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1、电力系统自动化电力系统自动化主讲教师：刘兴杰主讲教师：刘兴杰答疑地点：教一楼答疑地点：教一楼347联系方式：联系方式：7522257;4 电力系统电压和无功功率自动控制电力系统电压和无功功率自动控制电力系统电压和无功功率控制的必要性（电力系统电压和无功功率控制的必要性（4.1）电力系统电压和无功功率控制（电力系统电压和无功功率控制（4.2）同步发电机励磁控制系统的主要任务和对它的基同步发电机励磁控制系统的主要任务和对它的基本要求（本要求（4.3）同步发电机励磁自动控制系统（同步发电机励磁自动控制系统（4.4）比例式励磁控制系统的基本原理（比例式励磁控制系统的基本原理（4.5）同步发电机励磁控制
2、系统的静态特性（同步发电机励磁控制系统的静态特性（4.6）同步发电机励磁控制系统的动态特性（同步发电机励磁控制系统的动态特性（4.7）同步发电机微机励磁控制系统（同步发电机微机励磁控制系统（4.8）4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性电力系统电压控制的必要性电力系统电压控制的必要性1）电压偏离对电力用户造成影响）电压偏离对电力用户造成影响2）电压偏离对电力系统造成影响）电压偏离对电力系统造成影响4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性1）电压偏离对电力用户的影响）电压偏离对电力用户的影响电力负荷中比重最大的是异步电动机
3、，它的转矩电力负荷中比重最大的是异步电动机，它的转矩与端电压的平方成正比。如果额定电压时最大转与端电压的平方成正比。如果额定电压时最大转矩为矩为100，当电压下降到，当电压下降到90时，它的最大转时，它的最大转矩将下降到额定电压转矩的矩将下降到额定电压转矩的81。因此，当电压。因此，当电压过低时可使电动机拖动能力下降；使绕组温度上过低时可使电动机拖动能力下降；使绕组温度上升，加速绝缘老化，严重情况下，甚至使电动机升，加速绝缘老化，严重情况下，甚至使电动机烧毁。电压下降时会使电动机的转速下降，将影烧毁。电压下降时会使电动机的转速下降，将影响工业产品的产量和质量。响工业产品的产量和质量。4.1 电
4、力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性电炉的用功功率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会电炉的用功功率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会因电压降低而增加冶炼时间，从而影响产量。因电压降低而增加冶炼时间，从而影响产量。电压过低时，照明设备的发光频率和亮度会大幅度下降。电压过低时，照明设备的发光频率和亮度会大幅度下降。电压过高将使所有电气设备绝缘受损；使变压器、电动机电压过高将使所有电气设备绝缘受损；使变压器、电动机等的铁心饱和程度加深，铁心损耗增大，温升增加，寿命等的铁心饱和程度加深，铁心损耗增大，温升增加，寿命缩短。缩短。照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化很敏感。
5、电压过高照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化很敏感。电压过高会使白炽灯的寿命大大缩短，电压高于额定值会使白炽灯的寿命大大缩短，电压高于额定值10，寿命，寿命将缩短一半。电压偏离额定值时，日光灯的寿命也会缩短。将缩短一半。电压偏离额定值时，日光灯的寿命也会缩短。冲击负荷（如轧钢机等）会引起电压突然下降和恢复，产冲击负荷（如轧钢机等）会引起电压突然下降和恢复，产生电压闪变。电压闪变对冲击负荷附近的用户产生不良影生电压闪变。电压闪变对冲击负荷附近的用户产生不良影响，如灯光闪烁。响，如灯光闪烁。4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性2）电压偏离对电力系统的影响）电压
6、偏离对电力系统的影响电厂中的厂用机械（如给水泵、循环水泵、送风机、吸风电厂中的厂用机械（如给水泵、循环水泵、送风机、吸风机、磨媒机等）是由电动机驱动的。电压下降会使电动机机、磨媒机等）是由电动机驱动的。电压下降会使电动机转速下降、出力减少，并影响厂用机械的出力。这将直接转速下降、出力减少，并影响厂用机械的出力。这将直接影响锅炉和汽轮机的运行，严重时会使电厂出力下降，危影响锅炉和汽轮机的运行，严重时会使电厂出力下降，危机电力系统的安全运行。机电力系统的安全运行。如果电力系统中无功功率严重短缺，电压水平过于低下，如果电力系统中无功功率严重短缺，电压水平过于低下，使某些枢纽变电站的母线电压运行在临界
