第二章自动发电励磁控制.

1、第一节第一节 概述概述 =基本知识点基本知识点=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、励磁系统的任务和要求一、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励磁功率单元励磁调节器励磁系统同步发电机励磁功率单元励磁调节器同步发电机系统 同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。励磁功率单元向同步发电机的转子提供直流电流，即励磁电流；励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。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。二、励磁控制系统的基本任务二、励磁控制系统的基本任务 n

2、电压调节电压调节n无功功率分配无功功率分配n提高同步发电机并联运行稳定性提高同步发电机并联运行稳定性n改善电力系统运行条件改善电力系统运行条件1、电压调节、电压调节（1）基本关系）基本关系 为空载电动势）（0EEXI jUEqdGGqIGUGEqXdGGdGxI jdQxI jdPxI jGUqEQIPIGI（2）外特性）外特性 表达式：表达式：dQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXIUE近似：严格：cossincos曲线曲线nA：Eq=1.05，xd=0.1，=0；nB：Eq=1.05，xd=0.1，=20；nC：Eq=1.05，xd=0.1，=0,2；ABCIQUG（3）励磁电流对电压

3、的控制）励磁电流对电压的控制 IEFEqUG：励磁电流可以改变机端电压，通过调节励：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磁电流维持机端电压恒定 IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG22、无功功率的分配、无功功率的分配 （1）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 向量图向量图 解析式解析式系统AB21sinsincoscosCEXUEPCIIUIUPqdGqGGPGGGG IEF对无功功率的控制对无功功率的控制 不变；不变；变；变；变变，变coscossinsinGGGGGGGGGEFIUPIIUQIII不变；不变；变；变；变变，变sinsinc

4、oscosdGqGqdGqGGqqEFXUEPEXUEUQEEI（2）并联运行的发电机间的无功功率分配）并联运行的发电机间的无功功率分配 无励磁调节无励磁调节 112121212121212121NNQQNNQQQQQQQQQQQQSSIISSIIIIIIIIIIIIG1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ2 IQ1（2）并联运行的发电机间的无功功率分配）并联运行的发电机间的无功功率分配 有励磁调节有励磁调节 212121212121QQQQNNQQNNQQIIIISSIISSIIG1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ1 IQ23、提高同步发电机并联运行稳定性、提高同步发电机并联运行

5、稳定性 （1）稳定性的概念）稳定性的概念 静态稳定：小干扰后恢复到原状态；静态稳定：小干扰后恢复到原状态；（如：负荷波动）（如：负荷波动）暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；（如：系统故障）（如：系统故障）（2）励磁提高静态稳定性）励磁提高静态稳定性 恒定的恒定的UG：If变变Eq变变UG不变不变 4、改善电力系统运行条件、改善电力系统运行条件（1）异步电动机）异步电动机自启动自启动（2）同步发电机）同步发电机异步运行异步运行（3）继电保护装置）继电保护装置动作动作（4）水轮发电机组）水轮发电机组强行励磁强行励磁三、励磁系统的任务和要求三、励磁系统的

6、任务和要求1、励磁调节器、励磁调节器任务任务要求要求迅速响应输入信息变化时间常数小准确调节发电机电压自然调差系数精确合理分配无功功率电压调差系数范围大人工稳定区域运行无失灵区迅速反映系统故障励磁控制功能2、励磁功率单元、励磁功率单元 任务任务要求要求调节系统电压和本身无功 可靠性、调节容量较强励磁能力頂值电压（强励倍数）快速响应能力电压上升速度 例例1：某电厂有两台发电机在公共母线上并联运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行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定，二号机的额定功率为功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是。两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系

7、数为，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电。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厂无功功率的增量为它们总无功容量的20%，问，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上的电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？压波动是多少？ 解：解：一号机额定无功功率为一号机额定无功功率为QG1=PG1tg1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二号机额定无功功率为二号机额定无功功率为QG2=PG2tg2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因为两台机的调差系数均为因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线，所以公共母线上等值机

8、的调差系数上等值机的调差系数Kadj也为也为0.05。母线电压波动为母线电压波动为 U*=-KadjQ *=-0.050.2= -0.01各机组无功负荷波动量各机组无功负荷波动量:Q1*= -U* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02Q1=Q1*QG1=0.0215.49=3.10(Mvar)Q2*= -U* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02Q2= Q2*QG2=0.0230.99=6.20(Mvar) 一号机组无功负荷增加一号机组无功负荷增加3.10M var, 二号机组的二号机组的无功负增加无功负增加6.20M var。因为调差系数相等，无功。因

