發(fā)電廠自動裝置

1、 發(fā)電廠自動裝置 肖志懷第第2 2章章 自動并列控制自動并列控制 本章主要內(nèi)容：1.發(fā)電機組的并列方式2.同期點選擇和同期電壓的引入3.同期并列的基本原理4.數(shù)字式自動準(zhǔn)同期裝置 正常情況下，電力系統(tǒng)的發(fā)電機是并列運行的，即電力系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)電機均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，且各發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相角差不超過允許的極限值，發(fā)電機出口折算電壓近似相等。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.1 發(fā)電機組的并列方式2.1.1 同期的意義同期的意義 同步發(fā)電機乃至各個電力系統(tǒng)聯(lián)合起來并列運行，可以帶來很大的經(jīng)濟效益。一方面，可提高供電的可靠性和電能質(zhì)量；另一方面，可使負(fù)荷分配更加合理，減少系統(tǒng)的備

2、用容量并充分利用各種動力資源，達(dá)到經(jīng)濟運行的目的。 2.1.2 發(fā)電機組同期方式發(fā)電機組同期方式 在電力系統(tǒng)中，同期并列方式分為準(zhǔn)同期并列和自同期并列兩種。 準(zhǔn)同期方式：將發(fā)電機組調(diào)整到符合并網(wǎng)條件后，再發(fā)出斷路器的合閘命令。 具體步驟是： 1、通過調(diào)速器調(diào)節(jié)發(fā)電機組轉(zhuǎn)速，使其接近同步轉(zhuǎn)速； 2、通過勵磁裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機組勵磁電流，使發(fā)電機組端電壓接近系統(tǒng) 電壓； 3、頻率差和電壓幅值差都滿足給定條件時，選擇在零相角差到來前的 合適時刻合上斷路器。 用準(zhǔn)同期方式時應(yīng)避免非同期并列，否則可能使發(fā)電機遭到破壞。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.1 發(fā)電機組的并列方式自同期并列

3、： 將未加勵磁電流的發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速升到接近額定轉(zhuǎn)速，再閉合斷路器，然后立即合上勵磁開關(guān)供給勵磁電流，在發(fā)電機電勢逐漸增長的過程中由系統(tǒng)將發(fā)電機組拉入同步運行。 用自同期方式投入發(fā)電機時，由于未勵磁發(fā)電機相當(dāng)于異步電動機，因此合閘時后會出現(xiàn)短時間的電流沖擊，并使系統(tǒng)電壓下降。沖擊電流引起的電動力可能對定子繞組絕緣和定子繞組端部產(chǎn)生不良影響，同時沖擊電磁力矩也將使機組大軸產(chǎn)生扭矩，并引起振動。 兩種同期方式具有各自的優(yōu)缺點。系統(tǒng)在正常運行情況下，一般采用準(zhǔn)同期并列方式將發(fā)電機組投入運行；自同期并列方式操作簡單，速度快，在系統(tǒng)發(fā)生故障、頻率波動較大時，發(fā)電機組仍能并列操作并迅速投入電網(wǎng)運行，可避免故

4、障擴大，有利于處理系統(tǒng)事故，只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，為了迅速投入發(fā)電機組才采用，應(yīng)用此方式時要求發(fā)電機定子繞組的絕緣及端部固定情況應(yīng)良好，端部接頭應(yīng)無不良現(xiàn)象。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.2 同期點選擇和同期電壓的引入列方式同期點：同期點：用于同期并列的斷路器用于同期并列的斷路器同期點選擇原則：同期點選擇原則：如果一個斷路器斷開后，兩側(cè)都有電源且不同步如果一個斷路器斷開后，兩側(cè)都有電源且不同步時，即兩側(cè)電壓幅值、頻率或相位不同時，則這個斷路器就應(yīng)該是同期時，即兩側(cè)電壓幅值、頻率或相位不同時，則這個斷路器就應(yīng)該是同期點。點。2.2.1 同期點的選擇 在發(fā)電廠中，發(fā)電機

5、出口斷路器和發(fā)電機-雙繞組變壓器組的高壓側(cè)斷路器都是操作比較頻繁的，所以他們都應(yīng)該是同期點。 作為升壓雙繞組變壓器一般應(yīng)有一側(cè)斷路器作為同期點，當(dāng)只在低壓側(cè)斷路器設(shè)置同期點，合閘時要保證高壓側(cè)先投入。三繞組變壓器或自耦變壓器與電源連接的各側(cè)斷路器均應(yīng)作為同期點，這些同期點將不同電壓等級的系統(tǒng)連接起來，因此當(dāng)任一側(cè)斷路器因故斷開后，便可用此斷路器進(jìn)行并列操作而恢復(fù)運行。在某些主接線上，如果有一側(cè)為多角形接線的聯(lián)絡(luò)變壓器，則變壓器兩側(cè)均設(shè)為同期點。單元接線的變壓器各側(cè)斷路器高壓側(cè)以及與發(fā)電機直接連接的變壓器低壓側(cè)斷路器，其同期方式應(yīng)與發(fā)電機斷路器的同期方式相同。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)

6、電機組的自動并列 2.2 同期點選擇和同期電壓的引入列方式2.2.1 同期點的選擇 接在單母線上的線路斷路器均應(yīng)設(shè)為同期點；各級610kV母線分段斷路器均考慮作為同期點，以提高母線倒換操作的可靠性。35kV線路斷路器可作為同期點，但必須在線路斷路器外側(cè)裝一個單相式互感器。110kV及以上的接在雙母線上或接在帶有旁路母線上的線路的斷路器均設(shè)為同期點，同時分段斷路器、母聯(lián)斷路器和旁路斷路器也作為同期點，以增加并列操作的靈活性。330kV及以上系統(tǒng)，為了運行操作方便，全部斷路器均應(yīng)設(shè)為同期點。多角形接線和外橋形接線中，與線路相關(guān)的兩個斷路器均設(shè)為同期點。一個半斷路器接線的運行方式變化較多，一般斷路器

7、均設(shè)為同期點。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.2 同期點選擇和同期電壓的引入列方式2.2.1 同期點的選擇如圖展示了發(fā)電廠同期點選擇的一般規(guī)律。1：手動準(zhǔn)同期，2：自動準(zhǔn)同期。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.2 同期點選擇和同期電壓的引入列方式2.2.2 同期電壓的引入同期電壓的引入 用來取得同期電壓的互感器一般安裝在不同的地方，有的安裝在發(fā)電機出口側(cè)，有的安裝在升高變壓器高電壓側(cè)，且互感器本身也有各種不同的接線，升壓變壓器也可能采用Y-d11等兩側(cè)相位不同的接線方式，有時因繼電保護(hù)的需要，互感器的接地方式也需要做出改變。因此可能出現(xiàn)這種情況

