同步发电机励磁控制系统课件

1、L/O/G/O同步发电机励磁控制系统同步发电机励磁控制系统YC发电机的励磁系统发电机的励磁系统 励励磁磁功功率率单单元元 励励磁磁调调节节器器 机机端端电电压压信信号号 汽轮机 发电机 主励磁机 副励磁机 300MW300MW汽轮发电机的励磁与控制系统汽轮发电机的励磁与控制系统由同轴交流副励磁机（永磁发电机：由同轴交流副励磁机（永磁发电机：350350400HZ400HZ）主励磁机提供交流电源主励磁机提供交流电源经静止半导体整流经静止半导体整流(AC/DC)(AC/DC)滑环电刷进入励磁绕组滑环电刷进入励磁绕组励磁控制系统励磁控制系统 机机端端信信号号 直流分流器 灭磁电阻 灭磁开关 GSD

2、U1 AC/DC 手动 调节器 手动 整定器 自动 调节器 自动 整定器 41SD 主励磁机 U 晶闸管 移相 触发 41Q N S Q2 400V 厂用电 Q1 AV 备备用用励励磁磁装装置置 含：含：功率单元功率单元、自动励磁调节自动励磁调节、手动励磁调节手动励磁调节、备用励磁备用励磁等功能模块等功能模块充分了解所使用设备的工作特性，是运行技术的基础充分了解所使用设备的工作特性，是运行技术的基础运行技术是：设备特性与经验的综合体现运行技术是：设备特性与经验的综合体现同步发电机励磁控制系统的作用同步发电机励磁控制系统的作用电压控制电压控制控制无功功率的分配控制无功功率的分配提高同步发电机并联

3、运行的稳定性提高同步发电机并联运行的稳定性改善电力系统的运行条件改善电力系统的运行条件41235水轮发电机组要求实行强行减磁水轮发电机组要求实行强行减磁（1）电压控制）电压控制(1 5%)NUU(110%)NUU正常正常短期短期影响影响电压低于额定值电压低于额定值电压高于额定值电压高于额定值1 1 降低发电机运行的稳定性降低发电机运行的稳定性2 2 定子绕组温度升高定子绕组温度升高3 3 影响厂用电动机运行和系统的安全影响厂用电动机运行和系统的安全1 1 转子绕组温度升高转子绕组温度升高2 2 定子铁芯温度升高定子铁芯温度升高3 3 定子结构部件局部高温定子结构部件局部高温4 4 对定子绕组绝

4、缘造成威胁对定子绕组绝缘造成威胁发电机电压允许变化范围发电机电压允许变化范围同步发电机励磁控制系统的作用同步发电机励磁控制系统的作用 由发电机组成系统可知：励磁及励磁自动控制系统对发电机的励磁起着重要的作用。首先是励磁电流I 对发电机的输出电压起着调节作用。EF电压控制电压控制(1)单机运行时单机运行时负荷中的无功电流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。GIEFUG IGEqUGjIGXdIGIQIPEqIGUGdQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXI jUEcosIEF1UGUG2UGNIQIEF2IQ2IQ1同步发电机的外特性同步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端

5、电压在给定水平的。 即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。变发电机电压。（2）当发电机并入电力系统运行时）当发电机并入电力系统运行时Text in here发电机并入电力系统运行发电机并入电力系统运行时，电力系统的电压水平时，电力系统的电压水平由系统中无功电源发出的由系统中无功电源发出的无功功率总和无功功率总和与系统中负与系统中负荷所荷所消耗的无功功率总和消耗的无功功率总和之间的平衡关系决定。之间的平衡关系决定。Text in here当电力系统容量无穷大时，当电力系统容量无穷大时，系统电压为恒定值。改变系统电压为恒定值。改变一台发电机的励磁

6、电流对一台发电机的励磁电流对系统的电压水平就一点影系统的电压水平就一点影响也没有了。响也没有了。电压控制电压控制下面是发电机经变压器和输电线路并入电力系统的情况：下面是发电机经变压器和输电线路并入电力系统的情况：GXqBL()UUIXXGqqdUEI XqXqdBLEUIXXXBXqLUUI XBXLX XUBU变压器漏抗和输电线路电抗归算值变压器漏抗和输电线路电抗归算值( (归算归算到发电机电压等级下到发电机电压等级下) )；电力系统电压和变压器高压侧电压的归算电力系统电压和变压器高压侧电压的归算值值。v通过调节发电机励磁电流来改变发电机感应电势通过调节发电机励磁电流来改变发电机感应电势Eq

