發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理

1、第三部分發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理三峽電廠陳小明 Chen_xiaomingo)cypc com cn勵(lì)磁系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR、ECR/FCR （勵(lì)磁調(diào)節(jié)器）勵(lì)磁電源（勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器）整流器（AC/DC變換，SCR、二極管）滅磁與轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)按勵(lì)磁電源分類：直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)按響應(yīng)速度分類：慢速勵(lì)磁系統(tǒng)快速勵(lì)磁系統(tǒng)咼起始勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)）組成：交流主勵(lì)磁機(jī)（ACL）和交流副勵(lì)磁機(jī)（ACFL）都與發(fā)電機(jī)同 軸。副勵(lì)磁機(jī)是自勵(lì)式的，其磁場(chǎng)繞組由副勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)整流后供電。 也有用永磁發(fā)電機(jī)作副勵(lì)磁機(jī)的，亦稱三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：它勵(lì)

2、，勵(lì)磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長(zhǎng)度長(zhǎng)，易引發(fā)軸系振蕩jjMMI交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（二機(jī)它勵(lì)）PLQr#自妙恒CTeACLZB8PTCTePT自動(dòng)勵(lì)施調(diào)節(jié)器自功勝瞪闊節(jié)拐組成：交流主勵(lì)磁機(jī)經(jīng)過(guò)可控硅整流裝置向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)了回路提供勵(lì)磁電 流；AVR控制可控硅的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流，亦稱為兩機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系 統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)沒有副勵(lì)磁機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)出口電壓經(jīng) 勵(lì)磁變壓器后獲得,自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角,以調(diào)節(jié)交流勵(lì) 磁機(jī)勵(lì)磁電流，交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)了， 亦稱為兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：取消副勵(lì)磁機(jī)，軸系長(zhǎng)度縮短；缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度慢自勵(lì)系統(tǒng)（并

3、勵(lì)、復(fù)勵(lì)）就咗自勵(lì)系統(tǒng)（并勵(lì)、復(fù)勵(lì)）就咗自勵(lì)系統(tǒng)（并勵(lì)、復(fù)勵(lì)）就咗自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 組成：勵(lì)磁變壓器、大功率可控 硅整流柜、滅磁及過(guò)電壓保護(hù)、 起勵(lì)設(shè)備、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快 缺點(diǎn)：強(qiáng)勵(lì)時(shí)系統(tǒng)電壓變化復(fù)雜交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電壓變壓器ZB （并聯(lián)變）的副方 電壓與勵(lì)磁電流變壓器GLH （吊聯(lián)變） 的副方電壓相聯(lián)（相量相加），然后 加在可控硅整流橋KZO當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù) 載情況變化時(shí)，例如電流增大或功率 數(shù)降低，則加到可控硅整流橋上的陽(yáng) 極電壓增大，故這神勵(lì)磁方金具有相 復(fù)勵(lì)作用。自勵(lì)系統(tǒng)（并勵(lì)、復(fù)勵(lì)）就咗無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)CT&PTFMG組成：主勵(lì)磁機(jī)(ACL) 電樞是旋轉(zhuǎn)的

4、，它發(fā)出的三 相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整 流橋整流后直接送發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子回路。無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中的副勵(lì)磁機(jī)(PMG)是一個(gè)永磁式中頻發(fā)電機(jī)，它與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。主勵(lì)磁機(jī) 的磁場(chǎng)繞組是靜止的，即它是一個(gè)磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機(jī)。無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，提高了運(yùn)行可 靠性和減少了機(jī)組維護(hù)工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無(wú)刷勵(lì)磁方式對(duì)硅元件 的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進(jìn)行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電 壓及溫度不便直接測(cè)量等。這些都是需要研究解決的問(wèn)題勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理圖AVR ( RUg, I各 Q, P滅磁 IF電流測(cè)量Ug電壓測(cè)量v移相器.卒SCR控制直流電壓UQ自動(dòng)通道AVR|r*.、