7、值之下时，母线使某些枢纽变电站的母线电压运行在临界值之下时，母线电压有一微小下降就会发生负荷消耗的无功功率增加量大电压有一微小下降就会发生负荷消耗的无功功率增加量大于系统向该点提供的无功功率增加量，使无功缺额进一步于系统向该点提供的无功功率增加量，使无功缺额进一步增大，电压进一步下降。如此恶性循环的结果，会使该枢增大，电压进一步下降。如此恶性循环的结果，会使该枢纽变电站的母线电压下降到很低的水平。这种现象即所谓纽变电站的母线电压下降到很低的水平。这种现象即所谓“电压崩溃电压崩溃”。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。
8、发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性电力系统无功功率控制的必要性：电力系统无功功率控制的必要性：1）维持电力系统电压在允许范围之内）维持电力系统电压在允许范围之内2）提高电力系统运行的经济性）提高电力系统运行的经济性3）维持电力系统稳定）维持电力系统稳定4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性1）维持电力系统电压在允许范围之内）维持电力系统电压在允许范围之内电力系统的电压是靠电力系统中无功功率电力系统的电压是靠电力系统中无功功率平衡维持的。要控制电力系统在额定电压平衡维持的。要控
9、制电力系统在额定电压运行，就要控制电力系统中无功电源发出运行，就要控制电力系统中无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所需消耗的无功功率。如果这个时所需消耗的无功功率。如果这个“等于等于”关系不能满足，电力系统就会偏离额定关系不能满足，电力系统就会偏离额定电压运行。可见，维持电力系统电压在允电压运行。可见，维持电力系统电压在允许范围之内是靠控制电力系统无功电源的许范围之内是靠控制电力系统无功电源的出力实现的。出力实现的。4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性2）提高电力系统运行的经济性）提高电力系统运行的经济
10、性电力系统的无功电源除了同步发电机外，还有并联电容器电力系统的无功电源除了同步发电机外，还有并联电容器同步调相机、同步电动机、静止补偿器等。高压输电线路同步调相机、同步电动机、静止补偿器等。高压输电线路的充电功率相当于在线路上并联了电容器，因此高压输电的充电功率相当于在线路上并联了电容器，因此高压输电线路也可以看成无功电源。选用哪种无功电源，将他们配线路也可以看成无功电源。选用哪种无功电源，将他们配置在何处，如何控制系统中无功电源的出力，是很重要的。置在何处，如何控制系统中无功电源的出力，是很重要的。这些工作做得好，不仅可以提高电力系统的电压质量，而这些工作做得好，不仅可以提高电力系统的电压质
11、量，而且还会减少无功功率传输过程中造成的无功和有功功率损且还会减少无功功率传输过程中造成的无功和有功功率损耗，而且可以提高系统运行的经济性。例如，对于远离负耗，而且可以提高系统运行的经济性。例如，对于远离负荷中心的电厂，就不要它发过多的无功功率送往负荷。这荷中心的电厂，就不要它发过多的无功功率送往负荷。这是因为远距离地从电源经过变压器和输电线路向负荷输送是因为远距离地从电源经过变压器和输电线路向负荷输送无功功率，要产生电压损耗（高压线路和变压器上的电压无功功率，要产生电压损耗（高压线路和变压器上的电压损耗主要由无功功率造成的）和有功功率损耗，而且输送损耗主要由无功功率造成的）和有功功率损耗，而
12、且输送距离越远，经过的环节越多，电压损耗和有功功率损耗就距离越远，经过的环节越多，电压损耗和有功功率损耗就越大。因此，无功功率一般都尽可能就地、就近平衡。越大。因此，无功功率一般都尽可能就地、就近平衡。4.1 电力系统电压和无功功率控制的电力系统电压和无功功率控制的必要性必要性3）维持电力系统稳定）维持电力系统稳定发电机是电力系统中重要的无功电源，而控制发发电机是电力系统中重要的无功电源，而控制发电机输出无功功率的是发电机的励磁调节系统。电机输出无功功率的是发电机的励磁调节系统。在电力系统静态稳定方面，合理地选用自动励磁在电力系统静态稳定方面，合理地选用自动励磁调节器，可以使发电机出口某一电抗
13、后面的电压调节器，可以使发电机出口某一电抗后面的电压维持不变。这相当于将发电机电抗和发电机后的维持不变。这相当于将发电机电抗和发电机后的电抗减少至零，从而提高电力系统地静态稳定性。电抗减少至零，从而提高电力系统地静态稳定性。在暂态稳定方面，采用高励磁顶值、快速响应的在暂态稳定方面，采用高励磁顶值、快速响应的励磁系统，会使发电机在加速过程中迅速增大励励磁系统，会使发电机在加速过程中迅速增大励磁电流，从而有效地改善电力系统地暂态稳定性。磁电流，从而有效地改善电力系统地暂态稳定性。在现代大型发电机上采用高性能的励磁调节器提在现代大型发电机上采用高性能的励磁调节器提高励磁顶值电压和励磁电压上升速度，对
