发单元（1）移向触发（2）整流输出,,,,,三、励磁调节静态工作特性,1静态工作特性的合成（1）平移发电机的外特性改变RP值，即Uset整定。实现平稳的将发电机投入和退出电网运行（2）改变发电机的外特性的斜率调整调差系数Kadj，保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。,,2发电机励磁控制系统静态特性（1）同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机电流的无功分量之间的静态特性。此特性通常称为发电机外特性或电压调节特性，也称为电压调差特性。,,,（2）发电机机端电压调差率在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负荷从零变化到额定值时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机机端电压变化率。,,,四、励磁调节器静态工作特性的调整,1定义在某一RP值下，无功负荷电流从零变至额定值时，发电机电压的相对变化。,,,,,2调差系数的调整,（1）改变极性正调差接线负调差接线（2）改变大小调整电阻R值。,3发电机外特性的平移,（1）发电机在退出系统运行时IG.Q1减小到IG.Q2减小到0，只要将发电机外特性由1下移动到3，这样机组就可平稳退出运行，不会发生无功功率的突变，不会引起对电网的冲击。（2）发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性3向上移动，使无功电流逐渐增加到运行要求值。,,复习与讨论,1.对励磁调节器静特性调整的基本要求是什么2.何谓自然调差系数3.在励磁调节器中为要设置调差单元4.平移发电机的外特性有何作用5.励磁调节器引入调差单元后，是不是其维持机端电压水平的能力差了为什么,,,