第三章5节励磁调节原理-2课件

一、励磁调节器的原理及发展一、励磁调节器的原理及发展 （一）电压调节的原理（一）电压调节的原理 按调节原理可分为反馈型和补偿型。按调节原理可分为反馈型和补偿型。用负载电流补偿励磁的方法称为用负载电流补偿励磁的方法称为复式励磁复式励磁。发电机的电压却不仅与负载电流有关，而且还受发电机的电压却不仅与负载电流有关，而且还受负载功率因数的影响。因此，励磁补偿需同时计负载功率因数的影响。因此，励磁补偿需同时计及负载电流和功率因数这两个因素才为合理。这及负载电流和功率因数这两个因素才为合理。这种既反映电流大小反映电流相位的复式励磁为种既反映电流大小反映电流相位的复式励磁为相相位复式励磁。位复式励磁。第五节 励磁调节装置原理复式励磁补偿式励磁调节器复式励磁补偿式励磁调节器采用对扰动量进行补偿的调节方式，为采用对扰动量进行补偿的调节方式，为补偿型补偿型励磁调节器励磁调节器。典型的为典型的为复式励磁装置复式励磁装置。与反馈型调节器与反馈型调节器配合使用配合使用，可以减轻反馈控制，可以减轻反馈控制系统的系统的负担负担，加快调节，加快调节速度速度。复式励磁装置也可单独使用，复式励磁装置也可单独使用，典型的为典型的为电磁型复式励磁装置电磁型复式励磁装置1.复式励磁原理复式励磁原理(1)复式励磁原理复式励磁原理当当If不变不变,Ut将随将随感性负荷电流感性负荷电流的变化而变化的变化而变化,因为因为感性电流感性电流产生的产生的去磁电枢反应去磁电枢反应而引起而引起Ut的变化的变化.因此当因此当I发生变化发生变化,要维持要维持Ut在给定范围在给定范围,可采用发可采用发电机电机复励复励的概念的概念,将一个于发电机负荷电流成比例将一个于发电机负荷电流成比例的电流经整流后作为附加励磁电流的电流经整流后作为附加励磁电流(即复励电流即复励电流)加加入励磁入励磁,从而达到改善端电压变化的目的从而达到改善端电压变化的目的.负荷电流负荷电流对应电压调节来讲是一个对应电压调节来讲是一个干扰量干扰量,而复式而复式励磁电流是一种励磁电流是一种补偿作用补偿作用,因此这种调节称为因此这种调节称为反干反干扰量的补偿式调节扰量的补偿式调节.(2)复式励磁装置框图复式励磁装置框图输入为负荷电流输入为负荷电流Ia经复励装置后经复励装置后,得得IfL作为励磁电流作为励磁电流IRC的补充的补充整个系统的整个系统的输出为输出为Ut形成一个形成一个开环的补偿调开环的补偿调节系统节系统.因此因此,从从原理上讲不能保原理上讲不能保证任意电的电压调节质证任意电的电压调节质量量.图图2-21复式励磁装置装置框图复式励磁装置装置框图UtIRCIfLIaIef=IfL+IRCIef2.电磁型复式励磁装置电磁型复式励磁装置Ia是是交流交流,IfL直流直流I1 Ia,IfL I1 Ief=IfL+IRC当当Ia Ut If,而而Ia IfLIef,补偿了因了因Ia导致致 的的 Ut,I1改改变FZB的的变比比及及调节RfL大小可改大小可改变补偿性能性能。投切装置投切装置:RfL=0时,IfL=0,装置平滑切除。装置平滑切除。3.复式励磁的优缺点及改进复式励磁的优缺点及改进导致发电机端电压变化的原因，除了导致发电机端电压变化的原因，除了负荷电流负荷电流外，还与外，还与功功率因数、温度率因数、温度等因素有关。等因素有关。复式励磁复式励磁是是补偿式补偿式调节，不检测补偿后，电压是否恢复到调节，不检测补偿后，电压是否恢复到容许范围。容许范围。要配合直接反应端电压变化的调节器，才能得到较好的电要配合直接反应端电压变化的调节器，才能得到较好的电压调节质量。称为压调节质量。称为电压校正器电压校正器。复式励磁不能补偿所有因素引起的电压变化，运行中必须复式励磁不能补偿所有因素引起的电压变化，运行中必须采用采用反馈型的电压校正器反馈型的电压校正器，才能满足电压水平的要求。，才能满足电压水平的要求。电网中一般都采用反馈型电压调节器。电网中一般都采用反馈型电压调节器。（二）励磁调节器的发展及分类 机械式机械式机电型机电型磁放大器磁放大器电磁型电磁型电子模拟放大器电子模拟放大器电子型电子型CPU存储逻辑存储逻辑数字型数字型20世纪初1950s1960s1980s8/462024/7/13机电型励磁调节器机电型励磁调节器电磁型励磁调节器电磁型励磁调节器电子型励磁调节器电子型励磁调节器数字型励磁调节器数字型励磁调节器 机电型励磁调节器机电型励磁调节器的任务是的任务是调节电压调节电压，其调节线圈中的电流与，其调节线圈中的电流与发电机电压成正比，调节线圈中产生的磁场力作用于变阻器，从而发电机电压成正比，调节线圈中产生的磁场力作用于变阻器，从而改变励磁机磁场电阻以达到调节电压的目的。