14、提高电高励磁顶值电压和励磁电压上升速度，对提高电力系统稳定有明显的效果。力系统稳定有明显的效果。4.3 同步发电机励磁控制系统的主要同步发电机励磁控制系统的主要任务和对它的基本要求任务和对它的基本要求 励磁励磁调节器调节器励磁功励磁功率单元率单元发电机发电机励磁系统励磁系统手动手动调节调节给定电压给定电压辅助控制信号辅助控制信号PTCTULILUGIG同步发电机励磁控制系统构成示意图同步发电机励磁控制系统构成示意图4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务1-控制电压控制电压单机带负荷稳定运行图单机带负荷稳定运行图4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电
15、机励磁控制系统的主要任务要任务1-控制电压控制电压4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务1-控制电压控制电压发电机并入电力系统运行电路图发电机并入电力系统运行电路图4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务1-控制电压控制电压4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务2-合理分配无功功率合理分配无功功率合理的体现：合理的体现：1）每台发电机发出的无功功率数量要合理每台发电机发出的无功功率数量要合理2）系统电压变化时，每台发电机发出的无功）系统电压变化时，每台发电机发出的无功功率增量要合理功
16、率增量要合理 4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务2-合理分配无功功率合理分配无功功率发电机接入无穷发电机接入无穷大系统接线图大系统接线图1）发电机无功功率控制的原理）发电机无功功率控制的原理假设发电机接入无穷大系统，则发电机机端电假设发电机接入无穷大系统，则发电机机端电压保持不变。调节无功功率时，有功功率输出压保持不变。调节无功功率时，有功功率输出不变，且忽略发电机凸极效应和定子损耗，有不变，且忽略发电机凸极效应和定子损耗，有功为：功为：4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务2-合理分配无功功率合理分配无功功率发电
17、机接入无穷大系统矢量图发电机接入无穷大系统矢量图可可见见，随随着着励励磁磁电电流流的的增增加加，发发电电机机空空载载电电势势沿沿着着AA逐逐渐渐增增大大，发发电电机机电电流流的的无无功功分分量量增增加加，发发电电机机输输出出的的无无功功增增加加。4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务2-合理分配无功功率合理分配无功功率2）并联运行机组之间的无功分配）并联运行机组之间的无功分配并联运行发电机间的无功负荷分配并联运行发电机间的无功负荷分配稳定性的概念稳定性的概念 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）暂
18、态稳定：大干扰后恢复到原状态或暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；新状态；（如：系统故障）（如：系统故障）4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主要任同步发电机励磁控制系统的主要任务务3-提高电力系统运行的稳定性提高电力系统运行的稳定性4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务3-提高电力系统运行的稳定性提高电力系统运行的稳定性1）励磁系统对静态稳定性的影响）励磁系统对静态稳定性的影响4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务3-提高电力系统运行的稳定性提高电力系统运行的稳定性2）励磁系统对暂态稳定的影响）励磁系统对暂态稳定
19、的影响4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务4-改善电力系统运行条件改善电力系统运行条件1）改善异步电动机的自起动条件）改善异步电动机的自起动条件短路切除后电压恢复过程短路切除后电压恢复过程电力系统发生短路故障时，故障点附近系统电压大幅下降，使大多数用户的电动机处于回馈制动状态，转速下降。故障切除后，由于电动机自启动时要吸收大量的无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速系统电压的恢复，有效地改善电动机的自启动条件。4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务4-改善电力系统运行条件改善电力系统运行