7、,Eq,可以改变发电机输出的无功电流可以改变发电机输出的无功电流IqIq，从而调节，从而调节发电机端电压发电机端电压UGUG和变压器高压侧电压和变压器高压侧电压U UB B，或维持它，或维持它们在给定的范围内们在给定的范围内. .v如发电机直接接入无穷大电力系统如发电机直接接入无穷大电力系统，即，即X XB B=0=0，X XL L=0=0，则发电机端电压等于系统电压，并随系统电压的则发电机端电压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，变化而变化，此时发电机励磁调节系统不再有调此时发电机励磁调节系统不再有调节发电机端电压的作用。节发电机端电压的作用。由以上分析可知：由以上分析可知： 同步发电机

8、励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接入系统容量的大小有关，是与接入系统容量的大小有关， 接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；小； 接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，大， 通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电控制系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量的要求。压质量的要求。（二

9、）控制无功功率的分配（二）控制无功功率的分配 无功分配无功分配发电机无发电机无功功率的功功率的控制原理控制原理合理分配并联运行发电机间无功功率以同步发电机接于无穷大电力系统为例说明发电机无功功以同步发电机接于无穷大电力系统为例说明发电机无功功率的控制原理。率的控制原理。G IGUG =ConstantEqUGjIGXdIGIQIPconstantXUEPconstantIUPdGqGGGGsincosconstantEconstantIqGsincos原理接线图向量图发电机励磁电流的变化改变了机组发电机励磁电流的变化改变了机组的的无功功率无功功率和和功率角功率角的大小。的大小。调节与无限大母线

10、并联运行的机组的励磁调节与无限大母线并联运行的机组的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。电流可以改变发电机无功功率的数值。v 在实际运行中，与发电机并联的电力系统并在实际运行中，与发电机并联的电力系统并不是真正意义上的无穷大系统，系统电压不是真正意义上的无穷大系统，系统电压U UG G将随系统负荷的变化而变化。将随系统负荷的变化而变化。v 发电机输出的无功功率不仅与发发电机输出的无功功率不仅与发电机的励磁电流电机的励磁电流IEFIEF有关，还与发有关，还与发电机的端电压电机的端电压UG(UG(即系统电压即系统电压UX)UX)有关，并且也影响与之并联运行有关，并且也影响与之并联运行机组输出的无

11、功功率。机组输出的无功功率。v 同步发电机的励磁自动控制系统还承同步发电机的励磁自动控制系统还承担着并联运行机组间无功功率合理分担着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。配的任务。v 当多台同步发电机接于同一母线并联运行当多台同步发电机接于同一母线并联运行时，系统所取用的无功功率由这多台发电时，系统所取用的无功功率由这多台发电机共同承担。机共同承担。如图如图 (a) (a)所示，所示，U UM M为母线电压，为母线电压，Iq1Iq1、Iq2Iq2分别为发电机分别为发电机G1G1、G2G2输输出的无功电流，出的无功电流，IqIq为系统所取用的无功电流，二者之间的关系如为系统所取用的无功电流，二者

12、之间的关系如下：下：qq1q 2III并联运行的各发电机间无功电流的分配取决于各发电机的外特性，如右图 所示。当母线电压为UM1时，发电机G1所发出的无功电流为Iq1，G2所发出的无功电流为Iq2，并有Iq1Iq2。从图中可看出：当电网的无功负荷增加时，由于两台发电机的外特性不同，造成它们无功电流的变化亦不相同，即 ，改变了负荷增加前两台发电机无功电流分配的比例。外特性斜率相差越大，其改变程度也越大。q1q2IIv 在实际运行中，为了合理利用发电机组的容量，希望各台发电机应按照在实际运行中，为了合理利用发电机组的容量，希望各台发电机应按照其额定容量的大小成比例的分配其输出的无功电流。其额定容量

13、的大小成比例的分配其输出的无功电流。v 从以上分析可以看出，只要并联发电机的从以上分析可以看出，只要并联发电机的 特性完全一致时特性完全一致时（ 为发电机无功电流与其无功电流额定值的比值为发电机无功电流与其无功电流额定值的比值) )，才能使无功电流，才能使无功电流在并联机组间进行合理的分配。在并联机组间进行合理的分配。v 将并联运行且容量不同的发电机组直接做成相同的将并联运行且容量不同的发电机组直接做成相同的 特性是不可特性是不可能的。能的。v 在发电机自动励磁调节系统中有一个形成发电机外特性的环节在发电机自动励磁调节系统中有一个形成发电机外特性的环节-调调差环节，通过它可以改变发电机的外特性