8、，即從互感器二次繞組取得而引入同期裝置的電壓相位，與同期點兩側(cè)待并發(fā)電機和系統(tǒng)的實際電壓相位不符，這樣就可能造成非同期合閘。為了避免這種情況，必須保證從互感器取得的電壓相位與同期必須保證從互感器取得的電壓相位與同期點兩側(cè)的實際電壓相位相符。點兩側(cè)的實際電壓相位相符。因此，在取得同期電壓時，應(yīng)根據(jù)同期點兩側(cè)電壓的相序及相位，電壓互感器的接線方式及接地情況進(jìn)行選取。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理2.3.1 同期條件分析同期條件分析 2sin()sin()GGGGGmGGuUtUt2sin()sin()SSSSSmSSuUtUt 第第2 2章章 發(fā)電

9、機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理允許斷路器并列的理想條件為允許斷路器并列的理想條件為:（1）電壓幅值相等；（2）電壓角頻率相等 ；（3）合閘瞬間的相角差為零。下面分別討論準(zhǔn)同期需要滿足的三個條件對同期并列的影響。（1）電壓幅值差hIUGUSUhIUGUSUGShd=sUUIXXdXsX為發(fā)電機次暫態(tài)電抗為電力系統(tǒng)等值電抗第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理 無論哪種情況，沖擊電流 均滯后于電壓差 90，為無功電流分量，因此，主要考慮產(chǎn)生的電動力對發(fā)電機繞組的影響。電動力較大時，有可能引起發(fā)電機繞組的端部變形。 沖擊電流最大

10、的瞬時值為一般沖擊電流不允許超過機端短路電流的1/101/20，因此根據(jù)式（2.4）可得，電壓差值不應(yīng)超過 5% 10%的額定電壓值。m a x2hhipKii第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理（2）相角差2GUSUUhI2GUSUUhIGU22GhqSUIs inXX沖擊電流的有效值max1.9222GhSqUisinXX沖擊電流最大值有功功率沖擊會使機組的聯(lián)軸器受到突然沖擊，這對機組轉(zhuǎn)子軸系運行非常有害，為了保證機組的安全運行，應(yīng)將沖擊電流限制在較小數(shù)值。若要求沖擊電流不超過出口三相短路電流的10%，則從式（2.7）中得 =5.73實際準(zhǔn)同期在

11、并列時一般要求不超過10第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理（2）頻率差GUSUUhIGUSUUhIGUssGG2()()22GSGSdGSGmuuuUsint cost 實際上斷路器在合閘瞬間，待并發(fā)電機與系統(tǒng)的電壓，可能既存在幅值差，又存在相位差，頻率也可能不同。因此，并網(wǎng)時，總的沖擊電流應(yīng)該是上述三種情況的綜合。由以上的分析可以看出，在同期并列點兩側(cè)頻率不相等時，并列合閘時的相角差與合閘命令的發(fā)出時刻有關(guān)。如果發(fā)出合閘命令的時刻不恰當(dāng)，則可能出現(xiàn)較大相角差的情況下合閘，從而引起較大的沖擊電流。但是在較小相角差合閘時，如果頻率差較大，頻率高的一方

12、在合閘瞬間會將多余的動能傳遞給頻率低的一方，當(dāng)傳遞能量過大時，發(fā)電機組需要經(jīng)過一個暫態(tài)過程才能拉入同步運行，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致失步。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理2.3.2 準(zhǔn)同期基本原理準(zhǔn)同期基本原理 將發(fā)電機并入系統(tǒng)時應(yīng)遵循如下兩個原則： (l) 出口斷路器合閘時，沖擊電流應(yīng)盡可能小，其瞬間最大值一般不超過12倍定子額定電流。 (2) 發(fā)電機組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對電力系統(tǒng)的擾動。第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理2.3.2 準(zhǔn)同期基本原理準(zhǔn)同期基本原理 1脈

13、動電壓 在進(jìn)行準(zhǔn)同期并列時，根據(jù)待并發(fā)電機和系統(tǒng)電壓來判斷和調(diào)節(jié)，并在合適的時間發(fā)出合閘脈沖。如果發(fā)電機和系統(tǒng)電壓幅值相等、初始相角相等，則在合閘瞬間，在斷路器兩側(cè)的壓降如式（2.8）所示?？梢?，斷路器兩端電壓是一個脈動電壓，波形如圖2.13所示。 2()()22GSGSdGSGmuuuUsint cost 第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理2.3.2 準(zhǔn)同期基本原理準(zhǔn)同期基本原理 1脈動電壓 如果并列斷路器兩側(cè)的電壓幅值或相位不相等，從圖2.10、圖2.11可知，應(yīng)用三角公式可求得 的有效值為 222cosdGSGSdUUUU UtdGSdU1d

14、2d2GsUU2|GsUU1dT2dTOt脈動電壓波形包含有準(zhǔn)同期并列所需的信息：電壓幅值差、頻率差及相角差隨時間的變化規(guī)律。對應(yīng)于脈動電壓的最小幅值2GSUU第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.3 同期并列的基本原理2.3.2 準(zhǔn)同期基本原理準(zhǔn)同期基本原理 1整步電壓如果將脈動電壓經(jīng)過整流并濾波后，則可以獲得脈振電壓的半包絡(luò)線正弦整步電壓具有以下的特點：1、正弦整步電壓周期與頻差絕對值成反比，反映頻差大小；2、整步電壓的最低點反映壓差大?。?、 =0，整步電壓出現(xiàn)最小值， =180，整步電壓出現(xiàn)最大 值。 第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.4 數(shù)

15、字式自動準(zhǔn)同期裝置2.4.1 組成組成 并列斷路器頻差單元電壓差單元合閘單元電源增速減速合閘升壓降壓GabTvabc第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.4 數(shù)字式自動準(zhǔn)同期裝置2.4.1 組成組成 第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.4 數(shù)字式自動準(zhǔn)同期裝置2.4.2 工作原理工作原理（1）頻差檢測1、利用相角差來得到頻差的值2、采用直接測量兩并列電壓頻率的方法 edit第第2 2章章 發(fā)電機組的自動并列發(fā)電機組的自動并列 2.4 數(shù)字式自動準(zhǔn)同期裝置2.4.2 工作原理工作原理（2）相角檢測 2.4.2 工作原理工作原理 第第3章章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

16、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)1. 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)和基本要求2. 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式3. 勵磁系統(tǒng)中的整流電路4. 勵磁調(diào)節(jié)器工作原理5. 勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配6. 滅磁及過電壓保護(hù)3.1 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)1、調(diào)節(jié)電壓 qGQdcosEUI X3.1 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)1、調(diào)節(jié)電壓 UGUGNUG2IQ1IQ2IQIE1IE2圖3.3 同步發(fā)電機的外特性3.1 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)2. 控制無功功率的合理分配3.1 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)2. 控制無功功率的合理分配GG GcosPU I常數(shù)qGGdsinE UPX常數(shù)1cosGIK常數(shù)q2sinEK常

