第4次课-励磁调节器

电力系统自动控制技术第4次——励磁调节器2026/8/302上次课内容同步发电机励磁调节系统的含义与任务含义与组成：任务：5大任务及展开同步发电机励磁调节系统分类及特点直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统静止励磁系统同步发电机励磁系统性能指标大小：强励倍数、顶值电压快慢：电压响应比2026/8/303本次课内容自动励磁调节系统的原理和基本构成理解闭环反馈控制系统熟记基本原理框图自动励磁调节系统主要环节及功能4大环节名称及功能励磁调节器的辅助控制类别及含义励磁调节器的静态工作特性及发电机外特性励磁调节器的静态工作特性含义及影响因素发电机外特性典型曲线及调整2026/8/3041.1自动励磁调节基本原理励磁调节单元的最基本部分是一个闭环比例调节器。它的输入量是发电机电压，输出量是励磁机的励磁电流或发电机转子电流。根据发电机端电压反馈调节励磁电流（励磁电压）基本功能：保持发电机的端电压不变；保持并联机组间无功电流的稳定分配人工励磁调节的自动化发展结果图2-22励磁系统一例图2-23人工调压的作用2026/8/3051.2自动励磁调节系统基本构成将测得的发电机端电压与基准电压进行比较差值作为前置功率放大级的输入信息在功率放大级的末端输出一个与此差值反方向变化的励磁调整电压①测量比较②综合放大③移相触发④手动/自动切换调差控制2026/8/3062自动励磁调节系统主要环节励磁调节器的型式很多，但自动控制系统的核心部分却很相似。以自并励静止励磁为例：基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发、手动/自动切换等单元组成。测量比较：完成电压测量、给定电压的设定和电压测量偏差信号的形成综合放大：综合偏差信号、调差信号、励磁限制、反馈补偿、稳定控制等各种信号，并加以放大移相触发：根据综合放大单元产生的控制信号大小，产生触发脉冲（解非线性单元）手动/自动切换：自动励磁调节器（AC）和手动励磁调节器（DC）的自动切换2026/8/3072.1自动励磁调节系统主要环节——测量比较功能：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定基准电压相比较，得出电压偏差信号，由电压测量、比较整定环节组成（1）电压测量环节图2-26电压测量环节原理图将发电机端电压（正序）整流为直流经低通滤波滤除纹波数字实现方式？2026/8/3082.1自动励磁调节系统主要环节——测量比较（2）比较整定——本质为加法器Use：电压偏差UVZ1：固定偏移量，决定调节器最小整定电压UVZ2：可调偏移量，决定调节器的实际给定电压任务：设置参考电压Vref进行偏差放大提供过励和欠励限制2026/8/3092.2自动励磁调节系统主要环节——综合放大输入控制信号按其性质可分为三种类型：被调量控制量（基本控制量）：发电机机端电压偏差值反馈控制量（为改善控制系统动态性能的辅助控制量）：励磁稳定器信号限制控制量（按发电机运行工况要求的特殊限制量）：低励限制等辅助信号：电力系统稳定器输出功能：对各类控制信号进行合并综合并加以放大，得到满足移相触发单元相位控制所需的控制电压任务：多种控制信号的按需发挥作用2026/8/30102.2自动励磁调节系统主要环节——综合放大正竞比电路：输出受输入信号中最高电平控制负竞比电路：输出受输入信号中最低电平控制综合（运算）电路：信号叠加互补输出：提高带负载能力2026/8/30112.3自动励磁调节系统主要环节——移相触发功能：根据综合放大单元送来的综合控制信号，产生可以改变相位的脉冲，用以触发功率整流单元的晶闸管，从而改变可控整流单元的输出，达到调节发电机励磁的目的由同步变压器、同步移相器、脉冲触发器和脉冲给定基准器组成2026/8/30122.4自动励磁调节系统主要环节——手动/自动控制切换由自动励磁（AC）调节器和手动励磁（DC）调节器组成双通道结构正常运行时，AC调节器工作，按发电机端电压对给定值的偏差量大小自动调节发电机励磁，DC调节器作AC调节器的备用当AC调节器故障时，由AC-DC自动切换装置控制，将DC调节器投入运行，可保证发电机的正常运行。为了防止AC调节器向DC调节器切换引起冲击，在励磁调节器中还设有DC调节器自动跟踪AC调节器的自动跟随器，可确保切换冲击最小。2026/8/30133.1励磁调节器的静态工作特性含义：发电机机端电压变化时，调节器如何调整励磁电压静态工作特性，即稳态工作特性各环节等效为放大环节，从机端电压到控制器输出