改变励磁机磁场电阻以达到调节电压的目的。由于它操作中需要克服摩擦力，故而具有由于它操作中需要克服摩擦力，故而具有不灵敏区不灵敏区9/462024/7/13机电型励磁调节器机电型励磁调节器电磁型励磁调节器电磁型励磁调节器电子型励磁调节器电子型励磁调节器数字型励磁调节器数字型励磁调节器 电磁型励磁调节器电磁型励磁调节器是以是以磁放大器磁放大器为基础，构成电磁型电压调为基础，构成电磁型电压调节器，各个单元均由电磁单元构成，节器，各个单元均由电磁单元构成，时间常数较大时间常数较大，但是可靠，但是可靠性高，任务是性高，任务是维持电压水平和无功功率分配维持电压水平和无功功率分配10/462024/7/13机电型励磁调节器机电型励磁调节器电磁型励磁调节器电磁型励磁调节器电子型励磁调节器电子型励磁调节器数字型励磁调节器数字型励磁调节器 电子型励磁调节器电子型励磁调节器是以是以电子元件电子元件为基础所构成的，没有时间为基础所构成的，没有时间滞后，综合放大能力强，发展成为滞后，综合放大能力强，发展成为“对励磁系统具有多种综合控对励磁系统具有多种综合控制调节能力的励磁调节器制调节能力的励磁调节器”。基本上由。基本上由“调差调差”“测量比较测量比较”“综合放大综合放大”“移相触发移相触发”等单元组成，实现等单元组成，实现电压调节和无功负荷电压调节和无功负荷分配等分配等基本调节功能基本调节功能11/462024/7/131 1 励磁调节器的发展历程励磁调节器的发展历程机电型励磁调节器机电型励磁调节器电磁型励磁调节器电磁型励磁调节器电子型励磁调节器电子型励磁调节器数字型励磁调节器数字型励磁调节器 数字型励磁调节器数字型励磁调节器实质上是一台专用的实质上是一台专用的微型计算机微型计算机励磁控制励磁控制系统，核心是主机，主机通过总线、接口电路与具体的控制对象系统，核心是主机，主机通过总线、接口电路与具体的控制对象的过程通道连接，采集发电机组的运行状态信息，输出脉冲调节的过程通道连接，采集发电机组的运行状态信息，输出脉冲调节励磁功率单元（晶闸管），实现对发电机励磁的综合调节控制。励磁功率单元（晶闸管），实现对发电机励磁的综合调节控制。励磁调节装置原理图为300MW三机励磁系统励磁调节器图为600MW发电机自并励励磁系统人人机接口机接口调节控制输出调节控制输出励磁调节装置原理基基 本本控控 制制电压调节无功分配辅辅 助助控控 制制瞬时电流限制最大励磁电流限制最小励磁电流限制电压频率保护失磁监控励磁系统稳定器PSS等等数字式励磁调节器数字式励磁调节器硬件硬件+软件软件信息采集单元信息采集单元主控制单元主控制单元二、数字式励磁调节器原理（一）数字式励磁调节器框图（一）数字式励磁调节器框图15/462024/7/13数字式励磁调节器的基本构成数字式励磁调节器的基本构成1 主机（主控单元）主机（主控单元）4 人人机接口机接口2 信息采集单元信息采集单元3 调节控制输出单元调节控制输出单元装有系统软件、应用软件等,是微机励磁调节器微机硬件16/462024/7/131 1.主控单元主控单元（主机）（主机）CPU部分部分总线接口总线接口存存储储器器部部分分17/462024/7/13CPU部分部分总线接口总线接口存存储储器器部部分分 主控单元主控单元可以通过可以通过总线总线采集发电机组的运采集发电机组的运行信息，存入存储区形行信息，存入存储区形成实时数据库，成实时数据库，主机主机可可以从实时库中调取相关以从实时库中调取相关信息进行信息进行调节计算、逻调节计算、逻辑判断辑判断等各种控制功能。等各种控制功能。在数字型励磁调节器上增在数字型励磁调节器上增设辅助控制功能设辅助控制功能无需增加特无需增加特定的硬件设备定的硬件设备，这是与，这是与电子电子型型相比的最显著的区别。相比的最显著的区别。ROM/RAM中央处理单元CPU部分部分总线接口总线接口存存储储器器部部分分ROM/RAM中央处理单元数字处理芯片DSP，高速提高乘除法、函数、浮点运算速度是一个128KB的EPROM。