17、數(shù)3.1 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)3. 提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性3.1 發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)3. 提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性（1）對靜態(tài)穩(wěn)定的影響X系統(tǒng)總電抗，一般為發(fā)電機、變壓器和輸電線路電抗之和系統(tǒng)總電抗，一般為發(fā)電機、變壓器和輸電線路電抗之和。qsinE UPXqmE UPX勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求 1、對勵磁調(diào)節(jié)器的要求 （1）自動電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證能在發(fā)電機空載額定電壓的70%110%范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定、平滑地調(diào)節(jié)。（2）勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機組間的無功功率，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機端電壓調(diào)差率的整定范圍不小于15%（3）勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反映系統(tǒng)故障，具備強行勵磁、快速滅磁等功能，以提高

18、系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定、改善系統(tǒng)的運行條件以及保障發(fā)電機的安全。（4）對遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運行，要求勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)無失靈區(qū)。（5）裝置結(jié)構(gòu)簡單、可靠，反應(yīng)速度快，運行維護(hù)方便。勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求 2. 對勵磁功率單元的要求（1）勵磁功率單元應(yīng)有足夠的調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)各種運行工況的要求。當(dāng)同步發(fā)電機的勵磁電壓和電流不超過其額定勵磁電壓和電流的1.1倍時，勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證能連續(xù)運行。（2）勵磁功率單元應(yīng)具有足夠勵磁頂值電壓。 勵磁系統(tǒng)頂值電壓：指在規(guī)定條件下，勵磁系統(tǒng)能夠提供的最大直流電壓。勵磁系統(tǒng)頂值電壓與額定勵磁電壓之比稱為頂值電壓倍數(shù)（強勵倍數(shù)）。 50MW及以上發(fā)電機一般不

19、低于2；其他一般不低于1.6；勵磁系統(tǒng)允許強勵時間應(yīng)不小于10s。（3）勵磁功率單元應(yīng)具有足夠的勵磁響應(yīng)速度 勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求 UmU02U01Mp0tptstU0+10%U =偏 差 ； ts 調(diào) 節(jié) 時 間 ； tp 峰 值 時 間 ；Um 峰 值 電 壓 ； U0 穩(wěn) 態(tài) 電 壓圖 3.10 勵 磁 控 制 系 統(tǒng) 階 躍 響 應(yīng) 曲 線勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求 勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo) (1) 勵磁控制系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間 發(fā)電機在空載額定工況下，突然改變電壓給定值，使同步發(fā)電機端電壓初始值由U01變?yōu)閁02，初始階躍量U02U01=10%初始值。發(fā)電機端電壓的最大值與穩(wěn)態(tài)值之差與階

20、躍量之比的百分?jǐn)?shù)為超調(diào)量。從階躍信號開始到發(fā)電機端電壓與新的穩(wěn)態(tài)值的差值對階躍量之比不超過2%時，所需時間為調(diào)節(jié)時間。 空載額定電壓情況下，當(dāng)電壓給定階躍響應(yīng)為10%時，發(fā)電機電壓超調(diào)量應(yīng)不大于階躍量的50%。擺動次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時間不超過10s。(2) 勵磁控制系統(tǒng)零起升壓時的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間 發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速下，突然投入勵磁系統(tǒng)，使同步發(fā)電機端電壓從零變?yōu)轭~定值時，發(fā)電機端電壓的最大值與穩(wěn)態(tài)值之差對穩(wěn)態(tài)值之比的百分?jǐn)?shù)為零起升壓時的超調(diào)量，從給定信號到發(fā)電機端電壓與穩(wěn)態(tài)值之差值不超過穩(wěn)態(tài)值的2%所需時間為調(diào)節(jié)時間。對靜止勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間（ts）的起點，從發(fā)電機端電壓穩(wěn)態(tài)值的30%計算起

21、。 當(dāng)同步發(fā)電機突然零起升壓時，自動電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證其端電壓超調(diào)量不得超過額定值的15%，調(diào)節(jié)時間應(yīng)不大于10s，電壓擺動次數(shù)不大于3次。 勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求 圖3.11 勵磁控制系統(tǒng)零起升壓時間端電壓響應(yīng)曲線超調(diào)量 Mp(%) = (Um-Uo)/Uo*100%偏差；ts調(diào)節(jié)時間；tp峰值時間；tr上升時間；Um峰值電壓；Uo穩(wěn)態(tài)電壓UmU00.9U0trMp0.1U00tptstU3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式1、直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 按照勵磁機勵磁繞組供電方式的不同，可分為自勵式和他勵式兩種 3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式GTVDE勵磁調(diào)節(jié)器IEEIRCIAVRRC圖3.12 自勵直流

22、勵磁機勵磁系統(tǒng)3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式GTVDE勵磁調(diào)節(jié)器IEEIAVRRCPEIRC圖3.13 他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式交流勵磁機勵磁系統(tǒng) 1交流勵磁機帶靜止整流器勵磁系統(tǒng) 自勵與他勵兩類。他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)是指交流勵磁機備有他勵電源中頻副勵磁機或永磁副勵磁機。 自勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)的交流勵磁電源取自交流勵磁機本身，采用可控整流器維持其端電壓恒定 2. 交流勵磁機帶旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁系統(tǒng) ）（1） 無炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量少，無炭粉等污染，電機絕緣壽命長；（2）發(fā)電機勵磁由勵磁機獨立供電，可靠性高；（3）勵磁控制通過調(diào)節(jié)交流勵磁機的勵磁實現(xiàn)，

23、因而勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢；（4）發(fā)電機主軸長，使廠房高度（長度）增加，造價高；（5）發(fā)電機轉(zhuǎn)子及其勵磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，因此在轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備，無法實現(xiàn)直接滅磁，也無法實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測（勵磁電壓、電流、轉(zhuǎn)子絕緣等），必須采用特殊的測試方法；要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機械性能，能承受離心力。勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求 3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式GTV勵磁調(diào)節(jié)器圖3.16 無刷勵磁系統(tǒng)TA永磁發(fā)電機晶閘管整流器 勵磁開關(guān)NSAE旋轉(zhuǎn)元件3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式 靜止勵磁系統(tǒng)（發(fā)電機自并勵系統(tǒng)）靜止勵磁系統(tǒng)（發(fā)電機自并勵系統(tǒng)）靜止勵磁系統(tǒng)（發(fā)電機自并勵系統(tǒng)）中發(fā)電機的

