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1、发电机励磁系统原理第1页，本讲稿共22页励磁系统的组成与分类励磁系统的组成与分类自动电压调节器自动电压调节器AVRAVR、ECR/FCRECR/FCR（励磁调节器）（励磁调节器）励磁电源（励磁机、励磁变压器）励磁电源（励磁机、励磁变压器）整流器（整流器（AC/DCAC/DC变换，变换，SCRSCR、二极管）、二极管）灭磁与转子过电压保护灭磁与转子过电压保护按励磁电源分类：按励磁电源分类：直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统自并励励磁系统自并励励磁系统按响应速度分类：按响应速度分类：慢速励磁系统慢速励磁系统快速励磁系统快速励磁系统高起始励磁系统高起始励磁系统第
2、2页，本讲稿共22页 交流励磁机系统（三机它励）交流励磁机系统（三机它励）组成：组成：交流主励磁机（交流主励磁机（ACLACL）和交流副励磁机（）和交流副励磁机（ACFLACFL）都与发电机同轴。副励磁机）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其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是自励式的，其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。副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。优点：优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响它励，励磁电源不受系统电源的影响缺点：缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡调节速度慢，轴系长度长，易引发轴
3、系振荡同轴同轴第3页，本讲稿共22页交流励磁机系统（二机它励）交流励磁机系统（二机它励）组成：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；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦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。优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢同轴同轴第4页，本讲稿共22页 自励系统（并励、复励）自励系统（并励、复励）自并励励磁系统组成：励磁变压器、大功率可控
4、硅整流柜、灭磁及过电压保护、起励设备、自动电压调节器优点：结构简单、响应速度快缺点：强励时系统电压变化复杂交流侧串联自复激励磁系统励磁电压变压器ZB（并联变）的副方电压与励磁电流变压器 GLH（串联变）的副方电压相联（相量相加），然后加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负载情况变化时，例如电流增大或功率数降低，则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这种励磁方式具有相复励作用。静止静止第5页，本讲稿共22页 无刷励磁系统无刷励磁系统 组成：主励磁机（ACL）电枢是旋转的，它发出的三相交流电经旋转的二极管整流桥整流后直接送发电机转子回路。无刷励磁系统中的副励磁机（PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发
5、电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题旋转旋转第6页，本讲稿共22页 励磁调节器原理图励磁调节器原理图 移相触发器原理：UtUk触发脉冲 模拟式移相电路：余弦移相、锯齿波移相 AVR（自动）恒电压闭环自动电压调节器 ECRECR（手动）（手动）恒电流闭环励磁电流调节器 电压给定Ugref 电流给定Ifref PID调节计算
6、 限制功能 控制电压Uk 恒无功闭环：恒无功闭环：AVR的辅助控制的辅助控制第7页，本讲稿共22页 励磁调节器构成励磁调节器构成第8页，本讲稿共22页 移相原理移相原理模拟电路移相原理模拟电路移相原理 数字移相原理之一数字移相原理之一1、首先计算、首先计算角；角；2、将、将角角转换为计转换为计数器的数器的计计数数时间时间T；3、由同步点启、由同步点启动计动计数器，数器，计计数数时间时间就是就是角；角；4、计计数数时间时间到，触到，触发发相相应应的可控硅；的可控硅；5、每隔、每隔600再触再触发发下一个可下一个可控硅，共控硅，共6个可控硅；个可控硅；6、每、每发发一个脉冲，启一个脉冲，启动动脉脉
7、宽宽中断，控制脉冲中断，控制脉冲宽宽度。度。第9页，本讲稿共22页 励磁调节器输出脉冲励磁调节器输出脉冲脉冲变压器作用隔离功率匹配脉冲发展形式宽脉冲双脉冲宽高频脉冲双高频脉冲第10页，本讲稿共22页 励磁调节器功能简介励磁调节器功能简介无功补偿（调差）强励电流限制（快速限制）过励限制（励磁电流慢速、反时限）欠励限制（P-Q）定子电流限制（过无功限制）伏赫限制（V/HZ、U/F）（过激磁）软起励功能PSS功能电制动功能PT断线保护第11页，本讲稿共22页 励磁调差原理与应用励磁调差原理与应用第12页，本讲稿共22页全控桥强励与强减全控桥强励与强减按照按照按照按照Ud=1.35U2cosaUd=1
8、.35U2cosaUd=1.35U2cosaUd=1.35U2cosa，一般，一般，一般，一般强励强励=15=150 0；强减强减=150=1500 0 第13页，本讲稿共22页 强励限制与过励限制强励限制与过励限制1 1 1 1、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；2 2 2 2、电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；、电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；、电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；、电流强