固化大容量的内存支持显示设备系统集成19/462024/7/132 2.信息采集单元信息采集单元电压调节电压调节/无功功率分配无功功率分配励磁系统稳定器励磁系统稳定器电力系统稳定器电力系统稳定器励磁系统限制器励磁系统限制器采集发电机电压、电流及采集发电机电压、电流及反映机组运行的开关量反映机组运行的开关量采集发电机频率和励磁机采集发电机频率和励磁机电流等电流等模拟模拟/数字量过程通道数字量过程通道A/D转换和数字量输入转换和数字量输入总线接口总线接口CPU(1)(1)模拟量信息采集电路模拟量信息采集电路模数转换电路是把采样输入的模拟信号量转换为二进制数字量，使之反映测量值的大小。A/D转换模板的规格很多，有低速、高速、转换模板的规格很多，有低速、高速、8位、位、12位等。位等。技术指标如下：分辨率、量程、转换时间、转换精度1）A/D转换模板电路转换模板电路21/462024/7/13发电机的电压过程通道发电机的电压过程通道：将：将TV二次侧输出的二次侧输出的100V再经过中间变压器再经过中间变压器TMV转换为转换为A/D的量程以内，同时的量程以内，同时也起到了电气隔离的作用。也起到了电气隔离的作用。发电机的电流过程通道发电机的电流过程通道：将：将TA二次侧的二次侧的5A转换为转换为A/D所能接受的电压信号所能接受的电压信号(中间变流器或者霍尔元件传中间变流器或者霍尔元件传感器等感器等)，且在其量程以内，也起到了电气隔离的作用，且在其量程以内，也起到了电气隔离的作用2)2)模拟量输入通道模拟量输入通道发电机电压发电机电压/电流过程通道电流过程通道TATMVTV22/462024/7/13励磁电流（转子电流）过程通道励磁电流（转子电流）过程通道直接测量法直接测量法：将将直流直流/直流变直流变送器送器串入串入转子回路中转子回路中,将将直流直流电流转换为直流电压电流转换为直流电压间接测量法间接测量法：全控整全控整流桥的流桥的交流侧电流交流侧电流与与转子直流电流转子直流电流(电压电压)成正比成正比，因此，经过，因此，经过TA测量出测量出交流侧电流交流侧电流而而间接间接得到得到转子电流转子电流恒励磁电流运行、瞬时电流限制、过励保护和欠励限制恒励磁电流运行、瞬时电流限制、过励保护和欠励限制23/462024/7/13滤波电路滤波电路:两种两种a.直流采样滤波电路：直流采样滤波电路：保证直流成分，去掉谐波成分保证直流成分，去掉谐波成分b.交流滤波电路交流滤波电路:提取有用信号，滤出谐波和直流等提取有用信号，滤出谐波和直流等常用滤波电路型式：常用滤波电路型式：巴特沃思、锲比雪夫、贝塞尔巴特沃思、锲比雪夫、贝塞尔1.桥式滤波桥式滤波：对交流对交流:若若保持保持R1/R2=Z3/Z4,桥平衡桥平衡,则输出则输出Uab=0,即该电压被即该电压被滤掉滤掉,六相选六相选 f=600Hz对直流对直流:C1隔直隔直U1=Ua输出输出选选R2R4,会使直流电压会使直流电压有很小的衰减有很小的衰减2.两级两级RC滤波器滤波器滤去残滤去残余高次谐波分量余高次谐波分量a.直流采样滤波电路：直流采样滤波电路：交流采样方法：交流采样方法：和直流滤波一样采用低通滤波处理和直流滤波一样采用低通滤波处理有源滤波电路有源滤波电路进行滤波处理进行滤波处理软件滤波软件滤波无论哪种方法都因有电容、电感元件会导致交流采无论哪种方法都因有电容、电感元件会导致交流采样信号样信号相位的偏差相位的偏差。电流、电压相位是非常重要的信息，例如无功计算。电流、电压相位是非常重要的信息，例如无功计算。方法方法的软件算法中可以对相位偏差进行补偿。的软件算法中可以对相位偏差进行补偿。b.交流滤波电路交流滤波电路图3-56有源滤波电路+-CR（2 2）数字量输入通道及数字量输入通道及A/DA/D数据采集数据采集数字量采集电路数字量采集电路:采集采集断路器状态、操断路器状态、操作盘上开关状态、输入调节量增作盘上开关状态、输入调节量增/减控减控制信息和输入调节量的增减控制信号制信息和输入调节量的增减控制信号等。等。这些这些状态信息和控制信号状态信息和控制信号转换成相应的转换成相应的高低电平信号高低电平信号后，由接口电路的后，由接口电路的光隔离光隔离器器数字式输入接至总线。数字式输入接至总线。光电隔离器光电隔离器是以光为媒介传输电信号的器件，如图示。是以光为媒介传输电信号的器件，如图示。