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1、电力系统自动化本讲稿第一页，共六十页第一节第一节 概述概述 =基本知识点基本知识点=一、同步发电机励磁自动控制系统的组成二、励磁控制系统的基本任务 三、励磁系统的任务与要求本讲稿第二页，共六十页一、同步发电机励磁自动控制系统组成一、同步发电机励磁自动控制系统组成本讲稿第三页，共六十页一、同步发电机励磁自动控制系统组成一、同步发电机励磁自动控制系统组成励磁功率单元励磁调节器同步发电机系统本讲稿第四页，共六十页二、励磁控制系统的基本任务二、励磁控制系统的基本任务 n电压调节电压调节n无功分配无功分配n提高发电机运行稳定性提高发电机运行稳定性n提高电力系统运行性能提高电力系统运行性能本讲稿第五页，共
2、六十页1电压调节电压调节（1）基本关系）基本关系 IGUGEqXd本讲稿第六页，共六十页本讲稿第七页，共六十页（2）外特性）外特性 表达式：表达式：本讲稿第八页，共六十页曲线曲线nA：Eq=1.05，xd=0.1，=0；nB：Eq=1.05，xd=0.1，=20；nC：Eq=1.05，xd=0.1，=0,2；ABCIQUG本讲稿第九页，共六十页（3）励磁电流对电压的控制）励磁电流对电压的控制 IEFEqUG：励磁电流可以改变机端电压，通过调节励：励磁电流可以改变机端电压，通过调节励磁电流维持机端电压恒定磁电流维持机端电压恒定 IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG2本讲稿第十页，共六十
3、页2无功功率的分配无功功率的分配（1）发电机与无穷大系统母线并联）发电机与无穷大系统母线并联 向量图向量图 解析式解析式系统AB本讲稿第十一页，共六十页 IEF对无功功率的控制对无功功率的控制 本讲稿第十二页，共六十页（2）并联运行的发电机间的无功功率分配）并联运行的发电机间的无功功率分配 无励磁调节无励磁调节 G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ2 IQ1本讲稿第十三页，共六十页（2）并联运行的发电机间的无功功率分配）并联运行的发电机间的无功功率分配 有励磁调节有励磁调节 G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ1 IQ2本讲稿第十四页，共六十页3提高同步发电机并联运行稳定性提高
4、同步发电机并联运行稳定性（1）稳定性的概念）稳定性的概念n 静态稳定：小干扰后恢复到原状态；静态稳定：小干扰后恢复到原状态；（如：负荷波动）（如：负荷波动）n暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；（如：系统故障）（如：系统故障）（2）励磁提高静态稳定性）励磁提高静态稳定性 恒定的恒定的UG：If变变Eq变变UG不变不变 本讲稿第十五页，共六十页4改善电力系统运行条件改善电力系统运行条件n（1）异步电动机）异步电动机自启动自启动n（2）同步发电机）同步发电机异步运行异步运行n（3）继电保护装置）继电保护装置动作动作n（4）水轮发电机组）水轮发电机组强行励
5、磁强行励磁本讲稿第十六页，共六十页三、励磁系统的任务与要求三、励磁系统的任务与要求1励磁调节器励磁调节器任任务务要求要求迅速响应输入信息变化时间常数小准确调节发电机电压自然调差系数精确合理分配无功功率电压调差系数范围大人工稳定区域运行无失灵区迅速反映系统故障励磁控制功能本讲稿第十七页，共六十页2励磁功率单元励磁功率单元 任任务务要求要求调节系统电压和本身无功可靠性、调节容量较强励磁能力頂值电压快速响应能力电压上升速度本讲稿第十八页，共六十页例例2-1 某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为
6、，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功功率的增量为它们总无功如果系统无功负荷使电厂无功功率的增量为它们总无功容量的容量的20%，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？线上的电压波动是多少？本讲稿第十九页，共六十页例例2-1解：解：一号机额定无功功率为一号机额定无功功率为QG1=PG1tg1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二号机额定无功功率为二号机额定无功功率为QG2=PG2tg2=50tg(arcco
