发电机自动励磁调节系统论述

发电机自动励磁调节系统论述 摘 要： 同步发电机的运行特性与其空载电动势的大小有关，而空载电动势是发电机励磁电流的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性。因此对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实行控制的重要内容之一。在电力系统运行中同步发电机的励磁电流无论在正常或是事故情况下, 都要进行调节。同步发电机励磁电流的改变会引起机端电压或无功功率的变化。对单独运行的发电机来说,引起机端电压变化的主要因素是无功电流的变化, 要保持端电压不变, 必须相应调整发电机的励磁电流。因此, 调节励磁电流, 可维持端电压不变, 并且能调节无功功率。励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。励磁系统是同步发电机的重要组成部分, 在电力系统中起着非常重要的作用，是发电机的心脏。关键词： 同步发电机，励磁系统，励磁调节器ABSTRACTSynchronous generator excitation control is an important part of the implementation of the control of the generator running. Automatic control of synchronous generator excitation power quality guarantee, reasonable distribution of reactive power and improve power system reliability negative plays a very important role. Excitation system generally consists of two excitation power unit and the field excitation power adjusting unit composed of the rotor of synchronous generators DC current, i.e., the excitation current; field excitation regulator controls the output of the power unit according to the input signal and adjusting the given criteria. The entire field of automatic control system is composed of excitation regulator, and generator excitation power unit consisting of a feedback control system. Key Words：Synchronous generators, Excitation system, Excitation regulator绪论：在电力系统运行中同步发电机的励磁电流无论在正常或是事故情况下, 都要进行调节。同步发电机励磁电流的改变会引起机端电压或无功功率的变化。对单独运行的发电机来说,引起机端电压变化的主要因素是无功电流的变化, 要保持端电压不变, 必须相应调整发电机的励磁电流。因此, 调节励磁电流, 可维持端电压不变, 并且能调节无功功率。电力系统正常运行时，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组间无功功率的分配。在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降。为此，当系统发生故障时要求发电机迅速增大励磁电流以维持电网的电压水平及稳定性。可见，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高电力系统的可靠性反面都起着十分重要的作用。励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。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。发电机励磁调节系统在电力系统中起着非常重要的作用。现代励磁调节系统功能越来越强大，为保证发电机及励磁系统本身的安全运行，其保护及限制功能也更加完善，应通过励磁调节充分发挥发电机的作用，以提高电网的稳定性。1.同步发电机励磁控制系统的任务1.1电压控制电力系统在正常运行时，负荷总是波动的，同步发电机的功率也就相应的变化。随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平。励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务。发电机的向量如图所示。发电机感应电动势与端电压的数值关系为一般很小可以近似认为cos1，于是可得简化的运算式为。上式说明，负荷的无功电流是造成与数值差的主要原因，发电机无功电流越大，两者之间的差值越大。图1.同步发电机矢量图1.2控制无功功率的分配1.2.1同步发电机与无穷大系统母线并联运行 图2.同步发电机与无穷大母线并联矢量图从图2中的矢量关系可以看到，感应电动势的端点只能沿着AA虚线变化，而发电机电流的端点则沿着BB虚线变化。