24、勵磁電源不用勵磁機，而通過連接于發(fā)電機機端的勵磁變壓器經(jīng)過整流電路取得勵磁電流。這類勵磁系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)動部分，故稱靜止勵磁系統(tǒng)。 3.2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要型式 3. 靜止勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點（1）勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動部分，設(shè)備維護(hù)簡單，可靠性高。（2）取消了勵磁機，可縮短主軸長度，減小基建投資。（3）有晶閘管直接控制勵磁電壓，可以獲得較快的響應(yīng)速度。（4）由發(fā)電機機端獲取勵磁能量，由于機端電壓與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，故靜止勵磁系統(tǒng)的勵磁電壓與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，而同軸勵磁機勵磁系統(tǒng)輸出的勵磁電壓與轉(zhuǎn)速的二次方成比例，因此，甩負(fù)荷時靜止勵磁系統(tǒng)機組的過電壓低。勵磁系統(tǒng)中的整流電路勵磁系統(tǒng)中的

25、整流電路 從波形圖中可以看出，整流輸出直流電壓ud在一個周期有六個均勻的脈波。整流輸出直流電壓的平均值為 式中 El變壓器二次側(cè)線電壓有效值； E2變壓器二次側(cè)相電壓有效值；二極管V1在不導(dǎo)通的期間承受的反向電壓圖3.18（b）中點劃線所示，二極管承受的反向電壓為線電壓，其最大值為 （3.10）22d0ab266633 22sin()1.352.3426lllUe d tEtd tEEE勵磁系統(tǒng)中的整流電路 2、三相橋式全控整流電路 采用雙窄脈沖觸發(fā):在一個周期中每只晶閘管需要連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖中間的間隔為60，脈沖寬度一般為2030； 采用寬脈沖觸發(fā)，要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60，但小于1

26、20 ，一般取80100。 共陰極組與共陽極組各有一元件同時處在被觸發(fā)狀態(tài)，才能構(gòu)成電流的通路。雙脈沖觸發(fā)電路較復(fù)雜些，但它可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵芯體積，因而應(yīng)用較多。在三相橋式全控整流電路中，晶閘管導(dǎo)通的條件都是其陽極承受正向電壓期間在控制極上加觸發(fā)脈沖。 三相橋式全控整流電路的工作特點是既可工作于整流狀態(tài)，將交流轉(zhuǎn)變成直流，以供給同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組勵磁；也可工作于逆變狀態(tài)，將直流轉(zhuǎn)變成交流，在發(fā)電機滅磁時，利用逆變將存儲在發(fā)電機勵磁繞組中的能量轉(zhuǎn)換成交流電能并饋回電網(wǎng) eaebecidudVS1VS3VS5VS6VS2VS4R圖3.19 三相橋式全控整流電路L勵磁系

27、統(tǒng)中的整流電路 整流工作狀態(tài) 控制角=00 ； 控制角=300 控制角=600 在控制角600的情況下，共陰極組輸出的陰極電位在每一瞬間都高于共陽極組的陽極電位，故輸出電壓ud的瞬時值都大于零，且波形是連續(xù)的。 在600，當(dāng)線電壓由零轉(zhuǎn)為負(fù)值時，由于電感負(fù)載產(chǎn)生的反電勢的作用，導(dǎo)通的晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓ud的瞬時值將出現(xiàn)負(fù)的部分。如圖3.23為電感負(fù)載、=900時的情況。三相橋式全控整流電路在電感負(fù)載時，輸出電壓ud的波形在一個周期內(nèi)為均稱的六段，計算輸出平均電壓時，可計算任意1/6周期的平均值.在600的情況下計算公式如下，式中 Ud0控制角=0時的最大輸出平均電壓。22dab66206

28、32sin()261.35cos2.34coscoslldUe d tEtd tEEU1133551162424662eaeaebece2tt1t0t2t3t4t5t6eabeacebcebaecaecbeabeactud00afedcbgh0ugug1ug3ug5ug10ugug6ug2ug4ug6ug1ug3ug5ug1ug2ug4ug6ug2tt圖3.20 控制角=0時電壓波形eaebecidudVS1VS3VS5VS6VS2VS4R圖3.19 三相橋式全控整流電路L1133551162424662eaeaebece2tt1t0t2t3t4t5t6eabeacebcebaecaecbea

29、beact00afedcbgh0ugug1ug3ug5ug10ugug6ug2ug4ug6ug1ug3ug5ug1ug2ug4ug6ug2ttud30圖3.21 控制角= 30時電壓波形eaebecidudVS1VS3VS5VS6VS2VS4R圖3.19 三相橋式全控整流電路L11335516242466eaeaebece2tt1t0t2t3t4t5t6eabeacebcebaecaecbeabeact00afedcbgh0ugug1ug3ug5ug10ugug6ug2ug4ug6ug1ug3ug5ug2ug4ug6tt60ud圖 3.22 控 制 角 = 60時 電 壓 波 形1133551

30、6242466eaeaebece2tt1t0t2t3t4t5t6eabeacebcebaecaecbeabeact00afedcbgh0ugug1ug3ug5ug10ugug6ug2ug4ug6ug1ug3ug5ug2ug4ug6ttud90圖3.23 控制角= 90時電壓波形eaebecidudVS1VS3VS5VS6VS2VS4R圖3.19 三相橋式全控整流電路L勵磁系統(tǒng)中的整流電路 對電阻負(fù)載，在60時輸出電壓波形連續(xù)，平均電壓仍用式（3.11）計算。當(dāng)60時輸出電壓波形出現(xiàn)間斷，這時輸出平均電壓為?？梢?，當(dāng)=120時，Ud=0，所以電阻負(fù)載的最大移相范圍為0120。 5566dab66

31、632sin()261.351 cos3llUe d tEtd tE勵磁系統(tǒng)中的整流電路 2、逆變工作狀態(tài)在90時，輸出平均電壓Ud則為負(fù)值，三相橋式全控整流電路工作在逆變狀態(tài)，將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?。在同步發(fā)電機勵磁裝置中，如采用三相橋式全控整流電路，當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生故障時能進(jìn)行逆變滅磁，將發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場原來儲存的能量迅速反饋給交流電源，實現(xiàn)快速滅磁，以減輕發(fā)電機損壞的程度。此外，發(fā)電機在運行中發(fā)生過電壓，亦可調(diào)節(jié)控制角（使90），使整流電路進(jìn)入逆變狀態(tài)，實現(xiàn)快速減磁。 在三相橋式全控整流電路中常將=180-叫作逆變角。 3逆變失敗與最小逆變角由三相橋式全控整流電路工作特點可知，90是逆變區(qū)，全控