5、1 一丁L壓閉環(huán)口動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器電壓給定七三相半控橋自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)原理框圖電流給疋IfrefPID調(diào)節(jié)計(jì)算限制功能控制電壓Uk移相觸發(fā)器原理：Ut+Uk=觸發(fā)脈沖模擬式移相電路：余弦移相、鋸齒波移相 恒無(wú)功閉環(huán)：AVR的輔助控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的構(gòu)成（模擬式） CPUI DI )脈沖放大.9繼電器、 光耦隔離RAMROMs n4模擬信號(hào)按口%模擬輸入接口 數(shù)字輸入接口 5觸發(fā)脈沖輸出增丄 t 亠減小人機(jī)接口汕微控制器CPU火1-軟件模塊SCR勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的構(gòu)成（數(shù)字式）一MMI移相原理數(shù)字移相原理之一1、首先計(jì)算a角；2、將a角轉(zhuǎn)換為計(jì) 計(jì)數(shù)時(shí)間T；3、由同步點(diǎn)啟動(dòng)才 計(jì)數(shù)時(shí)間就是a角；4

6、、計(jì)數(shù)時(shí)間到，他 的可控硅；5、每隔60。再觸發(fā)一 控硅，共6個(gè)可控啟OFFCHICKRotateAlpha InteneTrCO f intentFiring Double Pulses 7kHz Pulse TrainDlGfTAL STORAGEV/CMVFocu2OMN4 J_ Or 口 MOSCULAR D1O346、每發(fā)一個(gè)脈沖， 寬中斷，控制脈沖j勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出脈沖脈沖變壓器作用A隔離A功率匹配脈沖發(fā)展形式A寬脈沖A雙脈沖A寬高頻脈沖A雙高頻脈沖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能簡(jiǎn)介/無(wú)功補(bǔ)償（調(diào)差）/強(qiáng)勵(lì)電流限制（快 速限制）/過(guò)勵(lì)限制（勵(lì)磁電 流慢速、反時(shí)限） /欠勵(lì)限制（P-Q）/定子電流限制

7、（過(guò) 無(wú)功限制）/伏赫限制（V/HZ、U/F）（過(guò)激磁）/軟起勵(lì)功能/PSS功能/電制動(dòng)功能/PT斷線保護(hù)血4給博元2勵(lì)磁調(diào)差原理與應(yīng)用e QUk全控橋強(qiáng)勵(lì)與強(qiáng)減按照Ud=l. 35U2cosa,般強(qiáng)勵(lì)a =15 ；強(qiáng)減a =150ion ramge強(qiáng)勵(lì)限制與過(guò)勵(lì)限制1、2、3、4、電壓強(qiáng)勵(lì)能力取決于勵(lì)磁變二次電壓（陽(yáng)極電壓）；電流強(qiáng)勵(lì)能力取決于可控硅電流或者說(shuō)是功率柜的數(shù)量；強(qiáng)勵(lì)限制是指電流限制倍數(shù)：15-2.0倍；功率柜故障取11倍； 過(guò)勵(lì)限制是勵(lì)磁電流限制，大于11倍，反時(shí)限，勵(lì)磁電流閉環(huán); T(S)Q1.0 1.151.523field, current limiter charact

8、eristic curvet哋畑.)=(1 附1/5 J代1Z剜90-70-50-30-ioi1. 1 1.3 l.si.? 1.9 2. 1 Hd強(qiáng)勵(lì)限制曲線欠勵(lì)限制欠勵(lì)動(dòng)作后按照Q閉環(huán)運(yùn)行，欠勵(lì)設(shè) 定值與機(jī)端電壓值相關(guān)的設(shè)計(jì)也 %T(Q八Under excitationoverUnhr excitation limite characteristic cwz央B-PC3DPp p0 p0.5 P1.0卩1.8 PQJ.2Q.2Q-0.2P0 Q號(hào)軸感Q52p.u. X UE(M.0 = -D-2X777.8X lp.u=-155.56MVAR? 4 9城MH艮*尸并Q2妙 %賑妙A(yù)aa”定