20、条件2）为同步发电机异步运行创造条件）为同步发电机异步运行创造条件当发电机的励磁系统发生故障时，有可能使同步发电机失去励磁，这时发电机将从系统中吸收大量无功功率，造成系统电压大幅下降，严重时会危及系统的安全运行。此时，如果系统中其他发电机组能提供足够的无功功率来维持系统电压水平，则失磁的发电机还可以在一定时间内以异步方式维持运行。这不但可以确保系统安全运行，而且有利于机组热力设备的运行。4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务4-改善电力系统运行条件改善电力系统运行条件3）提高继电保护装置工作的正确性）提高继电保护装置工作的正确性当系统处于低负荷运行状态时，
21、系统中的某些发电机的励磁电流不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小，且随时间衰减，有可能导致带时限的继电保护不动。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机的励磁电流以提高系统电压，增大短路电流，使继电保护装置可靠动作。4.3.1 同步发电机励磁控制系统的主同步发电机励磁控制系统的主要任务要任务5-防止水轮发电机过电压防止水轮发电机过电压水轮发电机在因系统故障被切除或突然甩负荷时，一方面由于水轮发电机组的机械转动惯量很大，另一方面为了引水管道的安全，不能迅速关闭水轮机的导水叶，致使发电机的转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机感应电势有可能升高到危及定子绕组绝缘的程度。
22、因此，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁功能。励磁励磁调节器调节器励磁功励磁功率单元率单元发电机发电机励磁系统励磁系统手动手动调节调节给定电压给定电压辅助控制信号辅助控制信号PTCTULILUGIG同步发电机励磁控制系统构成示意图同步发电机励磁控制系统构成示意图4.3.2 对励磁系统的基本要求对励磁系统的基本要求4.3.2 对励磁系统的基本要求对励磁系统的基本要求具有十分高的可靠性具有十分高的可靠性保证发电机具有足够的励磁容量。保证发电机具有足够的励磁容量。具有足够的强励能力具有足够的强励能力保证发电机电压调差率有足够的整定范围保证发电机电压调差率有足够的整定范围保证发电机电压有足够的调节范围
23、保证发电机电压有足够的调节范围保证发电机励磁自动控制系统具有良好的保证发电机励磁自动控制系统具有良好的调节特性调节特性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一、同步发电机励磁自动控制系统基本一、同步发电机励磁自动控制系统基本构成（按励磁功率单元分类）构成（按励磁功率单元分类）直流励磁机励磁系统：由与发电机组同轴的直流直流励磁机励磁系统：由与发电机组
24、同轴的直流发电机供给发电机励磁发电机供给发电机励磁交流励磁机励磁系统：励磁功率单元就采用了交交流励磁机励磁系统：励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成，交流发电机发流发电机和半导体整流元件组成，交流发电机发出的交流电经半导体整流后供给发电机励磁出的交流电经半导体整流后供给发电机励磁静止励磁系统：以接于发电机出口的变压器作为静止励磁系统：以接于发电机出口的变压器作为励磁电源，经晶闸管整流后供给发电机励磁励磁电源，经晶闸管整流后供给发电机励磁4.4 同步发电机的励磁自动控制系统同步发电机的励磁自动控制系统（一）自励直流励磁机系统4.4.2直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统（二）它励直
25、流励磁机系统4.4.2直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统（三）特点（三）特点 优点：控制方便优点：控制方便 缺点：须换向，有滑环、电刷缺点：须换向，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（四）应用范围：（四）应用范围：中小容量机组（中小容量机组（100MW）旧型机组旧型机组4.4.2直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统（一）它励交流励磁机静止整流励磁系统（1）原理4.4.3交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统（2）特点）特点 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）缺点：有滑环、电刷缺点：