32、橋輸出直流平均電壓為負(fù)，當(dāng)=180時負(fù)值最大。負(fù)電壓值越大，表示能量返送電網(wǎng)的速度越快。但實際上全控橋不能工作在=180工況，必須留出一定的裕度角，否則會造成逆變失敗或顛覆 1.35cos(180)1.35coslluEE 勵磁系統(tǒng)中的整流電路113355624246eaeaebece2tt1t0t2t3t4t5eabeacebcebaecaecbeabeactul00afedcbgh0ugug1ug3ug50ugug6ug2ug4ug1ug3ug5ug2ug4ug6tt3.25 控制角由0轉(zhuǎn)180電壓波形勵磁系統(tǒng)中的整流電路 3逆變失敗與最小逆變角在工程實際中不允許

33、將控制角調(diào)至180，即必須限制逆變角不小于極小值min，也就是說控制角不能大于180-min。最小逆變角可由下式?jīng)Q定：min+式中 代表換流時的換流角，或稱換相重迭角，一般為1520；代表可控硅關(guān)斷時間相對應(yīng)的電角度，一般約45。根據(jù)經(jīng)驗min=3035。因此，當(dāng)需要發(fā)電機快速滅磁時，要把控制角限制在=145150范圍，以確保逆變成功。三相橋式全控整流電路輸出特性Ud=f（）如圖3.26所示。圖中曲線1為三相橋式半控整流電路輸出特性。 勵磁系統(tǒng)中的整流電路整流區(qū)逆變區(qū)0306090120150180ud3121半控；2全控（電阻負(fù)載）；3全控（電感負(fù)載）圖3.26 三相橋式半控、全控整流電路輸

34、出特性勵磁系統(tǒng)中的整流電路 整流電路的換流壓降及外特性整流電路的換流壓降及外特性在前面分析整流電壓過程中，忽略了各相交流電路中的電感，認(rèn)為晶閘管在換流過程中其電流能突變。但實際上整流電路各相交流回路中存在電感，因此相間換流不是瞬間突變完成的，存在著前一相的電流從Id逐漸降至零，后一相的電流從零逐漸上升到Id的相間換流過程。這段換流期間對應(yīng)的電角度稱為換流角 。只要小于60，整流橋總是處于兩臂導(dǎo)通與三臂導(dǎo)通的交替工作狀態(tài)，簡稱2-3工作狀態(tài)。在換流過程中相鄰兩相的電流是變化的，因此該變化的電流就會在相應(yīng)回路的電抗上引起電壓降，從而造成輸出電壓ud的波形出現(xiàn)新的缺口，導(dǎo)致輸出電壓平均值Ud減少。

35、Kd0Kd331.35coscosdldUEX IUX I11335516242466eaeaebece2tt1t2id000ugug1ug3ug5ug10ugug6ug2ug4ug6ug1ug3ug5ug1ug2ug4ug6ug2tttug5ug656iciaibiciaiaicibib圖3.27 換流過程中電壓、電流波形=60VS1VS2VS3eaebecLLLiaibicIdi圖3.28 換流期間的等值電路K3XRUddI0cosdU0dUdI1dU2dU1dI2dI1201cosdU02cosdU圖3.29 三相全控橋的等值電路和外特性(a)等值電路(b)外特性3勵磁調(diào)節(jié)器工作原理 勵

36、磁調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)就是根據(jù)檢測到的發(fā)電機電壓、電流及其它狀態(tài)信號，按照給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則自動調(diào)節(jié)勵磁功率單元的輸出，從而維持發(fā)電機端電壓和實現(xiàn)并聯(lián)機組間無功功率的合理分配。 勵磁調(diào)節(jié)器的工作過程簡述如下：當(dāng)發(fā)電機端電壓升高時，經(jīng)測量單元得到的發(fā)電機端電壓UG與整定值UREF比較，輸出正比于發(fā)電機電壓偏差U，U再與調(diào)差單元的輸出UQ綜合得出綜合偏差E。控制算法根據(jù)綜合偏差E按給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則形成控制量作用于移相觸發(fā)單元，使晶閘管的控制角增大，減小勵磁功率回路的輸出即勵磁電壓和勵磁電流，使發(fā)電機電壓下降到正常值。反之，UG降低，減小，增大勵磁使UG上升到正常值。 勵磁調(diào)節(jié)器工作原理圖3.30 勵磁調(diào)節(jié)器

37、原理框圖勵磁調(diào)節(jié)器工作原理圖3.31微機勵磁調(diào)節(jié)器硬件原理框圖勵磁調(diào)節(jié)器工作原理 測量單元 模擬量主要包括：發(fā)電機機端電壓、發(fā)電機并列母線電壓（或稱系統(tǒng)電壓）、發(fā)電機有功功率、無功功率、功率因數(shù)、發(fā)電機頻率、勵磁電流和勵磁電壓。（1）電壓、電流量計算 若取N=12，即一個周期內(nèi)采樣12點，則根據(jù)傅氏采樣算法，基波信號的實部和虛部分別為 式中 U0U11對應(yīng)時刻的采樣值。R061115721048I392481015711131622131622UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU 22mI1IRtgRUUUUU勵磁調(diào)節(jié)器工作原理 (2) 有功與無功功率計算 (3) 開關(guān)量測量 勵磁系統(tǒng)

38、中需要采集的開關(guān)量主要包括：發(fā)電機出口主斷路器接點、發(fā)電機保護(hù)出口繼電器、發(fā)電機滅磁開關(guān)接點、開停機信號、增減磁信號、功率單元局部故障信號（風(fēng)機停機，快速熔斷器熔斷，晶閘管溫度過高等）和運行方式轉(zhuǎn)換信號等。 ARARAI AIBRBRBI BICRCRCI CI12PUIU IUIU IUIU IAI ARARAIBI BRBRBICI CRCRCI12QU IUIU IUIU IUI勵磁調(diào)節(jié)器工作原理VCVCC圖3.32 開關(guān)量采集勵磁調(diào)節(jié)器工作原理移相觸發(fā)單元 移相觸發(fā)單元的任務(wù)，是將PID調(diào)節(jié)單元輸出控制信號uc的變化，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖相位的變化，并以此脈沖觸發(fā)三相全控整流橋（即勵磁系統(tǒng)的功率

39、輸出部分）的晶閘管，使其控制角隨uc的變化而改變，從而達(dá)到自動調(diào)節(jié)勵磁的目的。 勵磁調(diào)節(jié)器工作原理移相觸發(fā)單元 同步信號取自三相全控整流裝置的主回路。對三相可控整流橋而言，就是要求每次加在晶閘管控制極上的觸發(fā)脈沖，都應(yīng)在該晶閘管承受正向電壓的一定時刻發(fā)出。同時，當(dāng)控制電壓一定時，每相每個周期送出的第一個觸發(fā)脈沖，對應(yīng)于該相陽極電壓的時刻都應(yīng)相同，即控制角相同。 晶閘管觸發(fā)脈沖與主回路之間的這種相位配合關(guān)系，即稱為同步。通常的做法是從主回路引一個與其電源電壓有一定相位關(guān)系的電壓信號至移相觸發(fā)單元，這個電壓信號稱為同步電壓或同步信號，一般經(jīng)過同步變壓器獲得。同步變壓器的作用，是將主回路的電壓變換成

