自并激勵(lì)磁系統(tǒng)和無刷勵(lì)磁的特點(diǎn)對(duì)比

1、自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī)對(duì)比一、自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹在電力系統(tǒng)中，大機(jī)組往往通過多回高壓輸電線給遠(yuǎn)方負(fù)荷中心供電，為減 少損耗常常采取無功就地平衡，由于高壓線路充電功率大，一旦發(fā)生擾動(dòng)，很容 易破壞無功平衡，引起電壓不穩(wěn)定問題。通過自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用和多年實(shí)驗(yàn)，自并激勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定有 極其重要的作用。勵(lì)磁機(jī)本身就是可靠性不高的元件，可以說它是勵(lì)磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之 一，因勵(lì)磁機(jī)故障而迫使發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行的事故并非鮮見，故相應(yīng)地出現(xiàn)了不用 勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方案。如下圖所示：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源直接由發(fā)電機(jī)端電壓獲得， 經(jīng)過控制整流后，送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，作為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電

2、流，以維持發(fā)電機(jī) 端電壓恒定的勵(lì)磁方式，是無勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)自勵(lì)系統(tǒng)。最簡單的發(fā)電機(jī)自勵(lì)系 統(tǒng)是直接使用發(fā)電機(jī)的端電壓作勵(lì)磁電流的電源，由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制勵(lì)磁電 流的大小，稱為自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)，簡稱自并勵(lì)系統(tǒng)。自并勵(lì)系統(tǒng)中，除去 轉(zhuǎn)子本體極其滑環(huán)這些屬于發(fā)電機(jī)的部件外，沒有因供應(yīng)勵(lì)磁電流而采用的機(jī)械 轉(zhuǎn)動(dòng)或機(jī)械接觸類元件，所以又稱為全靜止式勵(lì)磁系統(tǒng)。下圖為無勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī) 自并勵(lì)系統(tǒng)框圖，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流電源由接于發(fā)電機(jī)機(jī)端的整流變壓器 ZB提供，經(jīng)可控硅整流向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，可控硅元件SCR由自動(dòng)勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器控制。系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)需要令加一個(gè)起勵(lì)電源。起勵(lì)元件自動(dòng)勵(lì)破調(diào)節(jié)器起勵(lì)元件

3、自動(dòng)勵(lì)破調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)框圖1、提高靜態(tài)穩(wěn)定當(dāng)快速勵(lì)磁采用較高勵(lì)磁系統(tǒng)增益并配置PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)后，在小干 擾時(shí)，可以保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，即：g交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般只能保護(hù)E，或E恒定，即使是能保持E恒定， 其最大功率輸出為：g設(shè)發(fā)電機(jī)不調(diào)勵(lì)磁，在勵(lì)磁電流恒定的情況下：X： =0.3,Xe=0.6,Ut=1.0,E，=1.2 則Pmi=1.25Pm2 (3)即自并激勵(lì)磁系統(tǒng)可提高靜穩(wěn)定25%，當(dāng)進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)整時(shí)，自并激勵(lì)磁系統(tǒng) 可大大提高靜穩(wěn)定。式中p有功功率；U 電動(dòng)勢；u 出口電壓；X 發(fā)電機(jī)阻抗；S 功角；、d軸暫態(tài)阻抗；E： 與勵(lì)磁電流成正比電勢；E?d、q軸合成電勢；

4、Pm1、Pm2最大功率。2、提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指在小干擾情況下，由于阻尼不足產(chǎn)生振蕩失步，或大干擾 后對(duì)后續(xù)振蕩阻尼不足產(chǎn)生振蕩失步?？焖賱?lì)磁配置PSS后，由于勵(lì)磁系統(tǒng)延時(shí) 小，有利于PSS發(fā)揮作用，并可增加更多的正阻尼，提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。3、對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)后，如發(fā)生高壓出口三相短路，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)按2倍計(jì)算， 其暫態(tài)穩(wěn)定水平與實(shí)際時(shí)間常數(shù)T=0.35s的常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本相同。這是因?yàn)樽圆⒓?lì)磁系統(tǒng)雖姨在強(qiáng)勵(lì)時(shí)受機(jī)端電壓影響，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)較低，但 調(diào)節(jié)速度快，恢復(fù)電壓迅速，而常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)雖然強(qiáng)勵(lì)能力受機(jī)端電壓影響小， 但交流勵(lì)磁機(jī)是很大的滯后環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)速度慢。全網(wǎng)采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)

5、暫態(tài)穩(wěn)定水平更優(yōu)于常規(guī)勵(lì)磁。當(dāng)發(fā)生三相短路 時(shí)，除離故障點(diǎn)近的自并激勵(lì)磁系統(tǒng)受電壓降落影響外，其余機(jī)組端電壓數(shù)值較 高，自并勵(lì)的快速調(diào)節(jié)提高暫態(tài)穩(wěn)定的優(yōu)勢可充分發(fā)揮。4、對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響有些發(fā)電機(jī)配備自并激勵(lì)磁系統(tǒng)，當(dāng)其高壓線路出口三相短路，若強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) 是2時(shí)，則其電壓水平與常規(guī)勵(lì)磁相比基本相同，當(dāng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)增大時(shí)，則優(yōu)于常 規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)；當(dāng)故障離該機(jī)組較遠(yuǎn)時(shí)，也優(yōu)于常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)，并能改善系統(tǒng)的暫 態(tài)電壓穩(wěn)定。全網(wǎng)發(fā)電機(jī)都配有自并激勵(lì)磁系統(tǒng)，可提高電壓穩(wěn)定水平。在某些條件下， 電壓暫態(tài)不穩(wěn)定的系統(tǒng)可以得到改善。強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)越高，改善電壓穩(wěn)定的效果越明顯。自并激系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)選擇有 較大的自由度，這