当输入端有当输入端有电压电压信号使发光二极管发光时，信号使发光二极管发光时，受光器受光器即产生即产生光光电流电流从输出端流出，实现了从输出端流出，实现了“电电光光电电”转换的单向信号转换的单向信号传递，实现了输入输出间电气完全隔离，抗干扰能力强，广传递，实现了输入输出间电气完全隔离，抗干扰能力强，广泛应用于微机接口电路。泛应用于微机接口电路。双通道主机间的通信业可以采用高速多位数字输入双通道主机间的通信业可以采用高速多位数字输入/输出模块，输出模块，用并行传送方式快速交换信息。用并行传送方式快速交换信息。3-57光电隔离器典型应用A/D转换接口电路转换接口电路主要是将模拟信号转换为计算机可以接受的二进主要是将模拟信号转换为计算机可以接受的二进制数字信号制数字信号AD主要技术指标主要技术指标：分辨率、量程、转换时间、转：分辨率、量程、转换时间、转换精度。换精度。A/D转换板接口电路由模拟多转换板接口电路由模拟多路切换开关路切换开关MUX、程控放大器、采样保持器程控放大器、采样保持器S/H、A/D转换器转换器和定时和定时与逻辑控制等部件构成。与逻辑控制等部件构成。3 3.调节调节和和控制输出单元控制输出单元 励磁调节器输出的励磁调节器输出的调节量调节量为控制励磁功率单元的为控制励磁功率单元的移移相触发脉冲相触发脉冲，输出的，输出的控制信号控制信号有有保护跳闸触点信号、保护跳闸触点信号、报警信号报警信号等。等。（1 1）移相触发单元）移相触发单元移相触发单元的任务移相触发单元的任务：为了使全控（半控）整流桥正：为了使全控（半控）整流桥正常工作，需要使晶闸管按照一定的常工作，需要使晶闸管按照一定的次序导通次序导通，也就需，也就需要按照一定的次序对晶闸管门极施加要按照一定的次序对晶闸管门极施加触发脉冲。触发脉冲。移相触发单元产生移相触发单元产生可调相位的脉冲可调相位的脉冲，去触发，去触发晶闸管晶闸管，使其使其触发角触发角能够随着能够随着主控单元主控单元输出的输出的控制数据控制数据而改而改变，以控制晶闸管变，以控制晶闸管整流整流电路的输出，从而调节发电机电路的输出，从而调节发电机励磁电流。励磁电流。整流电路中触发回路与主电路的相位配合问题：整流电路中触发回路与主电路的相位配合问题：三相全控桥，三相全控桥，共阴极型的晶闸管元件共阴极型的晶闸管元件只有在只有在阳极阳极电电位位最高最高区段才有可能区段才有可能导通。导通。因此因此触发脉冲触发脉冲应该应该在这一区段发出在这一区段发出,三相触发脉冲按三相触发脉冲按+A、+B、+C相相顺序依次相隔顺序依次相隔120发出。发出。共阳极型的晶闸管元件只有在阴极电位最低区段共阳极型的晶闸管元件只有在阴极电位最低区段才有可能导通。因此触发脉冲应该在这一区段发才有可能导通。因此触发脉冲应该在这一区段发出出,三相触发脉冲按三相触发脉冲按-C、-A、-B相顺序依次相隔相顺序依次相隔120发出。发出。这样三相触发脉冲顺序应按这样三相触发脉冲顺序应按+A、-C、+B、-A、+C、-B相顺序依次相隔相顺序依次相隔60发出。发出。移相触发单元的要求移相触发单元的要求：1）触发脉冲）触发脉冲移相范围移相范围要求符合相应的可控整流电路的要求。要求符合相应的可控整流电路的要求。0180，电感性负载受最小逆变角限制，电感性负载受最小逆变角限制，0155.2）触发脉冲具有）触发脉冲具有足够的功率足够的功率使晶闸管可靠地导通使晶闸管可靠地导通3）触发脉冲）触发脉冲上升沿要陡上升沿要陡（10微秒），要有一定的宽度，微秒），要有一定的宽度，多多只元件只元件串联串联、并联。、并联。失控失控。要求。要求触发脉冲宽度触发脉冲宽度应应不小于不小于100s，通常为，通常为1ms，相当于相当于50Hz正弦波的正弦波的18。对三相对三相全控全控桥式整流电路，要求触发脉冲宽度桥式整流电路，要求触发脉冲宽度大于大于60或者或者用用双脉冲双脉冲触发。触发。4）触发单元与主电路相互隔离以保证安全）触发单元与主电路相互隔离以保证安全5）在整个移相范围内保证各相的触发脉冲控制角）在整个移相范围内保证各相的触发脉冲控制角一致，一致，否则会增加谐波。否则会增加谐波。一般在三相一般在三相半控桥式半控桥式整流电路中各相触整流电路中各相触发脉冲的发脉冲的相角偏差应小于相角偏差应小于10,在三相在三相全控桥式全控桥式整流电路中整流电路中相角偏差不大于相角偏差不大于5。