9、为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。负荷的波动量与它们的容量成正比。例例2：在例在例1中，若一号机的调差系数中，若一号机的调差系数0.04，二号机调差系数仍为二号机调差系数仍为0.05。当系统无功负。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加荷波动时仍使电厂总无功增加20%，问各，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？压波动是多少？解：解：112212121212121212()/()/GGGGGGGGadjadjGGadjGGadjadjQ QQ QQQQUQQQQKKQQUUKQQKK 12121215.4930.990.04

10、615.4930.99()0.040.05GGadjGGadjadjQQKQQKK 母线电压波动为母线电压波动为 0092. 02 . 0046. 0QKUadj各机组的无功增量各机组的无功增量 23. 004. 0/0092. 0/11adjKUQ185. 005. 0/0092. 0/22adjKUQ56. 349.1523. 0111GQQQ(Mvar)73. 599.30185. 0222GQQQ(Mvar)一号机组的无功负荷增加一号机组的无功负荷增加3.56M var，二号机组的无功负荷增加二号机组的无功负荷增加5.73M var。调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。调差系数小的机

11、承担的无功负荷增量较大。 第二节第二节 同步发电机励磁系统同步发电机励磁系统=基本知识点基本知识点=n直流励磁机励磁系统（旋转励磁）直流励磁机励磁系统（旋转励磁）n交流励磁机励磁系统（旋转励磁）交流励磁机励磁系统（旋转励磁）n发电机自并励系统（静止励磁系统）发电机自并励系统（静止励磁系统）1 原理原理一、直流励磁机励磁系统一、直流励磁机励磁系统GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自励：自励： REE IEE UEF励磁机励磁机发电机发电机他励：他励： REE IEE UEF 副励副励主励主励发电机发电机2特点特点n优点：控制方便优点：控制方便n缺点：有滑环、电刷缺点：有滑环、电刷易

12、产生火花，可靠性不高易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护结构复杂，不易维护3应用应用n中小容量机组（中小容量机组（100MW）n旧型机组旧型机组1 他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统 （1）原理）原理二、交流励磁机励磁系统二、交流励磁机励磁系统500Hz副励磁机副励磁机 100Hz主励磁机主励磁机 50Hz发电机发电机起励电源起励电源副励副励自励恒压自励恒压调节器调节器励磁调节器励磁调节器主励主励交流发电机交流发电机（2）特点）特点n优点：响应速度快（相对优点：响应速度快（相对DC）；）； 容量较大（相对容量较大（相对DC）n缺点：有滑环、电刷缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠

13、性不高易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护结构复杂，不易维护（3）应用）应用n中等容量机组（中等容量机组（ 100MW 300MW ）n我国旧型机组我国旧型机组（1）原理）原理2 无刷励磁系统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）旋转副励副励励磁调节器励磁调节器主励主励交流发电机交流发电机（2）特点）特点n优点：维护工作量少；优点：维护工作量少； 可靠性高可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长无接触磨损，电机绝缘寿命长n缺点：响应速度慢缺点：响应速度慢 不能直接灭磁不能直接灭磁 对机械性能要求高对机械性能要求高（

14、3）应用）应用n大容量机组（大容量机组（ 600MW ）因为没有滑因为没有滑动器件动器件三、静止励磁系统三、静止励磁系统1 原理原理起励电源起励电源励磁调节器励磁调节器交流发电机交流发电机2 特点特点n优点：维护工作量少；优点：维护工作量少； 可靠性高可靠性高 主轴长度短，基建投资少主轴长度短，基建投资少 电压响应速度快电压响应速度快 过电压低过电压低n缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力缺点：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继电保护的动作会受一定影响3 应用应用n大容量机组（大容量机组（ 600MW ）n水轮机组水轮机组因为没有转因为没有转动励磁动励磁第

15、三节第三节 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 =基本知识点基本知识点=n强励、灭磁的定义及作用；强励、灭磁的定义及作用；n强励接线及工作原理；强励接线及工作原理；n灭磁的方法灭磁的方法 一、磁场建立一、磁场建立 1、励磁系统的强励要求、励磁系统的强励要求n转子励磁电压的最大值转子励磁电压的最大值 顶值电压：顶值电压：UEF,max 强励倍数：强励倍数：UEF,max/ UEF,N1.6-2.0n转子磁场的建立速度转子磁场的建立速度 励磁机的响应速度励磁机的响应速度 转子的响应速度转子的响应速度2、励磁机的时间常数、励磁机的时间常数（1）他励）他励回路方程：回路方程：

