第二章发电厂自动化

1、山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化3第一节第一节 概述概述山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化4山东理工大学山东理工大学 自动化自动化：采用检测与控制系统，对生产过程进行生产作业，代替人工直接操作的措施。 电力系统自动化电力系统自动化5热工自动化热工自动化20世纪世纪90年代年代增加了发供电过程的检测与控制增加了发供电过程的检测与控制发电厂自动化发电厂自动化热力生产过程热力生产过程电厂动力机械自动控制电厂动力机械自动控制发电厂电气自动化发电厂电气

2、自动化发电厂动力机械自动控制不属于本课程的授课范围山东理工大学山东理工大学 保证机组安全机组安全起停，正常经济运行经济运行 提高适应电网调度适应电网调度和负荷变化的能力 提高综合判断、处理事故处理事故能力 减轻劳动强度减轻劳动强度，改善劳动条件，减少运行人员 辅助服务辅助服务 电力系统自动化电力系统自动化6 一次调频 自动发电控制（AGC) 调峰 无功调节山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化7u 自动调节装置自动调节装置u 反事故自动装置反事故自动装置u 发电厂综合自动化系统发电厂综合自动化系统u 电力系统信息自动传输系统电力系统信息自动传输系统 发电机自动并列装置 同步发电

3、机励磁自动控制装置 调速器 继电保护装置 快速自动切机等控制送电端功率过剩的装置 系统振荡自动解列装置 远方终端单元RTU 通信通道山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化8 发电厂电气自动化设备和系统涉及多个学科，多个专业领域。其中：继电保护装置专门的课程讲解电力系统信息自动传输系统在调度自动化章节讲解发电机的自动并列设备发电机的自动并列设备发电机的频率和有功功率调节设备发电机的频率和有功功率调节设备调速机调速机发电机的电压和无功功率的调节设备发电机的电压和无功功率的调节设备同步同步发电机励磁自动控制系统发电机励磁自动控制系统发电厂综合自动化系统发电厂综合自动化系统本本章章主主

4、要要内内容容山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化9第二节第二节 发电机的自动并列发电机的自动并列山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化10山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化11并列操作是电厂的一项重要操作并列操作是电厂的一项重要操作并列操作的准确度和可靠性对系统的可靠运行意并列操作的准确度和可靠性对系统的可靠运行意义重大义重大同步发电机投入电力系统同步发电机投入电力系统电力系统解列的两部分电力系统解列的两部分进行并列运行的操作，称为并列并列或同期操作同期操作山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化12电力系统运行中，任一母线电

5、压瞬时值可表示为：电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为：)sin(tUummU式中式中 电压幅值电压幅值 电压的角速度电压的角速度 初相角初相角 并列操作：并列操作：当发电机电压与并列母线电压符合当发电机电压与并列母线电压符合并列条件时才可将断路器合闸，并网运行。并列条件时才可将断路器合闸，并网运行。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化13光伏发电并网光伏发电并网山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化14风力发电并网风力发电并网山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化15秦山核电站并网秦山核电站并网山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电

6、力系统自动化16 冲击电流小冲击电流小 并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能地小，并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能地小，其瞬时最大值一般不超过倍的额定电流。其瞬时最大值一般不超过倍的额定电流。 暂态过程短暂态过程短 发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化17同步发电机的并列运行方法：同步发电机的并列运行方法：分为分为自同期并列自同期并列运行运行和和准同期并列准同期并列运行两种运行两种自同期并列：自同期并列：未

7、加励磁电流的发电机升速到接近电未加励磁电流的发电机升速到接近电网频率，网频率，不超过允许值，且加速度小于某一给定值不超过允许值，且加速度小于某一给定值的条件下，先合并列断路器，接着立刻合上励磁开的条件下，先合并列断路器，接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。步运行。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化18优点：优点：毋需选择并列合闸时机，毋需选择并列合闸时机，控制、操作简单；控制、操作简单；合闸操作时间短合闸操作时

8、间短缺点：缺点：冲击电流大，不能用于两个系统间的并列操冲击电流大，不能用于两个系统间的并列操作作 自同期并列方法现已很少采用。自同期并列方法现已很少采用。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化19 准同期并列：准同期并列：发电机在发电机在并列并列合闸前已励磁合闸前已励磁，当，当发电机频率、电压幅值、发电机频率、电压幅值、电压相角分别和并列点电压相角分别和并列点处系统侧的频率、电压处系统侧的频率、电压幅值、电压相角接近相幅值、电压相角接近相等时，将发电机断路器等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。合闸，完成并列操作。(a)(a)电路示意图；电路示意图；(b)(b)相量图；相量图