40、在相位、相數(shù)以及幅值等各方面均能滿足觸發(fā)電路要求的同步電壓。 勵磁調(diào)節(jié)器工作原理對移相觸發(fā)單元有下列基本要求：（1）各相觸發(fā)脈沖必須與整流橋主回路的電源同步，既具有相同的頻率并保持一定的相位關(guān)系。（2）為確保晶閘管可靠和準(zhǔn)確的觸發(fā)，要求觸發(fā)電路應(yīng)有足夠大的功率輸出，且觸發(fā)脈沖的前沿上升要陡（一般在10s左右），并具有足夠的幅值和寬度。（3）觸發(fā)脈沖的移相范圍及數(shù)目，應(yīng)能滿足晶閘管整流橋和調(diào)節(jié)器調(diào)壓范圍的要求。（4）在整個移相范圍內(nèi)，各相觸發(fā)脈沖的控制角應(yīng)保持一致，以減小整流橋輸出電壓的諧波分量，以及避免在逆變運行時出現(xiàn)直通故障。一般要求各相觸發(fā)脈沖的相位偏差不大于10（在全控橋中不大于5），同

41、相橋臂晶閘管觸發(fā)角相差不大于2。（5）為了避免反向擊穿，晶閘管的控制極不應(yīng)出現(xiàn)反向電壓。 （6）為確保安全，觸發(fā)電路應(yīng)與處于高電壓的主電路互相隔離。（7）具有較強的抗干擾能力，在允許的電網(wǎng)電壓波動和波形畸變 勵磁調(diào)節(jié)器工作原理 同步電壓整形電路 同步電壓整形電路的任務(wù)是：將同步變壓器TB的二次側(cè)電壓整形成同頻率，同相位的方波，其上升沿作為控制角的計時起點，也就是自然換流點。分為單相式電路和三相式電路 勵磁調(diào)節(jié)器工作原理+-YBAeac*LM339AB，Y=0AB，Y=1圖 3.34 單相同步電壓整形電路TB勵磁調(diào)節(jié)器工作原理eaeaebece2teact00afedcbght1t0t2t3t4

42、t5t60ugug1ug3ug5ug1ug2ug4ug6ug2tT/6T/6T/6T/6T/6T/6Tu2uact圖3.35 單相同步整形電路波形圖勵磁調(diào)節(jié)器工作原理1ea eb ec 整形電路反相器 35462&圖3.36 三相同步整形電路圖勵磁調(diào)節(jié)器工作原理eaeaebece2teacebaecbeact00afedcbghu20ugug1ug3ug5ug1ug2ug4ug6ug2tuacubaucbttt圖3.37 三相式同步整形電路波形圖勵磁調(diào)節(jié)器工作原理勵磁調(diào)節(jié)器脈沖分配+ E晶閘管功率放大圖3.38 脈沖功率放大電路勵磁調(diào)節(jié)器工作原理coscykuarccos()cku移相

43、原理 在PID調(diào)節(jié)運算結(jié)束后，就得到了控制電壓uc,然后再根據(jù)控制電壓uc 計算出晶閘管觸發(fā)角。由于觸發(fā)角和控制電壓成余弦關(guān)系，可以表示為數(shù)字移相是把確定的晶閘管觸發(fā)角折算為對應(yīng)的延時t，然后再將t折算為對應(yīng)的計數(shù)脈沖個數(shù)N。將觸發(fā)角折算為計數(shù)值N的公式為360cNTf T為陽極電壓周期fc為計數(shù)器脈沖的頻率勵磁調(diào)節(jié)器工作原理 脈沖形成及脈沖功率放大 觸發(fā)脈沖有兩種形式。一種是寬脈沖，另一種是雙窄脈沖。由于寬脈沖觸發(fā)對脈沖功率放大電路要求更高，在裝置中很少被選用。雙窄脈沖是在向某一橋臂晶閘管送一個窄脈沖時，同時向前一橋臂晶閘管補送一個窄脈沖，分別觸發(fā)共陽極組和共陰極組的晶閘管。這樣每隔60就產(chǎn)

44、生一對脈沖，經(jīng)過脈沖功率放大后分別觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，滿足了全控橋?qū)﹄p脈沖觸發(fā)的要求，雙脈沖的形成有兩種方式，一種是由微機直接輸出雙脈沖，另一種是通過脈沖分配電路將微機輸出的單脈沖轉(zhuǎn)化為雙脈沖（如圖3.38） 調(diào)節(jié)與控制的數(shù)學(xué)模型 1、調(diào)節(jié)算法對于連續(xù)PID算法有在勵磁控制系統(tǒng)中，比例調(diào)節(jié)是按電壓偏差值的大小成比例地改變主回路晶閘管的觸發(fā)角度，從而改變勵磁電流，以維持機端電壓為恒定。實際調(diào)節(jié)效果一般仍有一定偏差，其偏差大小主要與放大倍數(shù)有關(guān)，放大倍數(shù)越大，偏差越小。積分調(diào)節(jié)是根據(jù)電壓偏差的積分調(diào)節(jié)勵磁電流，調(diào)節(jié)的結(jié)果使偏差減小，理想積分調(diào)節(jié)可以使調(diào)節(jié)誤差為零。微分調(diào)節(jié)是按預(yù)測的電壓變化趨勢進(jìn)行調(diào)

45、節(jié)，可以減小超調(diào)量，縮短調(diào)整時間，改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。0( )( )( )( )tPIDde tu tK e tKe t dtKdt00( )( )( )( )( )( )( )1 ( )(1)ktiu tu ke te ke t dtTe ide te ke kdtT調(diào)節(jié)與控制的數(shù)學(xué)模型 1、調(diào)節(jié)算法位置型數(shù)字PID控制算式 與過去的狀態(tài)有關(guān)，需要對e(k)進(jìn)行累加，計算工作量大。由于調(diào)節(jié)器輸出的是控制對象調(diào)節(jié)機構(gòu)的位置值，當(dāng)計算機發(fā)生電源消失故障或受到干擾時，將產(chǎn)生不必要的錯誤動作，導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)嚴(yán)重的事故或波動，為此，必須采取電源消失保護(hù)措施或適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施。增量型