31/462024/7/13 1）同步整形电路同步整形电路：将同步变压器二次侧电压整形成方波，：将同步变压器二次侧电压整形成方波，其其上升沿上升沿作为控制角的计时起点。作为控制角的计时起点。数字/脉冲移相接口电路移相触发单元的构成移相触发单元的构成宽度180的方波上升沿对应自然自然换相点换相点1、2、3、4、5、6三相全控桥阳极电压和自然换流点同步变压器的一次侧电压同步变压器的一次侧电压Uac与晶闸与晶闸管的阳极电压管的阳极电压Uac同相位。同相位。32/462024/7/13 把主控制单元输出的把主控制单元输出的数字量数字量D数据数据装入到计数寄存器，同步装入到计数寄存器，同步电压经过隔离、电平转换，在电压过零点处形成正脉冲，加到电压经过隔离、电平转换，在电压过零点处形成正脉冲，加到Gate端，上升沿时计数器开始计数（作减法），端，上升沿时计数器开始计数（作减法），计数结束时计数结束时输输出端的低电平信号经过转换后形成触发脉冲输出，他与同步电出端的低电平信号经过转换后形成触发脉冲输出，他与同步电压过零点间的相差的时间就是相移角压过零点间的相差的时间就是相移角。2）数字）数字/脉冲移相接口电路：三部分组成脉冲移相接口电路：三部分组成数字量数字量D移相原理是把触发角移相原理是把触发角换算成对应的延时换算成对应的延时t，再则，再则算成对应的计数脉冲个数算成对应的计数脉冲个数DT为晶闸管交流电源的周期。为晶闸管交流电源的周期。fc为为可编定时计数器可编定时计数器8253计数脉冲的频率。计数脉冲的频率。如果已知控制角如果已知控制角，就可求得计算机的写入数据，就可求得计算机的写入数据D。例子：两个例子：两个8253芯片，输出六个触发脉冲三相全芯片，输出六个触发脉冲三相全控桥的双脉冲触发，脉冲间隔为控桥的双脉冲触发，脉冲间隔为60。微分电路微分电路微分电路126窄脉冲1窄脉冲6窄脉冲235/462024/7/13 3）整流器接口电路（中间脉冲放大）：作为触发脉冲的输整流器接口电路（中间脉冲放大）：作为触发脉冲的输出端口，在控制单元和门极驱动接口之间出端口，在控制单元和门极驱动接口之间实现光电电气隔离，实现光电电气隔离，具有测量整流桥输出电流，并监视桥臂电流和部件运行状态，具有测量整流桥输出电流，并监视桥臂电流和部件运行状态，如熔断器、温度等。如熔断器、温度等。4）门极驱动电路（末级脉冲放大）：门极驱动电路（末级脉冲放大）：用于放大脉冲，使之用于放大脉冲，使之与晶闸管触发水平相匹配，一般门极驱动接口单元含有全控桥与晶闸管触发水平相匹配，一般门极驱动接口单元含有全控桥晶闸管数量相等的名称脉冲变压器。晶闸管数量相等的名称脉冲变压器。门极驱动电路输出的脉冲应门极驱动电路输出的脉冲应具有足够的具有足够的功率功率，脉，脉冲具有一定的冲具有一定的陡度、幅度和宽度陡度、幅度和宽度。对于不同机组，对于不同机组，其脉冲形成部分是相同的其脉冲形成部分是相同的，功率功率放大部分放大部分依据依据机组容量大小和功率柜机组容量大小和功率柜的不同要求的不同要求有所不同。有所不同。微机发出的数字脉冲信号是微机发出的数字脉冲信号是TTL电平电平(晶体管晶体管-晶晶体管逻辑电平体管逻辑电平)，不能直接出发晶闸管，因此都有，不能直接出发晶闸管，因此都有脉冲放大脉冲放大环节。环节。微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路126窄脉冲窄脉冲1窄脉冲窄脉冲6窄脉冲窄脉冲237/462024/7/134 4.人人机接口机接口人人机接口满足：机接口满足：1、程序调试、程序调试2、参数设定与维护、参数设定与维护3、运行操作、运行操作不同人员的不同要求：不同人员的不同要求：(1)程序调试：是软件专职人员的工作，用计算机程序调试：是软件专职人员的工作，用计算机常规外围设备，如键盘、鼠标、常规外围设备，如键盘、鼠标、CRT显示器。打显示器。打印机等设备，且在特定环境下工作。印机等设备，且在特定环境下工作。(2)参数设定与维护：是电厂技术人员的工作，有参数设定与维护：是电厂技术人员的工作，有一定的专业知识，在指定端口做修改参数操作。一定的专业知识，在指定端口做修改参数操作。