7、s0.85)=30.99(Mvar)因为两台机的调差系数均为因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数，所以公共母线上等值机的调差系数Kadj也为也为0.05。母线电压波动为母线电压波动为 U*=-KadjQ*=-0.050.2=-0.01本讲稿第二十页，共六十页例例2-1解（续）：解（续）：各机组无功负荷波动量各机组无功负荷波动量:Q1*=-U*/Kadj=-(-0.01 /0.05)=0.02Q1=Q1*QG1=0.0215.49=3.10(Mvar)Q2*=-U*/Kadj=-(-0.01 /0.05)=0.02Q2=Q2*QG2=0.0230.99=6.20(Mv
8、ar)一号机组无功负荷增加一号机组无功负荷增加3.10M var,二号机组的无功负增加二号机组的无功负增加6.20M var。因为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的。因为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。容量成正比。本讲稿第二十一页，共六十页例例2-2 在例在例2-1中，若一号机的调差系数中，若一号机的调差系数0.04，二号机调差系，二号机调差系数仍为数仍为0.05。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？动是多少？本讲稿第二十二
9、页，共六十页例例2-2 解解本讲稿第二十三页，共六十页 母母线电压线电压波波动为动为 各机各机组组的无功增量的无功增量(Mvar)(Mvar)一号机一号机组组的无功的无功负负荷增加荷增加3.56M var，二号机二号机组组的无功的无功负负荷增加荷增加5.73M var。调调差系数小的机承担的无功差系数小的机承担的无功负负荷增量荷增量较较大。大。例例2-2 解（续）解（续）本讲稿第二十四页，共六十页第二节第二节 同步发电机励磁系统同步发电机励磁系统=基本知识点基本知识点=n直流励磁机励磁系统（旋转励磁）直流励磁机励磁系统（旋转励磁）n交流励磁机励磁系统（旋转励磁）交流励磁机励磁系统（旋转励磁）n
10、发电机自并励系统（静止励磁系统）发电机自并励系统（静止励磁系统）本讲稿第二十五页，共六十页1 原理原理一、直流励磁机励磁系统一、直流励磁机励磁系统GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自励：自励：REE IEE UEF励磁机励磁机发电机发电机他励：他励：REE IEE UEF 副励副励主励主励发电机发电机本讲稿第二十六页，共六十页2特点特点n优点：控制方便优点：控制方便n缺点：有滑环、电刷缺点：有滑环、电刷易产生火花，可靠性不高易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护结构复杂，不易维护3应用应用n中小容量机组（中小容量机组（100MW）n旧型机组旧型机组本讲稿第二十七页，共六十页1
11、他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统 （1）原理）原理二、交流励磁机励磁系统二、交流励磁机励磁系统500Hz副励磁机副励磁机 100Hz主励磁机主励磁机 50Hz发电机发电机起励电源起励电源副励副励自励恒压自励恒压调节器调节器励磁调节器励磁调节器主励主励交流发电机交流发电机本讲稿第二十八页，共六十页（2）特点）特点n优点：响应速度快（相对优点：响应速度快（相对DC）；）；容量较大（相对容量较大（相对DC）n缺点：有滑环、电刷缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护结构复杂，不易维护（3）应用）应用n中等容量机组（中等容量机组（100MW 30
12、0MW）n我国旧型机组我国旧型机组本讲稿第二十九页，共六十页（1）原理）原理2 无刷励磁系统无刷励磁系统副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止发电机：电枢静止，磁极（励磁）旋转副励副励励磁调节器励磁调节器主励主励交流发电机交流发电机本讲稿第三十页，共六十页（2）特点）特点n优点：维护工作量少；优点：维护工作量少；可靠性高可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长无接触磨损，电机绝缘寿命长n缺点：响应速度慢缺点：响应速度慢 不能直接灭磁不能直接灭磁 对机械性能要求高对机械性能要求高（3）应用）应用n大容量机组（大容量机组（600MW）因为没有滑动因为没有滑动器件器件本