9、；(c)(c)等值电路等值电路山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化20u理想条件：理想条件： sGxUUU 断路器两侧电压向量差断路器两侧电压向量差(1)2,2(2)(3)0GxGGxxGxeffffUU，频率相等，电压幅值相等，相角差为零0sUu三个条件很难同时满足。三个条件很难同时满足。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化21（一）电压幅值差（一）电压幅值差/1等于零等于零XGffe假设并列时：频率假设并列时：频率相角差相角差电压幅值不等电压幅值不等则冲击电流则冲击电流最大值为：最大值为： max55. 228 . 1dsdxGhXUXUUiUGUx 发

10、电机电压、电网电压有效值发电机电压、电网电压有效值Xd 发电机直轴次暂态电抗发电机直轴次暂态电抗山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化22（一）电压幅值差（一）电压幅值差/20e（2）冲击电流的电动力对发电机定子绕组危害较大，故冲冲击电流的电动力对发电机定子绕组危害较大，故冲击电流最大瞬时值限制在击电流最大瞬时值限制在12倍额定电流以下。倍额定电流以下。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化23fGfxUGUxe2sin255. 2 maxeqxhXUixU qX（二）合闸相角差（二）合闸相角差/1并列时：发电机频率并列时：发电机频率 等于电网频率等于电网频率

11、发电机电压幅值发电机电压幅值 等于电网电压幅值等于电网电压幅值 相角差相角差 不为零不为零 则冲击电流的最大值为则冲击电流的最大值为 系统电压有效值系统电压有效值 发电机交轴次暂态电抗发电机交轴次暂态电抗山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化24（二）合闸相角差（二）合闸相角差/20e山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化251. 频差、滑差、滑差周期频差、滑差、滑差周期u频差频差 ：u电角速度之差称为滑差角速度，电角速度之差称为滑差角速度， 简称简称滑差滑差，用，用 表示：表示：u滑差周期滑差周期: 它们都是描述两电压矢量相对运动快慢的一组数据。它们都是描述两

12、电压矢量相对运动快慢的一组数据。fsfffxGssxsGsssfT12（三）频率不相等（三）频率不相等/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化26并列的同步过程分析并列的同步过程分析（三）频率不相等（三）频率不相等/2 合闸后发电机组与电网合闸后发电机组与电网间进行有功功率交换。间进行有功功率交换。u发电机的电压发电机的电压 超前电超前电网电压网电压 时，发电机发时，发电机发出功率，则发电机将制出功率，则发电机将制动而减速。动而减速。“发电机发电机状态状态”。u 落后落后 时，发电时，发电机吸收功率，则发电机机吸收功率，则发电机将加速。将加速。 “电动机状电动机状态态”。GU

13、xUxUGU山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化27断路器断路器DL两侧间电压差两侧间电压差12sin(t)sin(t)sGGxxuUU120GxUU设设则则2sin(t)cos(t)22GxGxsGuU（1）（2）令令2sin(t)2GxsGUU则则cos(t)2GxssuU（3） 所以所以 us 波形可以看成是幅值为波形可以看成是幅值为 Us ，频率接近于工频的，频率接近于工频的交流电压波形。交流电压波形。（一）脉动电压（一）脉动电压/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化28由于由于相角差可写为相角差可写为（1）由此可见，由此可见， 为正弦脉动波，所以

14、又称为脉动电压，为正弦脉动波，所以又称为脉动电压，其最大幅值为其最大幅值为 （或（或 ）。）。2sin(t)2GxsGUU所以所以（2） 对于对于us 波形幅值波形幅值UsGsxest2sin2sin22sesGGtUUUsu2GU2xU（一）脉动电压（一）脉动电压/2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化29的相量图及其瞬时波形图的相量图及其瞬时波形图sU（一）脉动电压（一）脉动电压/3山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化30（一）脉动电压（一）脉动电压/4山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化31（一）脉动电压（一）脉动电压/5山东理工大学

15、山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化32（二）利用脉动电压检测准同期的条件（二）利用脉动电压检测准同期的条件/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化33（二）利用脉动电压检测准同期的条件（二）利用脉动电压检测准同期的条件/2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化34（二）利用脉动电压检测准同期的条件（二）利用脉动电压检测准同期的条件/3山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化35（一）原理框图（一）原理框图功能如下：功能如下：u自动检查断路器自动检查断路器两侧压差及频差，两侧压差及频差，并在满足条件时，并在满足条件时，自动地提前发出合自动地