(3)运行操作：是值班运运行操作：是值班运行人员增减励磁电流操作，行人员增减励磁电流操作，根据调节器运行面板显示根据调节器运行面板显示信号作投入、退出、切换信号作投入、退出、切换等必要的操作，要求信号等必要的操作，要求信号醒目、明确、容易判断。醒目、明确、容易判断。39/462024/7/133 3 调节控制的数学模型调节控制的数学模型PID调节控制的算法方程式：调节控制的算法方程式：PID差分变换的离散方程式：差分变换的离散方程式：40/462024/7/13PIDPID调节调节位置式位置式增量式增量式 增量式增量式PID调节算法与位置式并无本质区别，由于输出调节算法与位置式并无本质区别，由于输出增量，计算误差或精度对控制量影响较小，控制作用不会发增量，计算误差或精度对控制量影响较小，控制作用不会发生大幅度的变化，而且输出只与最近几次采样值有关，容易生大幅度的变化，而且输出只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果获得较好的控制效果41/462024/7/13励磁调节器的基本调节方式励磁调节器的基本调节方式1、电压调节（比例式调节方式）、电压调节（比例式调节方式）2、电压调节附加无功功率分配、电压调节附加无功功率分配42/462024/7/134 4 励磁调节器的辅助控制励磁调节器的辅助控制励磁调节系统辅助控制满足励磁调节系统辅助控制满足：1、发电机在进相运行时，发电机最小励磁电流值应该限制在发电、发电机在进相运行时，发电机最小励磁电流值应该限制在发电机机静态稳定极限和发电机定子端部发热静态稳定极限和发电机定子端部发热允许的范围内，为此需要允许的范围内，为此需要设立设立“最小励磁限制器最小励磁限制器”2、为了提高系统的、为了提高系统的稳定性稳定性，励磁系统具有，励磁系统具有高起始响应特性高起始响应特性，励磁，励磁电流过大，则会危及发电机的安全，故而需要限制电流过大，则会危及发电机的安全，故而需要限制强励顶值电流强励顶值电流，为此需要设置为此需要设置“瞬时电流限制器瞬时电流限制器”辅助控制与正常控制的区别在于：辅助控制与正常控制的区别在于：辅助控制不参与正常调节，仅在发生非正常工况时，特定的限辅助控制不参与正常调节，仅在发生非正常工况时，特定的限制辅助功能才起作用。制辅助功能才起作用。辅助控制包括辅助控制包括：瞬时励磁电流控制、最大励磁限制器、最小励磁限制器瞬时励磁电流控制、最大励磁限制器、最小励磁限制器电压电压/频率限制与保护、发电机失磁监控频率限制与保护、发电机失磁监控43/462024/7/13(0)发电机运行状态定转子热极限定子电流限制定子电流限制：转子电流限制转子电流限制：44/462024/7/13(0)发电机运行状态端部热极限电枢端部热极限电枢端部热极限：叠片涡流，进相时，漏磁叠片涡流，进相时，漏磁通增加更加明显通增加更加明显45/462024/7/13(0)发电机运行状态静态稳定极限aSMIB46/462024/7/13(0)发电机运行状态静态稳定极限b47/462024/7/13(0)发电机运行状态静态稳定极限c稳定极限90o48/462024/7/13(0)发电机运行状态静态稳定极限d49/462024/7/13发电机失磁保护-机端测量阻抗判据机端测量阻抗判据等有功圆静稳极限圆RjX-jXd-jXdjXsP1P2aabbcc阻抗静稳极限圆阻抗静稳极限圆PQ静稳极限圆静稳极限圆等价否？等价否？50/462024/7/13两个静稳极限圆等价关系阻抗静稳极限圆阻抗静稳极限圆PQ静稳极限圆静稳极限圆等价否？等价否？51/462024/7/13（1 1）瞬时励磁电流控制）瞬时励磁电流控制 为了满足电力系统稳定性的要求，大容量发电机的励磁系统必为了满足电力系统稳定性的要求，大容量发电机的励磁系统必须具有高起始响应的性能。须具有高起始响应的性能。通常采用高励磁顶值的方通常采用高励磁顶值的方法来提高励磁机输出电压的法来提高励磁机输出电压的起始增长速度起始增长速度(斜率大斜率大)高值励磁电压将会危及励磁高值励磁电压将会危及励磁机及发电机的安全，为此设机及发电机的安全，为此设置了置了“瞬时励磁电流控制器瞬时励磁电流控制器”具体控制具体控制当励磁电流超当励磁电流超过发电机允许的励磁顶值，过发电机允许的励磁顶值，立即限制励磁电流为立即限制励磁电流为52/462024/7/13（2 2）最大励磁限制器）最大励磁限制器最大励磁限制最大励磁限制是为了防止转子绕组是为了防止转子绕组长时间过励磁长时间过励磁而采取的措施。