13、讲稿第三十一页，共六十页三、静止励磁系统三、静止励磁系统1 原理原理起励电源起励电源励磁调节器励磁调节器交流发电机交流发电机本讲稿第三十二页，共六十页2 特点特点n优点：维护工作量少；优点：维护工作量少；可靠性高可靠性高 主轴长度短，基建投资少主轴长度短，基建投资少 电压响应速度快电压响应速度快 过电压低过电压低n缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力 继电保护的动作会受一定影响继电保护的动作会受一定影响3 应用应用n大容量机组（大容量机组（600MW）n水轮机组水轮机组因为没有转动励因为没有转动励磁磁本讲稿第三十三页，共六十页第三节第三节 励磁系
14、统中转子磁场的建立与灭磁励磁系统中转子磁场的建立与灭磁=基本知识点基本知识点=n强励、灭磁的定义及作用；强励、灭磁的定义及作用；n强励接线及工作原理；强励接线及工作原理；n灭磁的方法灭磁的方法 本讲稿第三十四页，共六十页一、磁场建立一、磁场建立 1励磁系统的强励要求励磁系统的强励要求n转子励磁电压的最大值转子励磁电压的最大值 顶值电压：顶值电压：UEF,max 强励倍数：强励倍数：UEF,max/UEF,N1.6-2.0n转子磁场的建立速度转子磁场的建立速度 励磁机的响应速度励磁机的响应速度 转子的响应速度转子的响应速度本讲稿第三十五页，共六十页2励磁机的时间常数励磁机的时间常数（1）他励）他
15、励回路方程：回路方程：回路电流：回路电流：时间常数：时间常数：本讲稿第三十六页，共六十页（2）自励）自励回路方程：回路方程：磁化曲线：磁化曲线：回路电流：回路电流：时间常数：时间常数：本讲稿第三十七页，共六十页3转子磁场的建立时间转子磁场的建立时间（1）响应时间）响应时间本讲稿第三十八页，共六十页（2）电压响应比）电压响应比 本讲稿第三十九页，共六十页二、同步发电机灭磁二、同步发电机灭磁1概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度2要求：要求：1）灭磁时间要短）灭磁时间要短 2）励磁绕组的电压不应超过允许值。）励磁绕组的电压不应超过允许值。本讲稿第四十页，
16、共六十页3灭磁方法灭磁方法（1）直流励磁机）直流励磁机放电灭磁放电灭磁 在励磁绕组中接入一常数电阻在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉。储存的能量转变为热能而消耗掉。本讲稿第四十一页，共六十页 本讲稿第四十二页，共六十页（2）交流励磁机）交流励磁机逆变灭磁逆变灭磁 控制角控制角在在90150范围内整流桥处于逆变运范围内整流桥处于逆变运行状态。转子储存的磁场能量就以续流形式经全控行状态。转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量不桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量不断减少，这样就达到了灭磁断减少，这样就
17、达到了灭磁.本讲稿第四十三页，共六十页1）理想）理想灭灭磁条件：磁条件：电流在相当大范围内变化时，两端电压保持不变.2）快速）快速灭灭磁开关磁开关灭磁过程中，磁场电流就以等速衰减，直到为零 本讲稿第四十四页，共六十页复复习习与作与作业业 n1.何何谓谓强强励？励？说说明比例型励磁明比例型励磁调节调节器和器和补偿补偿型励磁型励磁调节调节器器如何如何实现实现强强励作用？各自的励作用？各自的强强励效果如何？励效果如何？n2.强强励的基本作用是什么？衡量励的基本作用是什么？衡量强强励性能的指励性能的指标标是什么？是什么？n3.继电继电强强行励磁装置在行励磁装置在实实施接施接线时应线时应注意哪些原注意哪
18、些原则则？n4.何何谓灭谓灭磁？常磁？常见见的三种的三种灭灭磁方法是什么，并加以比磁方法是什么，并加以比较较。本讲稿第四十五页，共六十页第四节第四节 励磁调节器原理励磁调节器原理=基本知识点基本知识点=n励磁调节器基本功能励磁调节器基本功能 n励磁调节器原理励磁调节器原理 n励磁调节器静态工作特性励磁调节器静态工作特性 n励磁调节器静态工作特性的调整励磁调节器静态工作特性的调整 本讲稿第四十六页，共六十页一、励磁调节器基本功能一、励磁调节器基本功能 n保证发电机在投入和退出电网运行时能保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移平稳的转移 无功负荷，不引起对电网无功负荷，不引起对电网的冲击；的
