同步发电机励磁自动控制系统教学课件PPT.ppt

第四讲同步发电机励磁自动控制系统 2 马静office j5b309telmail hdmajing northchinaelectricpoweruniversity 2 38 2019 12 20 主要内容 励磁控制系统的调节特性和无功分配励磁调节器基本特性和框图励磁调节器静态工作特性1静态工作合成 2静态工作特性 3调节特性平移并列机组之间的无功功率分配无差调节 负调差 正调差 无功分配发电机转子磁场建立和灭磁概念 转子强励 转子灭磁励磁机的时间常数 电压响应比励磁绕组灭磁励磁绕组对恒定电阻放电灭磁理想灭磁过程交流励磁机系统的逆变灭磁 northchinaelectricpoweruniversity 3 38 2019 12 20 第四节励磁控制系统的调节特性和无功分配 励磁调节器的最基本功能是调节发电机的端电压 输出用于控制励磁功率单元 常用的励磁调节器是比例式调节器 主要输入量是发电机端电压 northchinaelectricpoweruniversity 4 38 2019 12 20 比例式励磁调节器闭环控制 在电力系统中运行的各种比例式励磁调节器都具有负斜率调节特性 这种调节器可以稳定运行 northchinaelectricpoweruniversity 5 38 2019 12 20 自动励磁调节器的构成环节 测量比较 综合放大 移相触发可控整流 northchinaelectricpoweruniversity 6 38 2019 12 20 1励磁调节器的静态工作特性 northchinaelectricpoweruniversity 7 38 2019 12 20 励磁调节器的静态工作特性的合成 northchinaelectricpoweruniversity 8 38 2019 12 20 励磁调节器的静态工作特性的调整 northchinaelectricpoweruniversity 9 38 2019 12 20 励磁调节器的放大系数 励磁调节器的特性曲线在工作区的陡度是调节器的主要指标之一 励磁调节器的总放大倍数是各单元放大倍数的乘积 northchinaelectricpoweruniversity 10 38 2019 12 20 2发电机励磁自动控制系统的静态工作特性 发电机的调节特性 iq f ief 发电机转子电流iefvs 无功负荷电流iq 励磁机定子电流ief与励磁机的励磁电流iee之间是线性关系 northchinaelectricpoweruniversity 11 38 2019 12 20 发电机无功调节特性 a a a b b b 无功调节特性曲线 特征 稍有下倾 northchinaelectricpoweruniversity 12 38 2019 12 20 发电机调差系数 发电机带有自动励磁调节器后 无功电流变化时 发电机机端电压基本维持不变 调节特性下倾的程度表征了发电机励磁控制系统运行特性的一个重要参数 调差系数 调差系数表征了无功电流从零增加到额定值时发电机电压的相对变化 调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力 当调差单元退出运行时 其固有的无功调节特性也是下倾的 称为自然调差系数 空载 额定无功 northchinaelectricpoweruniversity 13 38 2019 12 20 发电机调差系数 空载 额定无功 无功电流从零增加到额定值时发电机电压的相对变化 多台发电机综合调差系数 northchinaelectricpoweruniversity 14 38 2019 12 20 发电机调节特性 励磁调节器的调整是为了满足运行要求 1 发电机投入和退出运行时 能够平稳地改变无功负荷 不致于发生无功功率的冲击 2 保证并联运行的发电机组间的无功功率的合理分配 northchinaelectricpoweruniversity 15 38 2019 12 20 发电机调节特性的平移 调节特性的平移 实现机组投退时无功功率的不突变 其他机组退出 其他机组投入 northchinaelectricpoweruniversity 16 38 2019 12 20 无功调节特性 如何实现平移 a a a b b b 调节特性的平移可以通过调节uref实现 northchinaelectricpoweruniversity 17 38 2019 12 20 3并联发电机组的无功功率分配 多台发电机并联运行时 改变任何一台机组的励磁电流不仅影响本机组的无功电流 而且影响同一母线上并联机组的无功电流 母线电压也发生变化 这些变化与机组的调差特性有关 1 一台无差调节特性机组与有差调节特性机组并联运行 稳定运行点 正调差特性 无差调节特性 一台无差调节特性的发电机可以和多台正调差特性的发电机并联运行 平移调差特性曲线 可以改变无功分配 平移调差特性曲线 可以改变电压 northchinaelectricpoweruniversity 18 38 2019 12 20 无功调节特性 负调差的对应 a a a b b b 负调差 假设 转子电流和无功关系不变 northchinaelectricpoweruniversity 19 38 2019 12 20 3并联发电机组的无功功率分配 正差 负差 负调差特性的发电机不能在公共母线上并联运行 不稳定运行点 正调差特性 负调差特性 小扰动使得无功增加 ief增加以增加ug 无功进一步增加 力图维持电压 ief减小故而减少q ief减小故而减少q 负调差特性机组 正调差特性机组 northchinaelectricpoweruniversity 20 38 2019 12 20 并联发电机组的无功功率分配 2 两台无差调节特性机组并联运行 