而采取的措施。为了保证发电机转子发热的安全，励磁系统强励时间不允许超过为了保证发电机转子发热的安全，励磁系统强励时间不允许超过规定值。若超过允许时间，励磁电流仍然降不下来，则执行最大规定值。若超过允许时间，励磁电流仍然降不下来，则执行最大励磁限制。励磁限制。他有两个设定值：他有两个设定值：1、强励顶值电流限制值、强励顶值电流限制值 2、连续运行允许的过热限制值、连续运行允许的过热限制值转子电压标么值允许时间(s)转子电压标么值允许时间(s)1.121201.46301.25602.081053/462024/7/13（2 2）最大励磁限制器）最大励磁限制器(OEL)(OEL)只要励磁电流超过过热限制值，励磁调节器就会启动一个过只要励磁电流超过过热限制值，励磁调节器就会启动一个过热电力积分器：热电力积分器：励磁电流限制值为励磁电流限制值为调节器按恒励磁电流调节器按恒励磁电流 运行运行励磁电流限制值为励磁电流限制值为调节器按恒励磁电流调节器按恒励磁电流 运行运行54/462024/7/13（3 3）最小励磁限制器）最小励磁限制器(UEL)(UEL)Q增加（增加（AC）失去稳定）失去稳定稳定极限稳定极限考虑裕度的稳定极限考虑裕度的稳定极限P增加（增加（AB）失去稳定）失去稳定需要增加最小励磁限制需要增加最小励磁限制55/462024/7/13（3 3）最小励磁限制器）最小励磁限制器(UEL)(UEL)发电机在实现欠励限制时，考虑留有发电机在实现欠励限制时，考虑留有一定的稳定储备后，限制值为一直线一定的稳定储备后，限制值为一直线调节器发出欠励限制信号，励磁电流不再调节器发出欠励限制信号，励磁电流不再减少减少56/462024/7/13UEL考虑的三个限制欠励限制器失磁继电器小信号稳定静态极限过励欠励容量极限57/462024/7/13（4 4）电压）电压/频率限制与保护频率限制与保护U/f比超过限制值的原因：比超过限制值的原因：1、发电机甩负荷或者解列、发电机甩负荷或者解列2、发电机组启动时误投励磁开关、发电机组启动时误投励磁开关3、系统故障使频率降低、系统故障使频率降低在规定的时间内，仍然在规定的时间内，仍然 ，则跳主开关灭磁，则跳主开关灭磁延时灭磁延时灭磁。限制限制限制限制磁通限制器：防止发电机磁通限制器：防止发电机/变压器铁心过热变压器铁心过热North China Electric Power University58/462024/7/13（5 5）发电机失磁监控）发电机失磁监控 发电机发电机“失磁失磁”是指发电机在运行中是指发电机在运行中全部或者部分失去励磁全部或者部分失去励磁电流电流，使转子磁场减弱或者消失，这是发电机运行中可能发生，使转子磁场减弱或者消失，这是发电机运行中可能发生的一种故障状态。的一种故障状态。造成发电机失磁的原因造成发电机失磁的原因：1、励磁开关误跳闸、励磁开关误跳闸2、励磁机或晶闸管励磁系统元件损坏或发生故障、励磁机或晶闸管励磁系统元件损坏或发生故障3、自动灭磁开关误跳闸、自动灭磁开关误跳闸4、转子回路某处断线及误操作、转子回路某处断线及误操作发电机组均配置有失磁保护，还设置了失磁监视功能发电机组均配置有失磁保护，还设置了失磁监视功能North China Electric Power University59/462024/7/13发电机失磁保护低电压判据逆无功判据机端测量阻抗判据等有功圆静稳极限圆RjX-jXd-jXdjXsP1P2aabbcc60/462024/7/135 5 数字式励磁调节器的可靠性数字式励磁调节器的可靠性1、主控单元双重化配置、主控单元双重化配置2、励磁功率单元双重化、励磁功率单元双重化3、励磁电流测量双重化、励磁电流测量双重化4、双电源配置、双电源配置5、TV/TA的双重化的双重化可靠性提高多少？可靠性提高多少？