16、提前发出合闸脉冲，控制断路闸脉冲，控制断路器闭合。器闭合。u当压差、频差不当压差、频差不合格时，对发电机合格时，对发电机自动进行均压、均自动进行均压、均频，加快进行自动频，加快进行自动并列的过程并列的过程。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化36（二）控制单元（二）控制单元山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化37（三）自动准同期装置按自动化程度分类（三）自动准同期装置按自动化程度分类（1）半自动准同期并列装置）半自动准同期并列装置无频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元；无频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元；待并发电机的频率和电压由运行人员监

17、视和调整；待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整；当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就会在合当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就会在合适的时刻发出合闸信号。适的时刻发出合闸信号。（2）自动准同期并列装置）自动准同期并列装置有频差、电压差控制单元和合闸信号控制单元；有频差、电压差控制单元和合闸信号控制单元；待并发电机的频率或电压都由并列装置自动调节；待并发电机的频率或电压都由并列装置自动调节；当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。 山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化38（四）数字式并列装置（四）数字式并列装

18、置/1 数字式并列装置的优点数字式并列装置的优点硬件简单、编程方便灵活运行可靠，技术上已日趋成熟可以克服模拟式并列装置由于滑差角速度假设为恒定可以克服模拟式并列装置由于滑差角速度假设为恒定带来的问题带来的问题 已成为当前自动并列装置发展的主流。已成为当前自动并列装置发展的主流。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化39（四）数字式并列装置（四）数字式并列装置/2硬件框图硬件框图山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化40（四）数字式并列装置（四）数字式并列装置/3一种是一种是直流采样直流采样，采用变送器把交流电压转换为直流，采用变送器把交流电压转换为直流电压，然后

19、由电压，然后由A/D采样电路采样后送给采样电路采样后送给CPU一种是一种是交流采样交流采样，即对交流信号直接采样，由，即对交流信号直接采样，由CPU通通过计算获得电压有效值过计算获得电压有效值xGUDDD 当当 时，即断路器两侧电压幅值差小时，即断路器两侧电压幅值差小于设定门槛时，允许合闸信号输出于设定门槛时，允许合闸信号输出山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化41（四）数字式并列装置（四）数字式并列装置/4测量交流信号波形的周期测量交流信号波形的周期T。把交流电压正弦信号转化。把交流电压正弦信号转化为方波，经二分频后，它的半波时间即为交流电压的周为方波，经二分频后，它的半波

20、时间即为交流电压的周期期T。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化42（四）数字式并列装置（四）数字式并列装置/5把电压互感器电压信号转换成同频、同相的方波。把电压互感器电压信号转换成同频、同相的方波。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化43（四）数字式并列装置（四）数字式并列装置/5交流电压波形交流电压波形交流电压对应交流电压对应的方波的方波异或门输出的异或门输出的相角差波形相角差波形定时器计数时定时器计数时间（图示为每间（图示为每工频周期一次）工频周期一次）定时器计数时间即可折算为相角差。定时器计数时间即可折算为相角差。山东理工大学山东理工大学 电力系统自

21、动化电力系统自动化44（四）数字式并列装置（四）数字式并列装置/6数字式准同期装置可计算出更准确的导前合闸相角数字式准同期装置可计算出更准确的导前合闸相角模拟式并列装置假定脉模拟式并列装置假定脉冲电压角频率恒定冲电压角频率恒定数字式并列装置可计及数字式并列装置可计及脉冲电压角频率含有加脉冲电压角频率含有加速度的情况速度的情况山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化45并列操作是电厂的一项重要操作并列操作是电厂的一项重要操作,分为自同期并分为自同期并列运行和准同期并列运行两种。同步发电机并列运列运行和准同期并列运行两种。同步发电机并列运行主要采用准同期并列。通过检测脉动电压来判断行

22、主要采用准同期并列。通过检测脉动电压来判断是否可以进行并列断路器合闸操作。是否可以进行并列断路器合闸操作。定时器计数时间山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化46第三节第三节 同步发电机励磁自动同步发电机励磁自动控制系统控制系统山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化47山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化48 整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化49（一）同步发电机的运

23、行（一）同步发电机的运行/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化50（一）同步发电机的运行（一）同步发电机的运行/25050 一般发电机的功率角一般发电机的功率角 很小，可近似认为很小，可近似认为 ，于是，可得简化的运算式为于是，可得简化的运算式为 上式说明，负荷的上式说明，负荷的无功电流无功电流 是造成发电机电势和端电是造成发电机电势和端电压幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间压幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也越大。的差值也越大。 XIUEqdQGGcosG1cosGdQGqXIUEQI山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动