6、是常規(guī)系統(tǒng)所不能及的。5、對(duì)繼電保護(hù)的影響現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)大都經(jīng)封閉母線到變壓器，然后接入電網(wǎng)，一般不考慮 機(jī)端故障。如果故障發(fā)生在差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，0s保護(hù)動(dòng)作切除發(fā)電機(jī)。而在高 壓母線短路時(shí)，至發(fā)電機(jī)端短路電流衰減已比較小了。經(jīng)分析表明，約在0.5s 內(nèi)自并激勵(lì)磁系統(tǒng)與常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)短路電流衰減情況基本相同，對(duì)主保護(hù)沒有影 響。當(dāng)近端永久性三相短路時(shí)，自并勵(lì)發(fā)電機(jī)的短路電流會(huì)一直衰減到零，以保 證后備保護(hù)可靠動(dòng)作。在這種情況下，可采用記憶過電流、低電壓自保持過電流 及阻抗保護(hù)，以保證保護(hù)正確動(dòng)作。6、自并激勵(lì)磁系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)由于自并激勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)端，經(jīng)勵(lì)磁變及可控硅整流器供 給發(fā)電

7、機(jī)勵(lì)磁，所以勵(lì)磁響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)節(jié)速度快；由于無主副勵(lì)磁機(jī)，無旋轉(zhuǎn)部件，軸系短，軸承座少，故對(duì)減少機(jī)組振動(dòng) 和扭振十分有利；由于取消了旋轉(zhuǎn)部件，減少勵(lì)磁系統(tǒng)故障，故提高了可靠性；由于自并激系統(tǒng)響應(yīng)快，當(dāng)系統(tǒng)電壓瞬間下降時(shí)，可很快增大發(fā)電機(jī)無功， 以保持系統(tǒng)不發(fā)生電壓崩潰，其能力比交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)優(yōu)越；當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，自并勵(lì)系統(tǒng)抑制電壓超調(diào)能力比常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)；可適當(dāng)?shù)乜s短電站廠房跨距，不需要?jiǎng)?lì)磁機(jī)基礎(chǔ);二、無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹1、無刷勵(lì)磁系統(tǒng)方案下圖所示:無刷勵(lì)磁系統(tǒng)方案副勵(lì)磁機(jī)FL是一個(gè)永磁式中頻發(fā)電機(jī)，其永磁部分畫在旋轉(zhuǎn)部分的虛線框 內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)無刷勵(lì)磁，主勵(lì)磁機(jī)與一般的同步

8、發(fā)電機(jī)的工作原理基本相同，只是 電樞是旋轉(zhuǎn)的。其發(fā)出的三相交流電經(jīng)過二極管整流后，直接送到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 回路作勵(lì)磁電源，因?yàn)閯?lì)磁機(jī)的電樞與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不 需要任何滑環(huán)與電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，這就實(shí)現(xiàn)了無刷勵(lì)磁。主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組JLLQ是靜止的，即主勵(lì)磁機(jī)是一個(gè)磁極靜止，電樞旋 轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。靜止的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組便于自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁機(jī)輸出 電流的控制，以維持發(fā)電機(jī)端電壓保持恒定。2、無刷勵(lì)磁系統(tǒng)有如下特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)無刷勵(lì)磁方式因?yàn)閯?lì)磁機(jī)的電樞與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所 以它們之間不需要任何滑環(huán)和電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，這就實(shí)現(xiàn)了無刷勵(lì)磁。無刷 勵(lì)磁系統(tǒng)革除了滑環(huán)與炭

9、刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部分，是其優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是由于與轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子回路的電 壓、電流都不能用普通的直流電壓表、直流電流表進(jìn)行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情 況也不便監(jiān)視，旋轉(zhuǎn)二極管的運(yùn)行狀況、接線是否開脫（要求連接銅排是100% 的對(duì)接，生產(chǎn)工藝要求很高。）、熔絲是否熔斷等等也都不便于監(jiān)視。因而在運(yùn) 行維護(hù)上有極大不便的。同時(shí)由于軸系較自并激勵(lì)磁機(jī)組要長很多，增加了廠房 的建造成本和機(jī)組振動(dòng)和扭振的風(fēng)險(xiǎn)。三、結(jié)論1、采用自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)比采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)技術(shù)性能上有很 明顯的優(yōu)勢，對(duì)系統(tǒng)電網(wǎng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)有所提高。2、采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)比采用自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)生產(chǎn)工藝上更復(fù) 雜，并存有局部的工藝難題要克服；另外采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)生產(chǎn)周期相 比于自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)要長。3、采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)比采用自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)在現(xiàn)場安裝上也 有區(qū)別，無刷勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的廠房基礎(chǔ)要求更長，且其機(jī)組振動(dòng)和扭振的風(fēng)險(xiǎn)