(上海交通大学)同步发电机励磁自动控制系统

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,12345你好,电力系统,自动装置原理,第三章 同步发电机励磁自动控制系统,上海交通大学 电气工程系,招专业人才上一览电力英才网,总 述,励磁系统的任务,励磁系统的类型,励磁系统的整流电路,并联机组间无功分配,励磁装置的原理,发电机励磁系统的任务,电压控制,无功分配,提高稳定,强行励磁,强行减磁,发电机励磁系统的任务,电压控制,等值电路,相量图,G,GEW,U,EF,.,I,EF,.,U,G,I,G,.,.,x,d,E,q,.,U,G,.,I,G,.,I,P,.,U,G,.,I,Q,.,I,G,.,j I,G,x,d,.,E,q,.,G,j I,Q,x,d,.,发电机励磁系统的任务,电压控制,同步发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节,励磁电流来维持机端电压为给定水平的。,发电机励磁系统的任务,控制无功功率的分配,设单机无穷大系统：,G,I,G,.,U,G,=,常数,.,发电机励磁系统的任务,控制无功功率的分配,由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁,电流的大小无关。,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,励磁对静态稳定的影响,发电机的输出功率为,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,a,b,c,同步发电机的功角特性,最大可能传输的功率极限为,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,它使发电机能在大于,90,度范围的人工稳,定区运行，即可提高发电机输送功率极,限或提高系统的稳定储备。,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,励磁对暂态稳定的影响,发电机的暂态稳定等面积法则,发电机励磁系统的任务,强行励磁以改善电力系统运行条件,1,改善异步电动机的自启动,2,为异步发电机运行创造条件,3,提高继电保护工作的准确性,发电机励磁系统的任务,水轮发电机强行减磁,当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于它的调速系统具有较大的惯性，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机电压有可能升高到危及定子绝缘的程度，所以，在这种情况下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。,对励磁系统的要求,维持电压水平和无功的合理分配,控制能力和调节范围,快速反应能力,高度的可靠性,快速性,结构简单，易于维护,足够的阻尼能力,同步发电机励磁系统类型,励 磁 系 统,直流励磁机,交流励磁机,静止励磁,励磁系统的整流电路,整 流 电 路,三相桥式不可控,三相桥式半控,三相桥式,全控,励磁控制系统调节特性和并联机组间无功分配,励磁控制系统框图,同步发电机,励磁功率单元,励磁调节器,手动,自动,励磁调节器检测发电机的电压、电流或其它状态量，然后按指,定的调节准则对励磁功率单元发出控制信号，实现控制功能。,励磁系统,其他信号,励磁调节器的基本特性与框图,比例式励磁调节器,励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调节器，它的主要输入量是发电机端电压,，其输出用来控制励磁功率单元。电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器基本框图,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器的简化框图,励磁调节器的特性曲线在工作区内的陡度，是调节器性能的主要指标之一，即,测量,K,1,综合放大,K,2,移相触发,K,3,可控整流,K,4,U,G,U,REF,U,de,U,SM,U,AVR,K,调节器的放大倍数,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器的静态工作特性,调节器放大系数,K,与组成调,节器的各单元增益的关系为,励磁调节器总的放大倍数等于,各组成单元放大倍数的乘积,0,0,0,0,U,de,U,AVR,U,AVR,U,de,U,G,U,G,U,SM,U,SM,U,REF,b,a,励磁调节器的基本特性,发电机励磁控制系统静态特性,发电机调节特性,励磁调节器的基本特性,励磁控制系统静态特性,无功调节特性,在公共母线上并联运行的发电,机组间无功功率的分配，主要,取决于各台发电机的无功调节,特性。而无功调节特性是用调,差系数来表征的,:,调差系数越小说明,I,Q,对,U,G,影,响越小,U,G,U,G1,U,G2,0,I,Q,I,QN,U,G,励磁调节器的基本特性,励磁控制系统静态特性,调差系数存在的意义,:,能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击；,保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。,U,G,I,Q,= 0, 0,U,G0,励磁调节器的基本特性,发电机无功电流的转移,3-2-1,I,Q,投入运行到合适点,无冲击,1-2-3,退出运行,I,Q,减小到零,无冲击,U,G,I,Q,U,M,1,2,3,I,Q2,I,Q1,并联运行机组间的无功功率分配,无差调节特性,1,无差,+,有差,有困难,无法稳定,不能并联运行,2,无差,+,无差,U,G,I,Q,= 0, 0,U,U,U,I,Q2,U,G,I,Q,U,U,并联运行机组间的无功功率分配,有差调节特性,U,G,U,G,U,G,0,I,Q,I,Q,U,G0,U,GN,I,Q,I,Q,I,Q,I,Q,N,我国励磁调节器的发展及分类,机械式,机电型,磁放大器,电磁型,电子模拟放大器,电子型,CPU,存储逻辑,数字型,20,世纪初,1950s,1960s,1980s,数字式励磁调节器的优点,方便地实现复杂的控制策略,便于修改，灵活性强,可以实现更加完备的限制和保护功能,操作简单、维护方便以及便于试验和调试,励磁调节装置原理,励磁调节装置原理,图为,600MW,发电机自并励励磁系统,励磁调节装置原理,图为,300MW,三机励磁系统励磁调节器,人,机接口,调节控制输出,励磁调节装置原理,基 本,控 制,电压调节,无功分配,辅 助,控 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,硬件,+,软件,信息采集单元,主控制单元,励磁调节装置原理,数字式励磁调节器原理框图,励磁调节装置原理,控制的数学模型,PID,模型,:,离散化为,励磁调节装置原理,控制的数学模型,增量式,PID,调节,增量式,PID,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，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果。,励磁调节装置原理,基本调节方式,算法,:,辅助控制,瞬时电流限制,最大励磁限制器,最小励磁限制器,电压频率（,V/Hz,）限制和保护,发电机失磁监控,励磁调节装置原理,最小励磁限制,功率园方程如下：,励磁调节装置原理,功率园,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,当发电机运行在,Q,0,的部分时，发电机为进相运行状态,励磁调节装置原理,励磁调节器的运行,对发电机组运行工况的监控,1.,增加或减少励磁，,调节,U,Q,2.,信号显示,3.,调节器的可靠性,:,双重化配量,4.,Thank You !,