26、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 中等容量机组（中等容量机组（100MW 300MW）我国旧型机组我国旧型机组4.4.3交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统（三）交流励磁机旋转整流励磁系统（无刷励磁）（三）交流励磁机旋转整流励磁系统（无刷励磁）(1)原理原理4.4.3交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统副励磁机：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4.4.3交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统（2）特点）特点 优点：维护工作量少优点：维护工作量少 可靠性高
27、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 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 大容量机组（大容量机组（600MW）（一）自并励励磁系统4.4.4静止励磁系统曾经的疑虑：发电机端三相短路而切除时间又较长的情况下，由于励磁变压器原边的电压为零，历次系统能否及时提供足够的强励电压由于短路电流的衰减，带时限的继电保护能否正确动作4.4.4静止励磁系统（2）特点：）特点：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
28、低过电压低 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 大容量机组（大容量机组（600MW）水轮机组水轮机组4.4.4静止励磁系统（二）自复励励磁系统特点：当电力系统短路时，自励部分会因为发电机电压下降而降低励磁能力，复励部分会因为发电机电流增加而增加励磁能力，两者相辅相成，弥补了自并励方式单独由发电机供给发电机励磁电流的不足，它可以保证在机端短路时有足够的强励能力。4.4.4静止励磁系统4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.1 基本结构与工作原理基本结构与工作原理4.5.1.
29、1 基本结构基本结构调差单元调差单元测量比较单元测量比较单元综合放大单元综合放大单元移相触发单元移相触发单元可控硅整流单元可控硅整流单元励磁功率单元励磁功率单元发电机发电机4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.1.2 工作原理工作原理 正正常常状状态态下下系系统统工工作作在在某某个个稳稳定定的的工工作作点点。当当UG升升高高时时，经经过过调调差差、测测量量环环节节的的输输出出UC升升高高，测测量量比比较较单单元元输输出出一一个个负负的的偏偏差差电电压压，将将使使ILL变变小小从从而而使使IL变变小小，这这样样可可以以降降低低UG；当当UG降降低低时时，
30、经经过过调调差差、测测量量环环节节的的输输出出UC降降低低，测测量量比比较较单单元元输输出出一一个个正正的的偏偏差差电电压压，将将使使ILL变变大大从从而而使使IL变变大大，这这样样可可以以升升高高UG；达达到到维维持持机机端端电电压压基基本本不不变变的的目目的的。ILL（IL）UG励磁调节器的工作特性励磁调节器的工作特性4.5 比例式励磁自动控制系统的基本原理比例式励磁自动控制系统的基本原理励磁功励磁功率单元率单元移相移相触发触发同步同步信号信号手动手动调节调节给定给定电压电压辅助控辅助控制信号制信号PTCTULILUGIGUG测量测量比较比较调差调差综合综合放大放大可控可控整流整流UbU
31、k比例式可控硅励磁调节器的结构框图比例式可控硅励磁调节器的结构框图4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2 比例式可控硅励磁调节器的工作原理4.5.2.1 电压测量比较单元-作用及要求电压测量比较单元的基本作用是把发电机电压变换为与电压测量比较单元的基本作用是把发电机电压变换为与其成正比的直流电压，与给定电压进行比较，得到两者其成正比的直流电压，与给定电压进行比较，得到两者的偏差。的偏差。测量电路应有足够高的灵敏度，给定电压应稳定，保证测量电路应有足够高的灵敏度，给定电压应稳定，保证足够的调节范围。足够的调节范围。电路的时间常数要小。电路的时间常数要小。测量电路的输出电压应平稳，纹波要小