24、化51（一）同步发电机的运行（一）同步发电机的运行/351511,QGeIU22,QGIU1,QGeIU2,QGeIU无功负荷增大无功负荷增大励磁不变励磁不变曲线曲线1：励磁电流为：励磁电流为 a点点b点点曲线曲线2：励磁电流为：励磁电流为 1EFI2EFIa点点c点点无功负荷增大无功负荷增大励磁增大励磁增大山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化52（一）同步发电机的运行（一）同步发电机的运行/45252 发电机与无穷大系统母线并联发电机与无穷大系统母线并联 系统ABcoscosGGGGPGPU IU II常数由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关，故si

25、nsinqGGqdE UPEX常数山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化53（一）同步发电机的运行（一）同步发电机的运行/55353 发电机与无穷大系统母线并联发电机与无穷大系统母线并联不不变变；不不变变；变变；变变；变变变变，变变coscossinsinGGGGGGGGGEFIUPIIUQIII不不变变；不不变变；变变；变变；变变变变，变变sinsincoscosdGqGqdGqGGqqEFXUEPEXUEUQEEI发电机励磁电流的变化只是改变机组的无功功率和功率发电机励磁电流的变化只是改变机组的无功功率和功率角值的大小。角值的大小。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电

26、力系统自动化54（二）励磁控制系统的作用（二）励磁控制系统的作用5454（1）保持保持发电机机端或电力系统发电机机端或电力系统电压恒定电压恒定。（2）并列运行发电机）并列运行发电机无功负荷无功负荷的自动合理的自动合理分配分配。（3）提高同步发电机并联运行的）提高同步发电机并联运行的稳定性稳定性。 （4）限制发电机突然卸载时的电压上升。）限制发电机突然卸载时的电压上升。（5）提高带时限的继电保护的灵敏度。）提高带时限的继电保护的灵敏度。（6）短路切除加速系统电压的恢复过程，改善异步电动机）短路切除加速系统电压的恢复过程，改善异步电动机的自启动条件。的自启动条件。（7）当发电机失去励磁而转入异步运

27、行或发电机进行自同）当发电机失去励磁而转入异步运行或发电机进行自同期并列时，改善系统的工作条件。期并列时，改善系统的工作条件。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化555555（一）（一）励磁调节器励磁调节器山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化565656（二）（二）励磁功率单元励磁功率单元 山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化575757同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源。同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化585858（一）直流励磁机励磁系统（一）直流励磁机励磁

28、系统/1（1）自励直流励磁机励磁系统）自励直流励磁机励磁系统 发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电；发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电； 调整励磁机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流。调整励磁机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流。（2）他励直流励磁机励磁系统）他励直流励磁机励磁系统 他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比自励多用了一台副励磁机。自励多用了一台副励磁机。 时间常数减小，一般用于水轮发电机组。时间常数减小，一般用于水轮发电机组。大多与发电机同轴，靠剩磁建立电压，适用于大多与发电机同轴，靠剩磁建立电压，适用于10万万kW以下中小容量机组

29、。以下中小容量机组。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化595959（一）直流励磁机励磁系统（一）直流励磁机励磁系统/2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化606060（二）交流励磁机励磁系统（二）交流励磁机励磁系统/1（1）自励式交流励磁机系统）自励式交流励磁机系统 与自励式直流励磁机一样，自励式交流励磁机的与自励式直流励磁机一样，自励式交流励磁机的励磁电源也是从本机直接获得的。励磁电源也是从本机直接获得的。 不同是自励式直流励磁机为了调整电压需用一个不同是自励式直流励磁机为了调整电压需用一个磁场电阻；而自励式交流励磁机为了维持其端电磁场电阻；而自励式交流

30、励磁机为了维持其端电压恒定，则改用了可控整流元件。压恒定，则改用了可控整流元件。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化616161（二）交流励磁机励磁系统（二）交流励磁机励磁系统/2(2) 他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统 主励磁机频率为主励磁机频率为100Hz，副励磁机的频率一般为，副励磁机的频率一般为500Hz，以组成快速的励磁系统。以组成快速的励磁系统。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化626262（二）交流励磁机励磁系统（二）交流励磁机励磁系统/3(3) 无刷励磁系统无刷励磁系统 副励磁机副励磁机是永磁发电机，其是永磁发电机，其磁极是旋转

31、的，电枢是静止磁极是旋转的，电枢是静止的。的。 交流励磁机则正好相反，交流励磁机则正好相反，交流励磁机的电枢、硅整流元件、发电机的交流励磁机的电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一根轴上旋转励磁绕组都在同一根轴上旋转，所以它们之间不需要任何滑环与炭刷，所以它们之间不需要任何滑环与炭刷等接触部件，这就实现了无刷励磁。等接触部件，这就实现了无刷励磁。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化636363（二）交流励磁机励磁系统（二）交流励磁机励磁系统/4(3) 无刷励磁系统无刷励磁系统 特别适合大容量机组特别适合大容量机组 无炭刷和滑环，维护工作量可大为减少。无炭刷和滑环，维护工作