无差调节特性1 无差调节特性2 两条曲线分离则无交点 实际运行又很难做到曲线重合 因此 两台无差调节特性机组是不能并联运行 northchinaelectricpoweruniversity 21 38 2019 12 20 并联发电机组的无功功率分配 3 多台正调差特性机组并联运行 1 母线电压波动时 发电机的无功电流增量与电压偏差成正比 与调差系数成反比 与电压整定值无关 2 在同一母线上并联发电机 无功负荷波动时 电压偏差相同 调差系数小的发电机承担多的无功电流增量 g u q i 1 g 2 g 2 q i d 1 q i d northchinaelectricpoweruniversity 22 38 2019 12 20 并联发电机组的无功功率分配 3 为了满足各台发电机无功负荷的波动量与他们的额定容量成正比 则要求并联发电机组具有相同的调差系数 4 需要改变发电机组的无功负荷时 调整调节器的整定元件 使得特性曲线上下移动即可 northchinaelectricpoweruniversity 23 38 2019 12 20 第五节励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 在电力系统发生故障时 系统母线电压极度降低 系统无功缺额很大 需要在很短的时间内补足无功缺额以使系统迅速恢复正常 这就要求有关的发电机转子磁场能够迅速增强 达到尽可能高的数值 在事故情况下 转子励磁电压的最大值及其建立的速度 响应速度 是两个十分重要的指标 强励顶值与响应比 此外 为了使得发电机的励磁效果及时发挥 需要考虑 1 励磁机的响应速度要快 励磁机的时间常数小2 发电机转子磁场的建立速度要快 转子强励问题 northchinaelectricpoweruniversity 24 38 2019 12 20 电压响应比 电压响应比是电机制造厂提供的表明发电机转子磁场建立过程的参数 反映了励磁机磁场建立速度的快慢 一般而言 在暂态稳定过程中 发电机功率角摇摆到第一周期最大值的时间约为0 4 0 7s 所以 通常将励磁电压在最初的0 5s内上升的平均速率定义为励磁电压响应比 发电机励磁绕组是电感性负载忽略发电机转子电阻和定子回路的影响 转子磁场方程可表示为 正比于励磁电压曲线下面积增量 northchinaelectricpoweruniversity 25 38 2019 12 20 电压响应比 为了分析曲线下的面积 作一条直线ac 使得曲线下的面积与直线下的面积相等 则这两条曲线所表示的转子磁通增量相等 定义 励磁电压响应比 bc段电压标幺值 为额定工况下的励磁电压 为强励倍数 northchinaelectricpoweruniversity 26 38 2019 12 20 电压响应时间 现在 一些大型的发电机组采用快速励磁系统 用响应时间作为动态性能评定指标 励磁系统的响应时间 是指在发电机励磁电压为额定励磁电压时 从施加阶跃信号起 到励磁电压达到最大励磁电压与额定电压之差95 为止所花费的时间 northchinaelectricpoweruniversity 27 38 2019 12 20 励磁系统中转子磁场的灭磁 转子灭磁问题 当转子磁场建立起来 由于某种原因 如发电机绕组内部故障 而要求强迫发电机立即退出运行 在断开发电机出口断路器的同时 必须使发电机转子磁场尽快消失 否则 就会使得发电机因过励磁而产生过电压而危及绝缘安全 或者 会使定子绕组内部故障继续扩大 如何在很短时间内使发电机转子磁场内部存储的大量能量迅速消失 而不至于在发电机内部产生危险的过电压 这就是转子灭磁问题 northchinaelectricpoweruniversity 28 38 2019 12 20 励磁绕组灭磁 所谓灭磁 就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快地减弱为最小程度 如果突然断开转子回路 励磁绕组是个大电感 励磁电流不能突变 必然会产生很高的过电压 会危及到转子绕组的绝缘 因此 不能采用断开转子回路的办法来灭磁 对于灭磁的要求 1 灭磁时间短2 灭磁过程中转子电压不应超过允许值 即不超过额定值的4 5倍 northchinaelectricpoweruniversity 29 38 2019 12 20 励磁绕组对恒定电阻放电灭磁 在灭磁过程中 转子绕组的端电压可以被控制 r越大 转子绕组端电压衰减越快 灭磁过程也就快 但是 转子绕组端电压也就越大 r越小 转子绕组端电压也就越小 但是 转子绕组端电压衰减越慢 灭磁过程也就慢 端电压4 5倍 northchinaelectricpoweruniversity 30 38 2019 12 20 理想灭磁过程 理想的灭磁过程就是整个灭磁过程中始终保持转子绕组gew的端电压为最大允许值不变 直至励磁回路断开为止 在灭磁过程中 转子回路的电流始终以等速减少 而不再以指数曲线减少 直至为零 曲线1灭磁 灭磁速度越来越慢 曲线2灭磁 励磁电流等速减少 在t时刻降为零 过程中端电压始终为额定值 northchinaelectricpoweruniversity 31 38 2019 12 20 交流励磁机系统的逆变灭磁 1 逆变过程中的逆变角取40度 以保证逆变成功2 逆变过程中交流电源不能消失 否则就无法实现有源逆变灭磁 3 两个过程 对于逆变灭磁 当逆变进行到发电机励磁绕组中剩余磁场能量不能再维持逆变时 则逆变结束 剩余能量向并联电阻放电 直至转子励磁电流衰减为零 在这种情况下 灭磁电阻可以采用容量小 阻值大的电阻 在采用晶闸管整流桥向转子供应励磁电流时 可以用晶闸管的有源逆变特性来快速灭磁 可以实现在转子主回路中不添加设备就可以进行灭磁 northchinaelectricpoweruniversity 32