测量K1

综合放大K2

移相触发K3可控整流K42026/8/30143.1励磁调节器的静态工作特性合成各环节的特性即可得到调节器的整体特性特性：励磁电压与端电压间为负斜率直线关系，斜率为励磁调节系统总放大倍数斜率越大，特性曲线越陡，调节器越灵敏斜率为各环节放大倍数乘积斜率为调差系数倒数2026/8/30153.2发电机无功调节静态特性含义：发电机无功负载与端电压间关系（稳态特性）左图表示发电机额定电压附近的调节特性；励磁机的工作特性在一般情况下是接近线性的，即励磁机定子电流和励磁机的励磁电流IEE之间近似呈线性关系。发电机转子电流就可直接用励磁机励磁电流IEE表示，利用作图法作出发电机无功调节特性曲线UG=f(IQ)发电机外特性=励磁系统特性+发电机特性AVR发电机总特性2026/8/30163.2发电机无功调节静态特性调差系数：电压调整百分数（标幺值）调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力

正调差、负调差、无差调节励磁调节器总的放大倍数K越大，ab直线越平缓，调差系数就越小调差系数调节需要专门方法，不是去调节KUGIQ2026/8/30173.3发电机无功外特性调整调整的必要性：保证并列运行发电机组间无功电流的合理分配，改变调差系数保证发电机能平稳的投入和退出工作，平稳的改变无功负荷，而不发生无功功率的冲击现象，平移调节特性带有励磁调节器时的调差系数一般都小于1％，近似为无差调节一般采用正调差系数，有利于维持稳定运行负调差系数，一般只能在大型发电机-变压器组单元接线时采用，这时发电机外特性具有负调差系数，但考虑变压器阻抗压降以后，在变压器高压侧母线上看，仍具有正调差系数正负调差系数可以通过改变调差接线极性来获得，调差系数一般在3％～5％2026/8/30183.3发电机无功外特性调整（1）调差系数调整：不改变励磁调节系统内部元件结构，在测量元件的输入量中增加一个与无功电流成正比的分量，就获得调整调差系数的效果。图2-39调差系数原理框图测量输入变为测量单元的内部结构并未改变。其放大倍数仍为K1，只将输入量改为有时称调差接线为无功补偿接线2026/8/30193.3发电机无功外特性调整（2）调节特性平移：发电机投入或退出电网运行时，要求能平稳的转移负荷，不要引起对电网的冲击。通过调整参考电压实现减小无功直至退出：从特性1到特性3；投入并增大无功：从特性3到特性1；图2-48调节特性的平移与机组无功功率的关系2026/8/30204自动励磁调节器的辅助控制辅助控制含义：非正常运行工况下，励磁调机器具有的某些特有的限制功能。辅助控制与励磁调节器正常情况下的自动控制的区别是：辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅在发生非正常运行工况，投入某些特有的限制功能通过信号综合放大电路中的竞比闭锁正常的电压控制起控制作用（通过门限电路起作用，如高通门、低通门）包括：最小励磁限制（也称之为“欠励磁限制”）瞬时电流限制最大励磁限制V/Hz限制器2026/8/30214.1自动励磁调节器的辅助控制——最小励磁限制含义：防止发电机励磁电流过低引起发电机过热或静态稳定性不够。发电机欠励时，发电机吸收系统的无功功率，这种运行状态称为进相运行，最小励磁限制决定因素：(1)发电机进相运行时受静态稳定极限的限制(2)防止发电机定子端部过热2026/8/30224.1自动励磁调节器的辅助控制——最小励磁限制在P-Q平面上，绘制出发电机运行容量曲线和临界失步曲线，再在两曲线围定的公共区域内留有适当的裕量，整定一条最小励磁限制线欠励限制器的任务就是确保在任何情况下，将发电机的功率运行点（P、Q）限制在这条最小励磁限制线之上

P(MW)0102030405060708090100110120130140150160170180-Q(Mvar)50474441383532302724211815121074102026/8/30234.2自动励磁调节器的辅助控制——瞬时电流限制含义：限制励磁机励磁电流过大，损害励磁机和发电机安全提升励磁机励磁电压以加速发电机励磁电压上升速度励磁机电压达到发电机允许的励磁顶值电压倍数时，应立即对励磁机的励磁电流加以限制，以防止危及发电机的安全运行2026/8/30244.3自动励磁调节器的辅助控制——最大励磁（电压）限制含义：防止发电机转子绕组长时间过励磁而采取的安全措施过励磁导致发电机励磁电流增长至1.6~2pu，可能导致转子过热转子电压标幺值允许时间转子电压标幺值允许时间1.121201.46301.25602.0810表2-1不同励磁电压的允许时间2026/8/30254.4自动励磁调节器的辅助控制——V/Hz限制含义：防止发电机的端电压与频率的比值过高，避免发电机及与其相连的主变压器铁心饱和而引起的过热发电机端电压可能较高：甩负荷发电机端频率可能较低：机组启动期间2026/8/3026实际列子2026/8/3027实际列子

励磁控制系统的监视信号单元一、监视仪表主要仪表为：1、

发电机电压表2、

发电机定子电流表3、

励磁机磁场电流表4、

电压测量检测器输出电压表5、

信号混合器输出电压表6、

欠励限制器输出电压表7、

最大励磁限制器输出电压