32、量可大为减少。 发电机励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高。并发电机励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高。并且由于无刷，整个励磁系统可靠性更高。且由于无刷，整个励磁系统可靠性更高。 无接触部件的磨损，因而没有炭粉和铜末引起的对无接触部件的磨损，因而没有炭粉和铜末引起的对电机绕组的污染，电机的绝缘寿命较长。电机绕组的污染，电机的绝缘寿命较长。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化646464（二）交流励磁机励磁系统（二）交流励磁机励磁系统/5(3) 无刷励磁系统无刷励磁系统 发电机转子及其励磁电路都随轴旋转，故转子回路中不发电机转子及其励磁电路都随轴旋转，故转子回路中不能接入灭磁设备

33、，转子回路无法实现直接灭磁，也无法能接入灭磁设备，转子回路无法实现直接灭磁，也无法实现对励磁系统的常规检测（如转子电流、电压，转子实现对励磁系统的常规检测（如转子电流、电压，转子绝缘等），必须采用特殊的测试方法。绝缘等），必须采用特殊的测试方法。 要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，能要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，能承受高速旋转的离心力。承受高速旋转的离心力。 发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，因而励磁系统的响应速度较慢。因而励磁系统的响应速度较慢。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化65

34、6565（三）发电机自并励系统（三）发电机自并励系统/1该系统励磁电源不用励磁机，直接由同步发电机输出端通过该系统励磁电源不用励磁机，直接由同步发电机输出端通过可控整流器取得励磁电流。因这种励磁装置没有转动部分，可控整流器取得励磁电流。因这种励磁装置没有转动部分，故又称为静止励磁系统，适用于故又称为静止励磁系统，适用于300MW以上系统。以上系统。 山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化666666（三）发电机自并励系统（三）发电机自并励系统/2（1）励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，设备维护）励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，设备维护简单，可靠件高。简单，可靠件高

35、。（2）取消了励磁机，可缩短主轴长度，减少基建投资。）取消了励磁机，可缩短主轴长度，减少基建投资。（3）直接利用晶闸管取得励磁功率控制转子电压，可获得较）直接利用晶闸管取得励磁功率控制转子电压，可获得较快的励磁电压响应速度。快的励磁电压响应速度。主要优点：主要优点：山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化676767（一）励磁调节器的基本特性与框图（一）励磁调节器的基本特性与框图/1输入量：输入量：发电机电压发电机电压输出量：输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为功能：功能：一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联一是保持发电机的端电压

36、不变；其次是保持并联 机组间无功电流的合理分配。机组间无功电流的合理分配。UGIAVR励磁调节器是一个闭环比例调节器。励磁调节器是一个闭环比例调节器。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化686868（一）励磁调节器的基本特性与框图（一）励磁调节器的基本特性与框图/2 人工不断调整人工不断调整 RP RP 的大小，以达到维持其端电压不变的目的的大小，以达到维持其端电压不变的目的 人工在调压过程中的作用可用右图中的人工在调压过程中的作用可用右图中的abab线段来表示线段来表示 人工和发电机形成了一个人工和发电机形成了一个“封闭回路封闭回路”山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化

37、电力系统自动化696969（一）励磁调节器的基本特性与框图（一）励磁调节器的基本特性与框图/3自动励磁系统基本原理框图自动励磁系统基本原理框图山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化707070（一）励磁调节器的基本特性与框图（一）励磁调节器的基本特性与框图/4 基本环节基本环节：测量、放大、同步、触发，实现电压调节：测量、放大、同步、触发，实现电压调节和无功功率分配等最基本的调节功能。和无功功率分配等最基本的调节功能。 辅助控制辅助控制：是为满足发电机不同工况，改善电力系统：是为满足发电机不同工况，改善电力系统稳定性，改善励磁控制系统动态特性而设置的单元。稳定性，改善励磁控制系

38、统动态特性而设置的单元。 当自动励磁调节器退出后，由自动切换装置将手控单当自动励磁调节器退出后，由自动切换装置将手控单元投入。元投入。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化717171（一）励磁调节器的基本特性与框图（一）励磁调节器的基本特性与框图/5 基本控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成基本控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成 测量比较单元测量比较单元：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相比较得出电压的偏差信号。测量比较单元由电的基准电压相比较得出电压的偏差信号。测量比较单元由电压测量、比较整定环节组成。压

