励磁系统基本原理及控制分类介绍(刘国华).ppt

1、南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,励磁控制基本原理及分类介绍 刘国华 南瑞集团公司电气控制分公司,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,励磁控制基本原理及系统分类介绍,二、励磁控制系统分类与配置,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,1、维持发电机或其他控制点的电压在给定水平 1）保证电力系统运行设备的安全。 2）保证发电机运行的经济性。 3）提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统 定的要求在许多方面是一致的。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究

2、院,2、控制并联运行机组无功功率合理分配,励磁控制基本原理及系统分类介绍,一、励磁控制系统的主要任务,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,3、提高电力系统的稳定性 1）励磁控制系统对静态稳定的影响 式中Eq一发电机内电势; Us一受端电网电压; Xd一发电机与电网间的总电抗。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,励磁控制基本原理及系统分类介绍,1）励磁控制系统对静态稳定的影响,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,励磁系统的电压放大倍数Kou与励磁系统的时间常数Te以及转子功角间具

3、有图中所示关系。 在同一转子功角下,随时间常数Te增加,为保证发电机稳定运行所允许的电压放大系数增加;在同一时间常数Te下,随转子功角的增加所允许的电压放大系数减少。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,1）励磁控制系统对静态稳定的影响,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,2）励磁控制系统对暂态稳定的影响 X=Xd+XT+Xe/2,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,励磁控制基本原理及系统分类介绍,曲线2表示切除短路故障线路后的功率特性曲线。 由于线路阻抗由Xe/2增加到Xe,使功率特性曲线的幅值减小, 其中X

4、=Xd+XT+Xe。 曲线3表示故障中的功率特性曲线。,2）励磁控制系统对暂态稳定的影响,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,励磁控制基本原理及系统分类介绍,2）励磁控制系统对暂态稳定的影响,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,提高暂态稳定性的方法：减小加速面积或增大减速面积。 即加快故障切除时间,或在提高励磁系统励磁电压响应比的同时,提高强行励磁电压倍数。 正常时,发电机的工作点在功率特性曲线1的a处；当发生短路事故时,相应功率特性曲线为曲线3。若此时提供强行励磁以迅速提高发电机内电势Eq,使功率特性曲线由bc段增加到bc段,由此在故障

5、切除前减少了加速面积 (由abcd减少到abcd)。在=c故障切除后亦能增加减速面积(由曲线2的dehg增加到dehg)。 如面积dehg等于面积deff,则可使转子功角最大值由m降到m,明显地提高了暂态稳定性。励磁顶值电压越高,电压响应比越快,励磁调节对改善暂态稳定的效果越明显。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,2）励磁控制系统对暂态稳定的影响,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,3）励磁控制系统对动态稳定的影响 励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱(甚至变负)的最重要的原因之一。 解决电压调节精度和动态稳定性之间矛盾的有效措施，是在励

6、磁控制系统中增加其它控制信号。这种控制信号可以提供正的阻尼作用，使整个励磁控制系统提供的阻尼是正的，而使提高动态稳定极限的水平。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,一、励磁控制系统的主要任务,4、保护发电机及其相关设备,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,二、励磁控制系统分类与配置,1、交流励磁机系统 1）它励交流励磁机系统（三机它励励磁系统）,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其

7、磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。,二、励磁控制系统分类与配置,1）它励交流励磁机系统（三机它励励磁系统）,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,2）自励交流励磁机系统 交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；自动励磁调节器控制可控硅，调整其输出电流。称为两机它励励磁系统。 励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,二

8、、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,（两机它励励磁系统）,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,（两机一变励磁系统）,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,二、励磁控制系统分类与配置,3）无刷励磁系统,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,二、励磁控制系统分类与配置,2、静止励磁系统,1）自并励励磁系统,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,2) 直流侧叠加的自复

9、激方式 在自并励的基础上加一台与发电机定子回路串 联的励磁变压器，后者另供给一套硅整流装置，二者在直流侧叠加，则构成直流侧叠加的自励方式。叠加方式分为电流叠加（直流侧并联）和电压叠加（直流侧串联）两种方式。,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,直流侧并联的自复激方式，在我国一些中、小型汽轮发电机和水轮发电机上采用较早，有一定的运行经验，但未得到推广。因为在系统中短路时，复励部分与自并励部分协调配合较差，此外，励磁变流器副方尖峰过电压问题也比较严重。,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统

10、分类介绍,交流侧并联的自复激励磁系统,二、励磁控制系统分类与配置,3）交流侧电压叠加的自复激励磁系统,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,交流侧串联的自复激励磁系统,二、励磁控制系统分类与配置,3）交流侧电压叠加的自复激励磁系统,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,3、直流励磁机系统 用专门的直流发电机向同步发电机转子回路提供励磁电流的系统称为直流励磁机系统。其中的直流发电机被称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴。 直流励磁机系统又分为自励与它励两种方式。,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁

11、控制基本原理及系统分类介绍,1) 自励直流励磁机系统,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,2) 它励直流励磁机系统,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,自并激励磁系统的基本配置 自并激静止励磁系统主要由励磁变压器、可控硅整流桥、自动励磁调节器及起励装置、转子过电压保护与灭磁装置等组成。,二、励磁控制系统分类与配置,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,FWL/B型静止励磁系统接线原理及分部组成,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,三、励磁控制系统

12、的调节和控制,1、PID调节及其算法 按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器, 是连续系统控制中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。 比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对稳定性降低，而且不能消除稳态误差； 积分调节可以消除稳态误差； 微分调节可以提高控制系统的稳定性，相应可以增加比例调节放大倍数。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,三、励磁控制系统的调节和控制,励磁控制基本原理及系统分类介绍,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,1.1 并联PID调节：(理想PID调节) 输入输出之间微分方程为： Kp -一-比例系数用于提高控制系统的响应速度,

13、以减少静态偏差; Ti 一一积分时间常数用于消除静态误差; Td 一一微分时间常数用于改善系统的动态性能。 连续系统传递函数为：,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,对于计算机控制,必须将上式离散化,用差分方程代替微分方程。采用梯形积分来逼近积分,采用后向差分来逼近微分,可得PID数字控制算法: 离散系统全量式差分方程为： 离散系统增量式差分方程为：,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自

14、动化研究院,1.2 串联PID调节： 在模拟电路控制中无法采用理想PID控制，而代之以下 述串联式 PID。,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,2、 转子电压软负反馈（励磁系统稳定器ESS）,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,3、 励磁电压硬负反馈,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,3、 励磁电压硬负反馈,励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节和控制,南京南瑞集团公司 国电自动化研究院,4、 PSS(电力系统稳定器),励磁控制基本原理及系统分类介绍,三、励磁控制系统的调节