46、數(shù)字PID控制算式 0( )( )( ) ( )(1)kDPIiKu kK e kK Te ie ke kT10(1)(1)( ) (1)(2)kDPIiKu kK e kK Te ie ke kT( )( )(1) ( )(1)( ) ( )2 (1)(2)PDIu ku ku kKe ke kKK Te ke ke ke kT調(diào)節(jié)與控制的數(shù)學(xué)模型 2、調(diào)差計算在電壓給定綜合點處附加一個與發(fā)電機無功功率Q成正比的值，其比例系數(shù)即為調(diào)差系數(shù)，如圖3.39。 PIDUG UREFQ_+u_圖3.39 調(diào)差原理框圖REF*G*( )e tUUQG*REF*UUQG1G2REF*G*GNUUUUU勵

47、磁調(diào)節(jié)器的輔助控制勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制 輔助控制與勵磁調(diào)節(jié)器正常情況下的自動控制的區(qū)別是，輔助控制不參與正常情況下的自動控制，僅在非正常工況下，需要調(diào)節(jié)器具有某些特有的限制功能起相應(yīng)的控制功能 瞬時電流限制與磁場熱容量限制 （1）瞬時電流限制瞬時電流限制器的作用是限制勵磁電流的最大值（頂值），以防止超出設(shè)計允許的強力倍數(shù)，避免勵磁功率單元及轉(zhuǎn)子繞組超過極限運行而損壞（2）磁場熱容量限制器磁場熱容量限制器是一種磁場發(fā)熱保護(hù)。它的作用是防止發(fā)電機勵磁繞組因勵磁電流過大而發(fā)生過熱。當(dāng)勵磁電流超過額定勵磁電流時，隨著時間的增加，轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱升溫可能超過允許值。 dti2maxE過熱檢測器過熱電力積分器

48、tTeIErIEmax 整定值選擇Tcdti2+-KEI+-過流檢測IESS圖3.40 瞬時電流限制與磁場熱容量限制原理圖勵磁電流預(yù)期值IEmax IEr (1.05IEN)Te(20s) tt IE 工況1工況2圖3.41 瞬時電流限制與磁場熱容量限制的限制特性勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制 3、最小勵磁（欠勵）限制器當(dāng)系統(tǒng)處于小負(fù)荷時，為避免電網(wǎng)無功過剩（電容電流增大）而使系統(tǒng)電壓升高，利用同步發(fā)電機轉(zhuǎn)入進(jìn)相運行（欠勵運行），吸收系統(tǒng)中過剩的感性無功功率，改善系統(tǒng)的電壓品質(zhì)，是一項經(jīng)濟又方便的調(diào)壓措施。同步發(fā)電機欠勵運行時，發(fā)電機的定子電流由滯后的功率因數(shù)角變?yōu)槌暗墓β室驍?shù)角（

49、即進(jìn)相運行），發(fā)電機從系統(tǒng)中吸收的感性無功功率隨勵磁電流的減小而增加。在發(fā)電機輸出有功功率不變的情況下，隨著發(fā)電機勵磁電流的減小，發(fā)電機同步電動勢Eq下降，并使功角增大。當(dāng)發(fā)電機同步電動勢Eq與系統(tǒng)等值電壓U之間的功角超過靜穩(wěn)極限功角時，發(fā)電機就不能和系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行。另外，發(fā)電機進(jìn)相過深時，其吸收的無功電流增大，使發(fā)電機定子端部合成磁通增加，有可能引起發(fā)電機端部過熱?？傊瑸榱朔乐拱l(fā)電機勵磁電流過小而引起靜態(tài)穩(wěn)定的破壞和發(fā)電機的過熱，必須對發(fā)電機勵磁電流的下限值，也就是對發(fā)電機的最大進(jìn)相無功功率或無功電流加以限制。 qEdXGUeTLXXXUqEGUGUI圖3.42 發(fā)電機-無限大系統(tǒng)(a)

50、等值電路 (b)向量圖(a)(b)dqFE2Ged11()2UXX2Ged110()2UXX，ABC0PKQKPQ圖3.43 發(fā)電機功率圓圖勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制 4.電壓頻率限制器 電壓/頻率限制器亦稱磁通限制器，它的作用是限制發(fā)電機端電壓和頻率的比值，防止發(fā)電機及與其連接的主變壓器由于電壓過高和頻率過低，引起鐵芯飽和發(fā)熱。因為磁通量與機端電壓和頻率之比成正比，所以UGfG愈大，發(fā)電機和變壓器鐵芯飽和愈嚴(yán)重。鐵芯飽和，勵磁電流就會增加，造成鐵芯發(fā)熱加劇，所以必須加以限制。正常并網(wǎng)運行的發(fā)電機， UGfG比值一般不會超過允許值。引起電壓過高和頻率過低的主要原因有：（1）發(fā)電機

51、甩負(fù)荷或解列，電樞反應(yīng)去磁作用減弱而使電壓升高；（2）系統(tǒng)事故，如發(fā)電機跳閘等使系統(tǒng)處于低頻運行；（3）機組空載或啟動時過勵引起端電壓升高等。 保護(hù)特性限制特性655t(s)1.061.11.2圖3.44 限制與保護(hù)動作特性UG/fG勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配 在電網(wǎng)上運行的同步發(fā)電機，為滿足并列運行機組間無功功率的穩(wěn)定、合理分配，以及保證平穩(wěn)地投入和退出發(fā)電機，不致對系統(tǒng)造成無功沖擊，應(yīng)能調(diào)整同步發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性（調(diào)差特性）。調(diào)整的內(nèi)容包括調(diào)差系數(shù)的調(diào)整和調(diào)節(jié)特性的平移。在勵磁調(diào)節(jié)器中設(shè)置了調(diào)差單元和電壓整定環(huán)節(jié)，調(diào)差單元用來改變調(diào)差

52、系數(shù)，電壓整定環(huán)節(jié)則用來平移調(diào)差特性。勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性是指發(fā)電機各穩(wěn)定工況下無功電流IQ （無功功率）與端電壓之間的關(guān)系曲線，又稱為同步發(fā)電機的外特性。 G0GNGN100%UUUIQNIQUGUGNUG0圖3.45 無功調(diào)節(jié)特性曲線勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配 2. 調(diào)差特性的平移 移動發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)特性可以改變該發(fā)電機所承擔(dān)的無功負(fù)荷。如圖3.46所示，假設(shè)發(fā)電機與無限大母線容量并聯(lián)運行，母線電壓為U不變，若將調(diào)節(jié)特性從1平移到2的位置，發(fā)電機承擔(dān)的無功電流由IQ1減小到IQ2；如果特性繼續(xù)下移到3的位置，則發(fā)電