32、测量电路的输出电压应平稳，纹波要小4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.1 电压测量比较单元-结构测量比较单元结构框图测量比较单元结构框图4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.1 电压测量比较单元-正序电压滤过器Ra2:Rb1:Xc=2:1:sqrt(3)正序滤过器ABCBCARa2:Rb1:Xc=2:1:sqrt(3)ACB4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.1 电压测量比较单元-测量变压器将从电压互感器二次侧来的电压降为适用于整流电路所将从电压互感器二次侧来的电压降为适用于整流电路所需要的值。需要的值。测量变压器副边一般为三相。测量变压器副边一般为三相。有的
33、励磁调节器为了减小整流后的交流分量，进而减小有的励磁调节器为了减小整流后的交流分量，进而减小滤波电路的电容量，达到减小测量单元时间常数的目的，滤波电路的电容量，达到减小测量单元时间常数的目的，将测量变压器副边做成将测量变压器副边做成6相，甚至相，甚至12相。相。4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.1 电压测量比较单元-整流滤波将测量变压器副边输出的三相电压整流得到一个反映三将测量变压器副边输出的三相电压整流得到一个反映三相交流电压大小的直流电压。相交流电压大小的直流电压。对应测量变压器副边，整流电路有对应测量变压器副边，整流电路有3相，相，6相，甚至相，甚至12相相整流。整流。4.
34、5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.1 电压测量比较单元-比较整定电路4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.1 电电压压测测量量比比较较单单元元-发发电电机机端端电电压压整整定定过过程程发发电电机机端端电电压压整整定定是是指指确确定定发发电电机机端端电电压压稳稳定定工工作作电电压压。它它是是通通过过调调整整电电位位器器W的的阻阻值值RW来实现的。来实现的。设设发发电电机机运运行行在在电电压压UG，与与之之对对应应，比比较较电电路路的的输输出出电电压压Ub=0。若若调调整整W，使使阻阻值值RW增增加加，其其上上电电压压降降随随之之增增加加。因因系系统统延延迟迟，发发电电机机端端
35、电电压压不不会会立立即即下下降降，即即Uc不不变变。这这样样，RW增增加加的的结结果果会会使使Uab Ub，从从而而导导致致发发电电机机的的励励磁磁电电流流ILLUG UC Uab Ub。当当上上升升到到Ub0 时时，调调节节过过程程结结束，发电机进入新的稳定运行状态。束，发电机进入新的稳定运行状态。4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.2 综合放大单元综合放大单元-作用及要求作用及要求综合放大各种励磁控制信号。综合放大各种励磁控制信号。改善励磁自动控制系统的静态和动态性能指标。改善励磁自动控制系统的静态和动态性能指标。输出移相单元所需的输入电压。输出移相单元所需的输入电压。能线性无
36、关地综合、放大各输入信号。能线性无关地综合、放大各输入信号。要有足够的运算精度和放大系数，且放大系数要有足够的运算精度和放大系数，且放大系数可调。可调。要有足够的响应速度，即时间常数要小。要有足够的响应速度，即时间常数要小。工作稳定可靠，输出阻抗低。工作稳定可靠，输出阻抗低。输出电压范围应满足移相触发单元的要求。输出电压范围应满足移相触发单元的要求。4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.2 综合放大单元-结构及工作原理4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路-作用作用可控硅可控硅(晶闸管晶闸管)整流电路的作用是将交流整流电路的作用是将交流电压整
37、流成直流电压向发电机励磁绕组或电压整流成直流电压向发电机励磁绕组或励磁机励磁绕组供给可控制的励磁电流。励磁机励磁绕组供给可控制的励磁电流。4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.3 可控硅整流电路-电路结构4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.3 可控硅整流电路-工作原理可控硅的通断。可控硅的通断。整流元件的导通次序。整流元件的导通次序。可控硅的控制角可控硅的控制角。可控硅的导通角可控硅的导通角整流电路的输入电压整流电路的输入电压整流电路的输出电压整流电路的输出电压续流管的作用续流管的作用4.5 比例式励磁自动控制的基本原理三相半控桥式整流电路的电压波形图三相半控桥式整流电路