因为发电机端电压为定值，所以发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角值得大小，因此，与无限大容量母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。1.2.2并联运行各发电机间无功功率的分配当两台以上的同步发电机并联运行时，发电机G1和G2端电压都等于母线电压，它们发送的无功功率电流值和之和必须等于母线总负荷电流的无功分量值，即= +1.3提高同步发电机并联运行的稳定性保持同步发电机稳定性运行是保证电力系统可靠供电的首要条件。电力系统在运行中随时都可能受到各种干扰，在扰动后，发电机组能够恢复到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态，则系统是稳定的。其主要标志是在暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。2.对励磁系统的基本要求2.1对励磁调节器的要求具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化；系统正常运行时，励磁调节器能反应发电机电压高低，以维持发电机电压在给定水平；励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区；励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能。2.2对励磁功率单元的要求要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量；具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。3. 励磁调节方式3.1按电压偏差的比例调节是一个以电压为被调量的负反馈控制系统, 被调量与给定量的偏差越大, 调节作用越强, 这种调节系统, 不管引起被调量变化的原因是什么, 只要被调量变化, 调节系统都能进行调整。为使被调量维持在给定水平有两种方法, 一种方法是通过自动调节励磁装置的调节作用, 改变励磁机的附加励磁电流, 附加励磁电流与机端电压的变化量成正比。另一种方法是通过自动调节励磁装置的调节作用, 改变可控整流桥中可控硅的导通角来改变励磁电流维持机端电压在给定水平上, 导通角的大小与机端电压的变化量有关。3.2 按定子电流、功率因素的补偿调节同步发电机由于电枢反应的存在, 当励磁电流保持不变时, 在功率因素滞后情况下, 机端电压随定子电流的增大而下降, 在同样的定子电流下, 功率因数(滞后)愈低, 机端电压降得愈多。同步发电机的端电压受定子电流和功率因数变化的影响, 在这种补偿调节中作为输入量的定子电流并非是被调量,它只补偿由于定子电流变化所引起的端电压的变化, 仅起到补偿作用, 对补偿后机端电压的高低并不能直接进行调节。另一种补偿调节为相位补偿调节, 它能补偿定子电流和功率因素变化对机端电压的影响, 所以在运行中机端电压随定子电流、功率因素的变化不大。4. 失磁的危害 1、低励或失磁的发电机, 不但不能向系统发感性无功, 反而从电力系统吸收感性无功, 系统出现感性无功差额, 引起电力系统电压下降。若电压下降幅度太大,将可能会导致电力系统电压崩溃而瓦解。2、对于大型发电机组, 在失磁后系统将要向其输送大量的无功电流, 这将可能会引起电力系统的震荡。3、失磁后, 由于出现转差, 在发电机转子绕组和转子铁心表面感应出差频电流。差频电流在转子回路中产生的附加损耗,如果超出允许值, 将使转子绕组及转子铁心过热。4、低励或失磁的发电机进入异步运行后, 由机端观测的发电机等效电抗降低, 从电力系统中吸收的无功功率增大。低励或失磁前带的有功功率越大, 转差就越大, 等效电抗就越小, 所吸收的无功功率就越大。5、对于直接冷却、高利用率的大型汽轮发电机, 其平均异步转矩的最大值较小、惯性常数也相对降低、转子在纵轴和横轴方面也呈现比较明显的不对称。6、低励或失磁运行时, 定子端部漏磁增强, 将使端部和边缘铁芯过热, 实际上, 这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。5 失磁运行的条件由上可见, 失磁不仅对发电机本身有影响, 对电力系统也有不良影响, 因此, 只有满足一定条件后, 才允许发电机失磁运行,其条件是:1、定子电流不超过额定值;2、转子各部分温度不超过允许值;3、发电机端电压不应低于0.9倍额定电压。6 失磁后的处理及正面意义发电机失磁后转子电压指示等于或接近零, 发电机母线电压降低并摆动, 有功指示较低并摆动, 定子电流指示升高并摆动,无功指示零下。发电机失磁后首先降低有功负荷使静子电流不超过规定值, 然后停止自动调节励磁装置, 在30 分钟内如果故障排除不了, 应停机处理。可见, 发生失磁故障后,发电机可继续向系统供给一定的有功功率,不必匆忙将发电机与系统解列, 以争取一定时排除失磁的原因, 使发电机恢复激磁运行。这对保证供电安全和稳定运行具有重要意义。即失磁有有利的一面又有不利的一面, 我们要双重的考虑它, 分析它, 处理问题时具体情况具体分析。结论：在电力系统运行中采用自动调节励磁装置后, 不仅提高了调节质量, 而且大大减轻了值班运行人员的劳动, 随着控制理论的发展及新的设备及技术的应用，励磁系统功能将更加完善，稳定性和可靠性也会大大提高，在庞大复杂的电网中将发挥更大作用。