39、测量、比较整定环节组成。 综合放大单元综合放大单元：输入信号中，除基本控制部分电压偏差信号：输入信号中，除基本控制部分电压偏差信号外，为适应发电机各种工况的工作，还需要多种辅助控制信外，为适应发电机各种工况的工作，还需要多种辅助控制信号，如最大、最小励磁限制信号等。号，如最大、最小励磁限制信号等。 移相触发单元移相触发单元：输出单元，根据综合放大单元送来的综合控：输出单元，根据综合放大单元送来的综合控制信号的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整流单元的晶制信号的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整流单元的晶闸管，从而改变可控整流电路的输出。闸管，从而改变可控整流电路的输出。山东理工大学山东理工大学

40、 电力系统自动化电力系统自动化727272（二）励磁控制系统的静态工作特性（二）励磁控制系统的静态工作特性/1 静态工作特性的合成如图，图中的静态工作特性的合成如图，图中的K1、K2、K3、K4分别表示各单元的增益。分别表示各单元的增益。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化737373（二）励磁控制系统的静态工作特性（二）励磁控制系统的静态工作特性/2调节器的放大调节器的放大倍数倍数K等于各等于各组成单元放大组成单元放大倍数的乘积。倍数的乘积。AVRGREGUKUU山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）发电机励磁自动控制系统静态特性（三）发电机励磁自动控

41、制系统静态特性/1发电机励磁自动控制系统发电机励磁自动控制系统= =励磁系统励磁系统+ +发电机发电机()EFQIf I()GQUf I山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）发电机励磁自动控制系统静态特性（三）发电机励磁自动控制系统静态特性/2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）发电机励磁自动控制系统静态特性（三）发电机励磁自动控制系统静态特性/3()GQUf I调节特性稍有下倾，下倾的程度是调节特性稍有下倾，下倾的程度是表征发电机励磁控制系统运行特性表征发电机励磁控制系统运行特性的一个重要参数的一个重要参数调差系数调差系数。121*2*GGGGG

42、GNUUUUUU为发电机额定电压为发电机额定电压为空载运行的发电机电压为空载运行的发电机电压带额定无功电流时的发电机电压带额定无功电流时的发电机电压GNU1GU2GU山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）发电机励磁自动控制系统静态特性（三）发电机励磁自动控制系统静态特性/4山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（四）发电机励磁自动控制系统静态特性（四）发电机励磁自动控制系统静态特性/5发电机投发电机投入或退出入或退出电网运行电网运行时，要求时，要求能平稳地能平稳地转移负荷，转移负荷，不要引起不要引起对电网的对电网的冲击。冲击。 山东理工大学山东理工大学 电

43、力系统自动化电力系统自动化（四）发电机励磁自动控制系统静态特性（四）发电机励磁自动控制系统静态特性/6山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化电压调节电压调节反馈型电压反馈型电压调节器调节器补偿型电压补偿型电压调节器调节器按被调量（发电机电压）按被调量（发电机电压）与给定量（设定值）之间与给定量（设定值）之间的差值进行调节，属于的差值进行调节，属于闭闭环反馈控制环反馈控制，能较好的维，能较好的维持电压水平，持电压水平，广泛应用广泛应用。由于补偿的局限性，很难由于补偿的局限性，很难获得理想补偿，不能维持获得理想补偿，不能维持电压水平。电压水平。电子型电子型发展阶段：发展阶段：机电型

44、机电型数字式数字式山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（一）机电型电压调节器（一）机电型电压调节器 只调节电压只调节电压 调节线圈中的电流调节线圈中的电流与发电机电压成正与发电机电压成正比，调节线圈中的比，调节线圈中的电流产生磁场力作电流产生磁场力作用于变阻器，从而用于变阻器，从而改变励磁机磁场电改变励磁机磁场电阻来调节发电机的阻来调节发电机的电压电压山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（二）电子型励磁调节器（二）电子型励磁调节器山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（二）电子型励磁调节器（二）电子型励磁调节器 基本控制基本控制实现电压调节和

45、无功功率分配等基本的调实现电压调节和无功功率分配等基本的调节功能。节功能。 辅助功能辅助功能是为了满足发电机的不同运行工况，改善是为了满足发电机的不同运行工况，改善电力系统稳定性，改善励磁控制系统动态性能而设电力系统稳定性，改善励磁控制系统动态性能而设置的单元，如励磁系统稳定器、电力系统稳定器和置的单元，如励磁系统稳定器、电力系统稳定器和励磁限制器等。励磁限制器等。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）数字式励磁调节器（三）数字式励磁调节器 功能全面功能全面 灵活性强灵活性强 广泛使用广泛使用山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化85电压是电能的两大质量指