38、的电压波形图触发角为0度时的波形触发角为30度时的波形触发角为60度时的波形触发角为90度时的波形触发角为120度时的波形触发角为150度时的波形触发角为180度时的波形4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.3 可控硅整流电路-特性4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2.4 同步及移相触发单元-要求晶闸管的触发脉冲应与晶闸管阳极电压同步。触发脉冲的移相范围要符合相应可控整流电路的要求。触发脉冲应有足够的功率以保证晶闸硅可靠地导通。触发脉冲上升沿要陡。触发脉冲应有足够的宽度。保证各相晶闸管的控制角 一致。触发脉冲应与主电路相互隔离。4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.2
39、.4 同步及移相触发单元-结构及工作原理4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.3 比例式半导体励磁调节器的静态工作特性4.5 比例式励磁自动控制的基本原理4.5.3 比例式半导体励磁调节器的静态工作特性4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性发电机调压精度：当自动励磁调节器投入运行、调差单元退出、电压给定值不变时，发电机负载从零到额定值变化时引起的发电机机端电压的变化。一般要求不大于0.51%。4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性同步发电机励磁控制系统的静态特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电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机外特性或电压调节特性，
40、也称为电压调差特性。4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性一般用发电机端电压调差率或者调差系数T来表征电压调差特性。4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性当负荷电流为无功性质时，经调差单元后线电压明显增大；当负荷电流为有功性当负荷电流为无功性质时，经调差单元后线电压明显增大；当负荷电流为有功性质时，经调差单元后线电压经过一个旋转，幅值变化不大；可见调差单元主要反质时，经调差单元后线电压经过一个旋转，幅值变化不大；可见调差单元主要反映了无功负荷电流的变化，满足调差单元的基本要求。映了无功负荷电流的变化，满足调差单元的基本要求。假设发电机机端电压稳定在某
41、一值，而负荷电流增加，则经过调差单元后输入到假设发电机机端电压稳定在某一值，而负荷电流增加，则经过调差单元后输入到测量比较单元的电压升高，经过励磁调节单元后会降低励磁电流，使机端电压降测量比较单元的电压升高，经过励磁调节单元后会降低励磁电流，使机端电压降低，形成正调差。低，形成正调差。无功负荷电流时无功负荷电流时有功负荷电流时有功负荷电流时无功负荷电流时无功负荷电流时有功负荷电流时有功负荷电流时4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性4.6 同步发电机励磁控制系统的静态特性发电机电压调节特性与无功功率的关系发电机电压调节特性与无功功率的关系IqUG0UMIq1Iq21234.6 同步发电机励磁
42、控制系统的静态特性发电机电压调节特性平移的原理示意图发电机电压调节特性平移的原理示意图传递函数传递函数-示例AVR（PID）AVR+PSS龙山电厂励磁调节器传递函数数字式励磁调节器构成GEC系列全数字式励磁控制器系列全数字式励磁控制器关于课内实验本章总结本章总结了解电力系统电压和无功功率控制的必要性；了解电力系统电压和无功功率控制的必要性；理解励磁控制系统的主要任务及对励磁控制系统理解励磁控制系统的主要任务及对励磁控制系统的基本要求；的基本要求；了解励磁控制系统的构成、励磁方式分类；了解励磁控制系统的构成、励磁方式分类；了解起励、灭励、强励、强减；了解起励、灭励、强励、强减；掌握励磁调节器基本构成，包括测量比较单元、掌握励磁调节器基本构成，包括测量比较单元、综合放大单元、可控整流电路、移相触发单元的综合放大单元、可控整流电路、移相触发单元的基本工作原理及典型电路；基本工作原理及典型电路；掌握励磁调节器的静态工作特性；掌握励磁调节器的静态工作特性；掌握励磁控制系统的静态调节特性、电压调差系掌握励磁控制系统的静态调节特性、电压调差系数，调差接线分析。数，调差接线分析。谢谢！