14、，很容易地做到使并联运行发差环节，通过它可以改变发电机的外特性，很容易地做到使并联运行发电机组的外特性都一致，从而达到并联机组间无功负荷合理分配的目的。电机组的外特性都一致，从而达到并联机组间无功负荷合理分配的目的。*GqUI*GqUI*qI（三）提高同步发电机并联运行的稳定性（三）提高同步发电机并联运行的稳定性1 励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影响2 2 励磁对暂态稳定的影响励磁对暂态稳定的影响静态稳定性：是指系统受干扰后能恢复到原来运行状态静态稳定性：是指系统受干扰后能恢复到原来运行状态 的能力的能力动态稳定性：是指系统突然受干扰后，能否过度到一个动态稳定性：是指系统突然受干扰后，能

15、否过度到一个新的稳定运行状态，或恢复到原来运行状态的能力。通新的稳定运行状态，或恢复到原来运行状态的能力。通常叫自动调节和控制装置作用的过程中的稳定问题称为常叫自动调节和控制装置作用的过程中的稳定问题称为动态稳定动态稳定励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影响在静态稳定要求下，允许运行范围的四个条件在静态稳定要求下，允许运行范围的四个条件 原动机的额定功率原动机的额定功率 ，原动机功率须有余量，原动机功率须有余量TNG NPP 定子发热温度限制定子发热温度限制 转子发热温度限制转子发热温度限制 静态稳定条件限制，静态稳定条件限制，Eq不能太小，不能太小，If 某一值某一值 转子发热限制 IfN

16、 IN A O 静态稳定限制 原动机额定输出限制 定子发热限制 NIIffNIIGU=ConstantUGSystemsinXUEPqGP原理接线图原理接线图内功率特性曲线内功率特性曲线1 励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影响由发电机有功功率公式和其曲由发电机有功功率公式和其曲线可知：改变励磁电流的大小，线可知：改变励磁电流的大小，就能改变电动势就能改变电动势Eq的大小，从的大小，从而改变发电机功率角而改变发电机功率角 的大小。的大小。当功率角当功率角 从从0变化到变化到90度时度时PG就从就从0变化到最大变化到最大Pm值值PsinXUUPGG外功率特性外功率特性GU=ConstantUG

17、System原理接线图原理接线图增加励磁电流后可使发电机的内增加励磁电流后可使发电机的内功角特性向外功角特性方向扩张，功角特性向外功角特性方向扩张，成为一个大范围稳定区域，因而成为一个大范围稳定区域，因而提高了静态特性稳定性提高了静态特性稳定性2 励磁对暂态稳定的影响励磁对暂态稳定的影响PPG0badcF123励磁电流励磁电流IEF增加，发电机的增加，发电机的感应电动势感应电动势Eq增加，发电机有增加，发电机有功功率功功率PG也增加，对于的也增加，对于的PG波越来越高，幅值越来越大说波越来越高，幅值越来越大说明：励磁对暂态特性的作用和明：励磁对暂态特性的作用和影响是明显的影响是明显的PGmax

18、*0.750.700.650.500.350 0.2 0.4 0.6 0.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.350 1 2 3 4KTe=0.1STe=0.8S要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面励磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系缩小励磁系统的时间常数统的时间常数，另一方面尽可能，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数提高强行励磁的倍数。(四四)强行励磁以改善电力系统运行条件强行励磁以改善电力系统运行条件 改善异步改善异步电动机的电动机的

19、自启动自启动提高继电提高继电保护工作保护工作的准确性的准确性为异步发为异步发电机运行电机运行创造条件创造条件短路切除后的电压恢复改善异步电动机的自启动改善异步电动机的自启动v电力系统中的用户使用大量异步电动机，一旦出电力系统中的用户使用大量异步电动机，一旦出故障后重新自启动时需要大量吸收电网的无功功故障后重新自启动时需要大量吸收电网的无功功率，使电网电压大幅度下降，危害电网安全。若率，使电网电压大幅度下降，危害电网安全。若此时励磁系统增加励磁电流此时励磁系统增加励磁电流IEF，可增加发电机的，可增加发电机的无功功率的输出，补上缺少的无功功率。不仅满无功功率的输出，补上缺少的无功功率。不仅满足了异步电动机的自启动条件，同时维护了电网足了异步电动机的自启动条件，同时维护了电网的稳定和安全。的稳定和安全。为异步发电机运行创造条件为异步发电机运行创造条件v一般一个发电厂有很多台同步发电机一起发电。一般一个发电厂有很多台同步发电机一起发电。某台同步发电机因故障而失去磁场，而变成异步某台同步发电机因故障而失去磁场，而变成异步发电运行，此时它也要从电网大量吸收无功功率发电运行，此时它也要从电网大量吸收无功功率。若此时励磁系统增加励磁电流。若此时励磁系统增加励磁电流IEF，可增加别的，可增加别的发