46、标之一。发电机励磁电压是电能的两大质量指标之一。发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。同时，同步发电机励磁的自组间无功功率的分配。同时，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起看十分重要的作高电力系统运行的可靠性方面都起看十分重要的作用。用。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。定时器计数时间山东理工

47、大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化86第四节第四节 发电机有功功率的自动发电机有功功率的自动调节调节山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化87山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（一）电力系统的频率（一）电力系统的频率/1 频率是电能质量的重要指标之一频率是电能质量的重要指标之一 在稳态条件下，电力系统的频率是一个全系统一致在稳态条件下，电力系统的频率是一个全系统一致的运行参数。的运行参数。 在稳态电力系统中，在稳态电力系统中，机组发出的功率机组发出的功率与整个系统的与整个系统的负荷功率负荷功率加系统总损耗之和是加系统总损耗之和是相等相等的。的。

48、当系统的负荷功率增加时，系统就出现了功率缺额。当系统的负荷功率增加时，系统就出现了功率缺额。此时，机组的转速下降，整个系统的频率降低。此时，机组的转速下降，整个系统的频率降低。调频就是通过调整各机组的出力来达到系统有功平衡的措施调频就是通过调整各机组的出力来达到系统有功平衡的措施山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（二）电力系统的负荷（二）电力系统的负荷/1负荷总的变化情况负荷总的变化情况 随机分量随机分量 脉冲分量脉冲分量 持续分量持续分量山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（二）电力系统的负荷（二）电力系统的负荷/ 2 电力系统自动化电力系统自动化90

49、系统负荷可看作以下三种不同变化规律的变动负荷组成：系统负荷可看作以下三种不同变化规律的变动负荷组成：（1 1）变动周期小于）变动周期小于10s10s，变化幅度小，变化幅度小: :小操作、线路摇摆等小操作、线路摇摆等（3 3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2 2）变动周期在（）变动周期在（10s10s，180s180s），变化幅度较大：大电机、），变化幅度较大：大电机、 电炉启停电炉启停调速器调速器频率的一次调整频率的一次调整调频器调频器频率的二次调整频率的二次调整根据预测负根据预测负荷，在各机荷，在各机组间进行最组间进行最优

50、负荷分配优负荷分配电力系统的经济运行调度电力系统的经济运行调度（发电计划）（发电计划）山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（二）电力系统负荷的调节效应（二）电力系统负荷的调节效应负荷的功率负荷的功率频率特性频率特性可表示为可表示为2012()()()nLLNLNLNnLNNNNfffPa Pa Pa Pa Pfff 频率上升时，负荷需求功率随之增加，阻止频率的上升频率上升时，负荷需求功率随之增加，阻止频率的上升 频率下降时，负荷需求功率跟着下降，抑止频率的下降频率下降时，负荷需求功率跟着下降，抑止频率的下降山东理工大学山东理工大学系统负荷增加系统负荷增加频率下降频率下降 电力

51、系统自动化电力系统自动化（三）发电机组的功率（三）发电机组的功率频率特性频率特性/1 发电机组转速的调整是由发电机组转速的调整是由原动机的调速系统原动机的调速系统来实现的。来实现的。 发电机组的功率发电机组的功率频率特性取决于调速系统的特性。频率特性取决于调速系统的特性。(,)GaNPf1(,)GbPfa点点b点点发电机在调速器作用发电机在调速器作用下输出功率增加下输出功率增加山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）发电机组的功率（三）发电机组的功率频率特性频率特性/2GfRP */NGGNGfffRPPP *1GGPKRf 山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统

52、自动化（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系/2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（五）电力系统的频率特性（五）电力系统的频率特性/1电力系统功率电力系统功率频率关系频率关系 电力系统功率频率特性可以看成由上面两个环节构成电力系统功率频率特性可以看成由上面两个环节构成的一个闭环系统的特性的一个闭环系统的特性 发电机组的功率发电机组的功率频率特性曲线与负荷的功率频率特性曲线与负荷的功率频率频率特性曲

53、线的交点就是电力系统频率的稳定运行点特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（五）电力系统的频率特性（五）电力系统的频率特性/2电力系统频率特性电力系统频率特性山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（五）电力系统的频率特性（五）电力系统的频率特性/3电力系统频率特性电力系统频率特性山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（五）电力系统的频率特性（五）电力系统的频率特性/4电力系统频率特性电力系统频率特性山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（五）电力系统的频率特性（五）电力系统的频率特性/5