53、機輸出的無功電流將減小到零，這樣機組就可以退出運行，不會對系統(tǒng)造成無功功率沖擊。調(diào)節(jié)特性的平移是通過改變機端電壓整定值實現(xiàn)的，發(fā)電機端電壓整定值增加時，發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)特性也隨之上移。反之，整定值減小，無功調(diào)節(jié)特性向下平移。 勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配圖3.46 調(diào)節(jié)特性平移與機組無功功率關(guān)系IQ1IQUGUIQ2123勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配 1. 一臺無差特性的機組與有差特性機組的并聯(lián)運行一臺無差特性的發(fā)電機可以和一臺或多臺正調(diào)差特性機組在同一母線上并聯(lián)運行，但由于無差特性

54、發(fā)電機組將承擔(dān)所有無功功率的變化量，無功功率的分配是不合理的，所以實際中很少采用。 若第二臺發(fā)電機為負(fù)調(diào)差特性，這種方式下，運行不穩(wěn)定。 2. 兩臺無差調(diào)節(jié)特性的機組不能并聯(lián)運行3. 兩臺正調(diào)差特性的發(fā)電機并聯(lián)運行可見，兩臺正調(diào)差特性機組能在公共母線上穩(wěn)定并聯(lián)運行，并可維持無功電流的穩(wěn)定分配，分配比例取決于各機組的調(diào)差系數(shù)。理想的情況是無功負(fù)荷應(yīng)按機組容量分配，無功負(fù)荷增量也應(yīng)與機組容量成正比。IQUGUUUIQ圖3.47 并聯(lián)運行機組間無功功率的分配IQUGUU圖3.48 兩臺無差特性的機組在同一母線上并聯(lián)運行勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分

55、配 （1）母線電壓變化時無功的變化設(shè)無功電流為零時發(fā)電機端電壓為UG0，無功電流為額定值IQN時發(fā)電機端電壓為UGN，則機端電壓為UG時的無功電流為對應(yīng)于母線電壓UG時的無功電流標(biāo)幺值為 則母線電壓由UG變到UG時的無功電流增量的標(biāo)幺值為 上式表明，當(dāng)發(fā)電機在公共母線上并聯(lián)運行時，若系統(tǒng)無功負(fù)荷波動引起母線電壓波動，則發(fā)電機的無功增量與電壓偏差成正比，與該機組的調(diào)差系數(shù)成反比，與給定值無關(guān)。式中的負(fù)號表示母線電壓降低時，發(fā)電機無功增加。要使并聯(lián)機組的無功負(fù)荷增量按機組容量分配，則要求各機組有相同的調(diào)差系數(shù)，即外特性相同。G0GQNG0GNQUUIIUUG0*G*Q*G0*G*G0GNGN1()

56、UUIUUUUUQ*G0*G*1()IUU Q*Q*Q*G*G*G*11()IIIUUU IQUGUGUGIQIQ IQ NUG 0UG N IQ圖 3 .5 0 發(fā) 電 機 外 特 性IQUGUGUGIQIQIQNUG0UGNIQ圖3.50 發(fā)電機外特性勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配 （2）變動無功負(fù)荷在并列運行機組之間的分配設(shè)總無功功率增加時，公共母線上的電壓變化標(biāo)幺值為U*，則據(jù)式（3.79）第i臺機組的無功功率增量 。 *12NNNNnQQQQQQQ*N1iiiiQQUQ *1iiNiQUQ n*=1=1=11nniNiiNiiii

57、iQQQU QU *=1=1n=111nniNiNiiiNiiQQUUQQQ =1n=1niNiiNiiQQ式中為等值調(diào)差系數(shù)勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機組間的無功分配 4. 發(fā)電機經(jīng)升壓變壓器后并聯(lián)運行 如圖3.51（a）所示，發(fā)電機經(jīng)升壓變壓器后在高壓側(cè)母線與系統(tǒng)并聯(lián)運行，這時發(fā)電機發(fā)出的無功電流流經(jīng)變壓器，在變壓器漏抗上產(chǎn)生壓降，將使發(fā)電機對高壓母線的調(diào)差特性向下傾斜程度加大，不利于維持高壓母線電壓水平，如果發(fā)電機具有負(fù)調(diào)差特性，如圖3.51（b）中曲線1所示，則考慮到變壓器壓降IQXT 后，發(fā)、變組對高壓母線的整體調(diào)差特性是下傾的，如圖3.51

58、（b）中曲線1，這樣不僅能穩(wěn)定并聯(lián)運行，同時其傾斜度較小，有利高壓母線電壓穩(wěn)定。設(shè)總無功功率增加時，公共母線上的電壓變化標(biāo)幺值為U*，則據(jù)式（3.79）第i臺機組的無功功率增量綜上所述，機端直接并聯(lián)運行的發(fā)電機應(yīng)具有正調(diào)差特性，無功負(fù)荷的分配與調(diào)差系數(shù)成反比；要按機組容量分配無功功率，發(fā)電機必須具有相等的調(diào)差系數(shù)。以發(fā)電機變壓器組形式并聯(lián)運行的發(fā)電機，應(yīng)具有負(fù)的調(diào)差系數(shù)，以維持高壓母線電壓穩(wěn)定。 T2G1G2T1IQUGUG1UG2IQ1IQ2IQ1XT1IQ2XT1（a）（b）圖3.51 發(fā)電機經(jīng)升壓變壓器后并聯(lián)運行11 滅磁及過電壓保護(hù) 滅磁系統(tǒng)的作用是當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部及外部發(fā)生諸如短路、接地

59、等事故時迅速切斷發(fā)電機的勵磁，并將儲存在勵磁繞組中的磁場能量快速消耗在滅磁回路中。目前主要有耗能型和移能型兩種方式的滅磁裝置。耗能型滅磁裝置的原理是將磁能消耗在滅磁開關(guān)中，而移能型滅磁裝置是將磁場能量轉(zhuǎn)移到耗能元件線性或非線性電阻中。（1）滅磁裝置動作后，應(yīng)使發(fā)電機最終剩磁低于能維持短路點電弧的數(shù)值。（2）滅磁過程中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組所承受的滅磁過電壓不超過規(guī)定的倍數(shù)。（3）滅磁時間盡可能短。理論上，理想滅磁過程為：在保證滅磁過電壓不超過轉(zhuǎn)子勵磁繞組容許值的前提下，勵磁電流保持最大速度衰減，直到滅磁過程結(jié)束。 。 GabRdc滅磁開關(guān)整流器圖3.52 發(fā)電機滅磁系統(tǒng)原理圖 滅磁及過電壓保護(hù) 1. 線性電阻滅磁 滅磁電阻R取得越大，滅磁速度就越快，但它的數(shù)值過大使勵磁繞組承受過高電壓。一般取R為Rf的56