19、冲击；n保证并联运行的发电机组间无功功率的保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。合理分配。本讲稿第四十七页，共六十页二、励磁调节器原理二、励磁调节器原理 1测量比较单元测量比较单元（1）电压测量：）电压测量：（2）比较整定：）比较整定：本讲稿第四十八页，共六十页二、励磁调节器原理二、励磁调节器原理 2综合放大单元综合放大单元（1）正竞比电路：励磁信号控制）正竞比电路：励磁信号控制（2）负竞比电路：电压）负竞比电路：电压/频率限制器信号频率限制器信号（3）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅（4）互补输出电路：提高与下一级负载阻抗匹配能力）互补输出电路
20、：提高与下一级负载阻抗匹配能力：本讲稿第四十九页，共六十页二、励磁调节器原理二、励磁调节器原理 3移向触发单元移向触发单元（1）移向触发：）移向触发：（2）整流输出）整流输出：本讲稿第五十页，共六十页三、励磁调节静态工作特性三、励磁调节静态工作特性1静态工作特性的合成静态工作特性的合成（1）平移发电机的外特性）平移发电机的外特性 改变改变RP值，即值，即Uset整定。实现平稳的将发电机投整定。实现平稳的将发电机投入和退出电网运行入和退出电网运行（2）改变发电机的外特性的斜率）改变发电机的外特性的斜率 调整调差系数调整调差系数Kadj，保证并联运行的发电机组，保证并联运行的发电机组间无功功率的合
21、理分配。间无功功率的合理分配。本讲稿第五十一页，共六十页2发电机励磁控制系统静态特性发电机励磁控制系统静态特性（1）同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没）同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机电流的无功分量之间的静态特性。此特性通常称为发电流的无功分量之间的静态特性。此特性通常称为发电机外特性或电压调节特性，也称为电压调差特性。电机外特性或电压调节特性，也称为电压调差特性。本讲稿第五十二页，共六十页0IGQIAERUG=UGNIGQUGabRP大大RP大大RP小小RP小小本讲稿第五十三页，
22、共六十页（2）发电机机端电压调差率：）发电机机端电压调差率：在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负荷从定、发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负荷从零变化到额定值时，用发电机额定电压的百分数表示的零变化到额定值时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机机端电压变化率。发电机机端电压变化率。本讲稿第五十四页，共六十页本讲稿第五十五页，共六十页四、励磁调节器静态工作特性的调整四、励磁调节器静态工作特性的调整 1定义：定义：在某一在某一RP值下，无功负荷电流从零变至额值下，无功负荷电流从零变至额定值时，发电
23、机电压的相对变化。定值时，发电机电压的相对变化。本讲稿第五十六页，共六十页 2调差系数的调整调差系数的调整（1）改变极性）改变极性n正调差接线正调差接线 n负调差接线负调差接线（2）改变大小：调整电阻）改变大小：调整电阻R值。值。本讲稿第五十七页，共六十页3发电机外特性的平移发电机外特性的平移（1）发电机在退出系统运行时）发电机在退出系统运行时 IG.Q1减小到减小到IG.Q2减小到减小到0，只要，只要将发电机外特性由将发电机外特性由1下移动到下移动到3，这样机组就可平稳退出运行，这样机组就可平稳退出运行，不会发生无功功率的突变，不会引起对电网的冲击。不会发生无功功率的突变，不会引起对电网的冲
24、击。（2）发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性）发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性3向上移动，使向上移动，使无功电流逐渐增加到运行要求值。无功电流逐渐增加到运行要求值。本讲稿第五十八页，共六十页IGQ0IGQ2IGQ1UGUsys123本讲稿第五十九页，共六十页复习与讨论复习与讨论n1.对对励磁励磁调节调节器静特性器静特性调调整的基本要求是什么？整的基本要求是什么？n2.何何谓谓自然自然调调差系数？差系数？n3.在励磁在励磁调节调节器中器中为为要要设设置置调调差差单单元？元？n4.平移平移发电发电机的外特性有何作用？机的外特性有何作用？n5.励磁励磁调节调节器引入器引入调调差差单单元后，是不是其元后，是不是其维维持机端持机端电电压压水平的能力差了？水平的能力差了？为为什么？什么？本讲稿第六十页，共六十页