9、子電流限制（過(guò)無(wú)功限制、過(guò)勵(lì)限制）定子電流限制還可以采用根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率來(lái)確定發(fā)電機(jī)允許輸出無(wú)功功率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即過(guò)無(wú)功限制功率岡數(shù)=1旳近沒冇操作有功電流分量QL 過(guò)勵(lì)限制曲線p當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過(guò) 了限制區(qū)，如果此 時(shí)機(jī)組運(yùn)行在進(jìn)相 狀態(tài)，則限制器動(dòng) 作，增加勵(lì)磁電流 ;如果此時(shí)機(jī)組在 遲相運(yùn)行，則限制 動(dòng)作，減少勵(lì)磁電 流。總之，定子電 流限制器的作用是 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子電 流中的無(wú)功分量， 使發(fā)電機(jī)電流回到 限制區(qū)以內(nèi)運(yùn)行。0調(diào)節(jié)死區(qū)10%伏赫限制以及其他輔助功能設(shè)計(jì)U/F限制器是為了保護(hù)機(jī)組及與機(jī)組相連的變壓器過(guò)激磁。 當(dāng)機(jī)組頻率降低的時(shí)候，為了使機(jī)組的機(jī)端電壓保持恒定，勵(lì) 磁系

10、統(tǒng)將會(huì)增加勵(lì)磁電流，此時(shí)，如果機(jī)組在低頻率的情況下 使機(jī)端電壓保持在額定值，那么對(duì)機(jī)組及所有與機(jī)組相連的變 壓器而言，將有可能出現(xiàn)過(guò)磁通現(xiàn)象（尤其是主變壓器），從 而對(duì)機(jī)組及變壓器造成損壞。勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼禍歯A傳統(tǒng)勵(lì)磁：低增益慢速（沒有能力管閑事）阻尼（正、零、負(fù)）VS慣性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定可以理解為機(jī)電振蕩的阻尼問(wèn)題OAVR造成阻尼變?nèi)酢⑸踔磷冐?fù)（K5變負(fù)）。在 定的運(yùn)行方式及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)下，AVR在維 持Ug恒定的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。A擾動(dòng)前后： P - 6 1 -擺動(dòng)A 阻尼f 0 2 f穩(wěn)定A 6 - A Ug -AVR作用小、反應(yīng)慢一 Uf小一 If小一屮一 P （力矩 象限不明）一對(duì)影

11、響極小。A現(xiàn)代勵(lì)磁：高增益快速（管閑事幫倒忙）A 6 - A Ug -AVR作用大、反應(yīng)快一 Uf大一 If大一屮一 P （力矩 第二象限）一產(chǎn)生負(fù)阻尼使原來(lái)的阻尼變小，對(duì)負(fù)面影響。AAVR+PSS:高增益快速+附加控制系統(tǒng)（管閑事幫正忙）A 5 - A Ug -AVR作用大、反應(yīng)快- Uf大一 If大，屮一 P （力矩第 一象限）一產(chǎn)生正阻尼使原來(lái)的阻尼變大，對(duì)&正面影響。active power電力系統(tǒng)低頻振蕩:本機(jī)振蕩模式:地區(qū)件振蕩模式local model): 頻率一般在0. 52.0Hz；:區(qū)域間振蕩模式(lilt erar ea model tieline model): 頻率一

12、 般在0.1 0. 5Hz) oA小系統(tǒng)：0.52.5Hz；A大系統(tǒng)：0.22.5Hz；A全國(guó)聯(lián)網(wǎng)：0.12. 0Hz：解決勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼，造成系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩的方法是附加控 制，即電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器，各種智能控制器。 依據(jù)FD.迪米洛和C康柯迪亞理論設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power system stabilizer),簡(jiǎn)稱PSS，即為抑制系統(tǒng)低頻振蕩和提高電 力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性而設(shè)置的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理建立6 3平面坐標(biāo)系/T1：勵(lì)磁產(chǎn)生的電磁力矩 /T2： PSS產(chǎn)生的電磁力矩 / PSS:附加勵(lì)磁控制信號(hào) /AVR(PID) +PSS產(chǎn)生的電磁力矩PSS輸入信號(hào) 3、 6、Pe P、 fA測(cè)量軸轉(zhuǎn)速3,測(cè)量和處理比較復(fù)雜, A測(cè)量過(guò)剩功率 P,A 0T2T1使用較少軸系扭轉(zhuǎn)的處理更加困難,測(cè)量和處理更加復(fù)雜，輸入信號(hào)多，使用也少A測(cè)量電功率Pe,在假定機(jī)械功率不變的情況下，町以得到過(guò)剩功率AP,使用廣泛，效果不錯(cuò)。但在原動(dòng)機(jī)功率變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。A測(cè)量機(jī)端電壓頻率Af,克服了厶測(cè)量處理上的困難