(1)单套单套(2)双套不切换双套不切换(3)双套切换双套切换61/466 6 数字式励磁调节器的软件数字式励磁调节器的软件时间安排：一个周期内时间安排：一个周期内,考虑裕度考虑裕度18ms62/466 6 数字式励磁调节器的软件数字式励磁调节器的软件过励判断过励判断63/46小结小结1、励磁调节器发展过程的几个形式及其特点、励磁调节器发展过程的几个形式及其特点2、数字式励磁调节器的基本构成、数字式励磁调节器的基本构成3、PID调节算法（位置式和增量式）调节算法（位置式和增量式）4、励磁调节器的基本调节算法、励磁调节器的基本调节算法5、瞬时励磁电流控制、瞬时励磁电流控制6、最大励磁限制、最大励磁限制7、最小励磁电流限制、最小励磁电流限制8、电压、电压/频率限制频率限制9、发电机失磁、发电机失磁10、数字式励磁调节器的运行软件、数字式励磁调节器的运行软件二、数字式励磁调节器原理二、数字式励磁调节器原理（二）控制的数学模型（二）控制的数学模型 1.PID模型模型:离散化为 二、数字式励磁调节器原理控制的数学模型控制的数学模型 增量式增量式PID调节调节 增量式增量式PID调节的优点是，因为数字调节器只输调节的优点是，因为数字调节器只输出增量，所以计算误差或精度对控制量影响较小，出增量，所以计算误差或精度对控制量影响较小，控制的作用不会发生大幅度变化。且增量算式只控制的作用不会发生大幅度变化。且增量算式只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。果。二、数字式励磁调节器原理二、数字式励磁调节器原理2基本调节方式基本调节方式 算法算法:3辅助控制辅助控制 瞬时电流限制瞬时电流限制 最大励磁限制器最大励磁限制器 最小励磁限制器最小励磁限制器 电压频率（电压频率（V/Hz）限制和保护）限制和保护 发电机失磁监控发电机失磁监控 二、数字式励磁调节器原理最小励磁限制功率园方程如下：二、数字式励磁调节器原理二、数字式励磁调节器原理功率园当发电机运行在Q 0 的部分时，发电机为进相运行状态M为静态稳定功率极限考虑实际运行因素，最小励磁限制应在N 之内二、数字式励磁调节器原理二、数字式励磁调节器原理（三）励磁调节器的运行（三）励磁调节器的运行对发电机组运行工况的监控对发电机组运行工况的监控 1.增加或减少励磁，增加或减少励磁，调节调节U,Q2.信号显示信号显示3.调节器的可靠性调节器的可靠性:双重化配量双重化配量4.*自动调节励磁装置自动调节励磁装置1硬件构成硬件构成 变送器；同步电压检测电路；输入、输出通道电路；主机*自动调节励磁装置自动调节励磁装置2软件功能软件功能 可选择多种运行方式。可选择多种运行方式。可选择可选择PID（比例（比例积分积分微分）调节、微分）调节、PSS附加控制、线性最优控制、自校正调节、非线性附加控制、线性最优控制、自校正调节、非线性控制等调节控制规律。控制等调节控制规律。软件无功调差功能，调差系数的正负及大小可软件无功调差功能，调差系数的正负及大小可任选。任选。运行参数可选择显示并在线修改。运行参数可选择显示并在线修改。软件实现数字给定及平稳调整。软件实现数字给定及平稳调整。*自动调节励磁装置自动调节励磁装置2软件功能软件功能 多种励磁限制。多种励磁限制。电压互感器断线检测及保护。电压互感器断线检测及保护。手动手动/自动运行方式的相互跟踪。自动运行方式的相互跟踪。独立的后备通道，自动跟踪工作通道，切换独立的后备通道，自动跟踪工作通道，切换无波动。无波动。励磁系统（包括调节器）出现失磁、失控故励磁系统（包括调节器）出现失磁、失控故障或软件连续几次出轨而自复归无效时，自动障或软件连续几次出轨而自复归无效时，自动切换到备用通道工作。切换到备用通道工作。软件具有自诊断、自恢复功能。软件具有自诊断、自恢复功能。*自动调节励磁装置自动调节励磁装置3励磁调节系统中的辅助控制励磁调节系统中的辅助控制（1）最小励磁限制（）最小励磁限制（MEL）若发电机励磁电流过小，最小励磁限制器就会使励磁电流增大到允许范围内。（2）最大励磁限制）最大励磁限制(MXL)为了防止发电机转子绕组长时间过励磁而采取的安全措施。*自动调节励磁装置自动调节励磁装置3励磁调节系统中的辅助控制励磁调节系统中的辅助控制（3）瞬时电流限制）瞬时电流限制(ICL)检测励磁电流，一旦超出发电机允许的强励检测励磁电流，一旦超出发电机允许的强励顶值，限制器动作使强励顶值电流限制在允许范顶值，限制器动作使强励顶值电流限制在允许范围内。围内。（4）电压）电压/频率限制（频率限制（HXL）限制发电机端电压与频率的比值，防止发电限制发电机端电压与频率的比值，防止发电机及主变压器由于电压升高或频率降低导致铁芯机及主变压器由于电压升高或频率降低导致铁芯饱和而引起过热。饱和而引起过热。