9、励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；3 3 3 3、强励限制是指电流限制倍数：、强励限制是指电流限制倍数：、强励限制是指电流限制倍数：、强励限制是指电流限制倍数：1.5-2.01.5-2.01.5-2.01.5-2.0倍；功率柜故障取倍；功率柜故障取倍；功率柜故障取倍；功率柜故障取1.11.11.11.1倍；倍；倍；倍；4 4 4 4、过励限制是励磁电流限制，大于、过励限制是励磁电流限制，大于、过励限制是励磁电流限制，大于、过励限制是励磁电流限制，大于1.11.11.11.1倍，反时限，倍，反时限，倍，反时限，倍，反时限，励磁电流闭环励磁电流闭环励磁电流闭环励磁电流闭环；第14页，本讲
10、稿共22页 欠励限制欠励限制欠励动作后按照欠励动作后按照欠励动作后按照欠励动作后按照Q Q Q Q闭环运行闭环运行闭环运行闭环运行，欠励设，欠励设，欠励设，欠励设定值与机端电压值相关的设计定值与机端电压值相关的设计定值与机端电压值相关的设计定值与机端电压值相关的设计 发电机进相不能太深，否则定子绕组的端部、磁轭等部件可能过热，将严重影响发电机的运行安全，失磁保护将动作停机。为了保证机组的稳定运行，低励限制器必须在机组超过限制区之前将定子电压升高，以使机组运行点回到允许的允许范围之内。第15页，本讲稿共22页定子电流限制定子电流限制（过无功限制、过励限制过无功限制、过励限制）定子电流限制还可以采
11、用根据发电机输出的有功功率来确定发电机允许输出无功功率的方式来实现，即过无功限制当发电机电流超过了限制区，如果此时机组运行在进相状态，则限制器动作，增加励磁电流；如果此时机组在迟相运行，则限制动作，减少励磁电流。总之，定子电流限制器的作用是调节发电机定子电流中的无功分量，使发电机电流回到限制区以内运行。第16页，本讲稿共22页伏赫限制以及其他辅助功能伏赫限制以及其他辅助功能设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。当机组频率降低的时候，为了使机组的机端电压保持恒定，励磁系统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下使机端电压保持在额定值，那么对机组及所有与机组相连的变压器
12、而言，将有可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从而对机组及变压器造成损坏。其他辅助控制功能1、PT断线保护功能；2、软起励功能；3、主开关容错功能；4、同步电压断线保护第17页，本讲稿共22页励磁产生负阻尼的原因励磁产生负阻尼的原因 阻尼（正、零、负）阻尼（正、零、负）阻尼（正、零、负）阻尼（正、零、负）VSVSVSVS惯性惯性惯性惯性 动态稳动态稳动态稳动态稳定定定定可以理解为可以理解为可以理解为可以理解为机机机机电电电电振振振振荡荡荡荡的阻尼的阻尼的阻尼的阻尼问题问题问题问题。AVRAVRAVRAVR造成阻尼造成阻尼造成阻尼造成阻尼变变变变弱弱弱弱、甚至甚至甚至甚至变负变负变负变负（K5
13、K5K5K5变负变负变负变负)。在在在在定的运行方式及励磁系定的运行方式及励磁系定的运行方式及励磁系定的运行方式及励磁系统统统统参数下，参数下，参数下，参数下，AVRAVRAVRAVR在在在在维维维维持持持持U U U Ug g g g恒定的同恒定的同恒定的同恒定的同时时时时，会，会，会，会产产产产生生生生负负负负的阻尼作用的阻尼作用的阻尼作用的阻尼作用。扰动前后：扰动前后：扰动前后：扰动前后：P 1 摆动 阻尼 2 稳定传统励磁：低增益慢速（没有能力管闲事）传统励磁：低增益慢速（没有能力管闲事）传统励磁：低增益慢速（没有能力管闲事）传统励磁：低增益慢速（没有能力管闲事）q Ug AVR作用小
14、、反应慢 Uf小 If小 P（力矩象限不明）对影响极小。现代励磁：高增益快速（管闲事帮倒忙）现代励磁：高增益快速（管闲事帮倒忙）现代励磁：高增益快速（管闲事帮倒忙）现代励磁：高增益快速（管闲事帮倒忙）q Ug AVR作用大、反应快 Uf大 If大 P（力矩第二象限）产生负阻尼使原来的阻尼变小，对负面影响。AVR+PSS:AVR+PSS:AVR+PSS:AVR+PSS:高增益快速高增益快速高增益快速高增益快速+附加控制系统（管闲事帮正忙）附加控制系统（管闲事帮正忙）附加控制系统（管闲事帮正忙）附加控制系统（管闲事帮正忙）q Ug AVR作用大、反应快 Uf大 If大，P（力矩第一象限）产生正阻尼
15、使原来的阻尼变大，对正面影响。第18页，本讲稿共22页电力系统低频振荡电力系统低频振荡v本机振荡模式v地区性振荡模式（local model）：频率一般在0.52.0Hz；v区域间振荡模式（interarea model、tieline model）：频率一般在0.10.5Hz）。小系统：0.52.5Hz；大系统：0.22.5Hz；全国联网：0.12.0Hz；解决励磁产生负阻尼，造成系统产生低频振荡的方法是附加控制，即电力系统稳定器，线性最优励磁控制器，各种智能控制器。依据F.D.迪米洛和C.康柯迪亚理论设计的电力系统稳定器(Power system stabilizer)，简称PSS，即为抑
16、制系统低频振荡和提高电力系统动态稳定性而设置的。第19页，本讲稿共22页电力系统稳定器原理电力系统稳定器原理 建立平面坐标系T1：励磁产生的电磁力矩T2：PSS产生的电磁力矩PSS:附加励磁控制信号AVR(PID)PSS产生的电磁力矩 PSS输入信号、Pe、P、f测量轴转速，测量和处理比较复杂,轴系扭转的处理更加困难，使用较少测量过剩功率P，测量和处理更加复杂,输入信号多，使用也少测量电功率Pe，在假定机械功率不变的情况下，可以得到过剩功率P，使用广泛，效果不错。但在原动机功率变化时会出现反调现象。测量机端电压频率f，克服了测量处理上的困难，但由于发电机电抗的影响，f与频差不完全一致，因而效果上稍差。第20页，本讲稿共22页PSS模型简介输入量、优缺点、反调加速电功率型PSSPSS1APSS2APSS2B第21页，本讲稿共22页投退投退PSS负载阶跃试验录波负载阶跃试验录波时域分析待续第22页，本讲稿共22页