54、并列运行的发电机组都装有调速器并列运行的发电机组都装有调速器 系统负荷变化时，系统负荷变化时，有可调容量的发电机组有可调容量的发电机组均按各自的均按各自的频率调节特性频率调节特性参加频率的一次调节参加频率的一次调节 频率的频率的二次调节只有部分发电厂二次调节只有部分发电厂（或发电机组）承担，（或发电机组）承担，称为调频厂。称为调频厂。 非调频厂只参加频率的一次调节任务，或只按调度中非调频厂只参加频率的一次调节任务，或只按调度中心预先安排的负荷曲线运行，不参加频率的二次调节。心预先安排的负荷曲线运行，不参加频率的二次调节。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化电气液压调速器电气液

55、压调速器调速器调速器机械液压调速器机械液压调速器按其控制准则来划分按其控制准则来划分比例比例积分积分微分（微分（PID）调速器）调速器调速器调速器比例积分（比例积分（PI）调速器）调速器山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（一）机械液压调速器（一）机械液压调速器/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（一）机械液压调速器（一）机械液压调速器/2山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（一）机械液压调速器（一）机械液压调速器/3山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（一）机械液压调速器（一）机械液压调速器/4山东理工大学山东理工大

56、学 电力系统自动化电力系统自动化（二）功率（二）功率-频率电液调速器频率电液调速器/1山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（二）功率（二）功率-频率电液调速器频率电液调速器/2 转速测量转速测量由磁阻发送器和频率由磁阻发送器和频率电压变送器完成。电压变送器完成。磁阻发送器的作用是将转速转换为相应频率的电压磁阻发送器的作用是将转速转换为相应频率的电压信号。信号。 功率测量功率测量通常用磁性乘法器和霍尔效应原理等将发通常用磁性乘法器和霍尔效应原理等将发电机的有功功率转换成与之成正比的直流电压。电机的有功功率转换成与之成正比的直流电压。 电液转换器及液压系统电液转换器及液压系统把调

57、节量由电量转换为非电把调节量由电量转换为非电量油压。量油压。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化（三）数字式电液调速器（三）数字式电液调速器/1已广泛应用，它已广泛应用，它与模拟电液调速与模拟电液调速器的主要区别是器的主要区别是控制电路部分的控制电路部分的功能用微机来实功能用微机来实现现。山东理工大学山东理工大学 调速器的调节控制规律由计算机实现调速器的调节控制规律由计算机实现 使用了使用了CPU主机后，可以充分发挥计算机高速运算和逻辑主机后，可以充分发挥计算机高速运算和逻辑判断优势，除了完成调速和负载控制功能外，还可实现机判断优势，除了完成调速和负载控制功能外，还可实现机组

58、自启动控制功能组自启动控制功能 电力系统自动化电力系统自动化（三）数字式电液调速器（三）数字式电液调速器/1极大地提高了电厂自动化程度。极大地提高了电厂自动化程度。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化110频率是电能质量的重要指标之一，系统频率的频率是电能质量的重要指标之一，系统频率的变化是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之变化是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致。间失去平衡所致。调频就是通过调整各机组的出力来达到系统有调频就是通过调整各机组的出力来达到系统有功平衡的措施。发电机组的调频通过调速器实现。功平衡的措施。发电机组的调频通过调速器实现。定时器计

59、数时间山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化111第五节第五节 发电厂综合自动化系统发电厂综合自动化系统山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化112山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化 发电厂综合自动化是一种发电厂综合自动化是一种集控制、管理、决策为一体集控制、管理、决策为一体的全的全局自动化局自动化 采用计算机监控系统的优点如下：采用计算机监控系统的优点如下：（1）可提高机组、全厂和电力系统的运行效率；）可提高机组、全厂和电力系统的运行效率；（2）可进行电力系统的安全分析、经济调度等，可减少）可进行电力系统的安全分析、经济调度等，可减少事故，

60、避免重大事故和事故扩大；事故，避免重大事故和事故扩大；（3）控制方式灵活，控制质量提高；）控制方式灵活，控制质量提高；（4）减轻劳动强度，减员增效，提高管理水平；）减轻劳动强度，减员增效，提高管理水平；（5）提高电能质量，提高电力系统的稳定性。）提高电能质量，提高电力系统的稳定性。山东理工大学山东理工大学 电力系统自动化电力系统自动化 在发电厂广泛应用了在发电厂广泛应用了分散控制系统分散控制系统(Distributed Control System，DCS)，也称为，也称为集散控制系统集散控制系统 DCS是一个由是一个由过程控制级过程控制级和和过程监控级过程监控级组成的以组成的以通信网络通信网