16、回路电流：回路电流：时间常数：时间常数：EIRdtdILEEEEEEEE)1 ()(tLREEeEtLEEEEtRLT 原理图等效电路图（2）自励）自励回路方程：回路方程：EFEEEEEEEEUIRdtdIL原理图等效电路图00101EkIUEIIEUEFEFEFEF磁化曲线：磁化曲线：回路电流：回路电流：时间常数：时间常数：EEEEEEEEEEkIEIRdtdII0)1 ()(0tLkREEeEtLkRLTEEEEC3、转子磁场的建立时间、转子磁场的建立时间（1）响应时间）响应时间可求中在无需额外计算，已经含tUtUttttUUUtUEFEFEFNEFNEFMEFN0110)%(95（2）电

17、压响应比）电压响应比 可求通常取的实质为磁通变化量，与无法准确计算tUstkdtUkdtUkUUUEFtEFtEFadEF0.5022011二、同步发电机灭磁二、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概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度2要求：要求： 1）灭磁时间要短）灭磁时间要短 2）励磁绕组的电压不应超过允许值。）励磁绕组的电压不应超过允许值。 3灭磁方法灭磁方法（1）直流励磁机）直流励磁机放电灭磁放电灭磁 在励磁绕组中接入一常数电阻在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉。组所储存的能量转变为热能而消耗掉。 LmEttEER

18、RUeIU000maxmLLRRL（2）交流励磁机）交流励磁机逆变灭磁逆变灭磁 控制角控制角在在90150范围内整流桥处于逆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，这样就达到了灭磁场能量不断减少，这样就达到了灭磁 . 1）理想灭磁条件：）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）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 复习与作业复习与作业 n1.何谓强励？说明比例型励磁调节器和补偿

19、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？各自的强型励磁调节器如何实现强励作用？各自的强励效果如何？励效果如何？n2.强励的基本作用是什么？衡量强励性能的强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？指标是什么？n3.继电强行励磁装置在实施接线时应注意哪继电强行励磁装置在实施接线时应注意哪些原则？些原则？n4.何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么，何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么，并加以比较。并加以比较。 第四节第四节 励磁调节器原理励磁调节器原理 =基本知识点基本知识点=n励磁调节器基本功能励磁调节器基本功能 n励磁调节器原理励磁调节器原理 n励磁调节器静态工作特性

20、励磁调节器静态工作特性 n励磁调节器静态工作特性的调整励磁调节器静态工作特性的调整 一、励磁调节器基本功能一、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保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移平稳的转移 无功负荷，不引起对电网无功负荷，不引起对电网的冲击；的冲击； 保证并联运行的发电机组间无功功率的保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。合理分配。二、励磁调节器原理二、励磁调节器原理 1、测量比较单元、测量比较单元（1）电压测量：）电压测量：（2）比较整定：）比较整定：)()(直流交流SEGUUdeREFSEUUU二、励磁调节器原理二、励磁调节器原理 2、综合放大单元、综合

21、放大单元 （1）正竞比电路：励磁信号控制）正竞比电路：励磁信号控制（2）负竞比电路：电压）负竞比电路：电压/频率限制器信号频率限制器信号（3）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅）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）互补输出电路：提高与下一级负载阻抗匹配能力配能力 ：二、励磁调节器原理二、励磁调节器原理 3、移向触发单元、移向触发单元 （1）移向触发：）移向触发： （2）整流输出）整流输出 ：SYMSMUUarccosSYMSMdUUUUU1134. 2cos34. 2三、励磁调节静态工作特性三、励磁调节静态工作特性1静态工作特性的合成静态工作特性的

22、合成（1）平移发电机的外特性）平移发电机的外特性 改变改变RP值，即值，即Uset整定。实现平稳的将发电整定。实现平稳的将发电机投入和退出电网运行机投入和退出电网运行（2）改变发电机的外特性的斜率）改变发电机的外特性的斜率 调整调差系数调整调差系数Kadj，保证并联运行的发电机，保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。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）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

23、静态特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。特性，也称为电压调差特性。 0IGQIAERUG= UGNIGQUGabRP大大RP大大RP小小RP小小（2）发电机机端电压调差率：）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。电压的百分数表示的发电机机端电压变化率。 12100%G