第10-11次課第3章(6節(jié))

電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理水電學(xué)院電力系王德意3.6勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理

3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本環(huán)節(jié)和構(gòu)成調(diào)節(jié)和控制的數(shù)學(xué)模型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行3.6.3數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件概述主程序框圖3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（一）機(jī)電型電壓調(diào)節(jié)器3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（二）磁放大器型電壓調(diào)節(jié)器3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類典型產(chǎn)品：

KFD-3型相復(fù)勵(lì)裝置特點(diǎn)：KFD-3型基于磁放大器原理的相復(fù)勵(lì)裝置。

－它響應(yīng)速度慢，動(dòng)態(tài)性能差； －它的放大倍數(shù)有限，裝置的靜態(tài)特性精度較差； －它的輸出功率較??；它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，調(diào)試?yán)щy，且耗費(fèi)大量金屬材料。

－運(yùn)行穩(wěn)定性較差，在同一母線上并列運(yùn)行兩臺(tái)機(jī)組容易產(chǎn)生“搶無功”的現(xiàn)象。運(yùn)行情況： －從初步調(diào)查情況來看，90%以上的KFD-3型相復(fù)勵(lì)裝置都沒有投入實(shí)際運(yùn)行，只采用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)勵(lì)磁。 －己成為技改對(duì)象3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（三）電子（半導(dǎo)體）型電壓調(diào)節(jié)器3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)：響應(yīng)速度大大加快，強(qiáng)勵(lì)時(shí)勵(lì)磁電壓上升時(shí)間小于01s，稱為高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。－結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便；只采用簡(jiǎn)單控制規(guī)律，性能指標(biāo)較差；分立元件的熱穩(wěn)定性差，整機(jī)故障率較高；經(jīng)常出現(xiàn)觸發(fā)脈沖不對(duì)稱、丟失脈沖以及失控等。應(yīng)用情況：從上個(gè)世紀(jì)70年代在我國(guó)開始推廣應(yīng)用半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器以來,已在許多電站長(zhǎng)期使用。3.6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（四）微機(jī)型電壓調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的勵(lì)磁控制策略；勵(lì)磁控制算法由軟件實(shí)現(xiàn)，便于修改；可實(shí)現(xiàn)完備的勵(lì)磁限制和保護(hù)功能。應(yīng)用情況：普遍應(yīng)用于各種同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（一）數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本環(huán)節(jié)及構(gòu)成（1）分類非全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成：測(cè)量單元，主控制單元，移相觸發(fā)單元和人機(jī)接口等以及輔助電路組成。其核心為控制主機(jī)和移相觸發(fā)電路。全數(shù)字微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成：全數(shù)字微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主機(jī)和輔助電路組成，其核心是全數(shù)字微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由硬件和軟件組成。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（2）非全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（3）全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（4）測(cè)量單元原理濾波、光電隔離、采樣保持、數(shù)據(jù)緩存以及A/D的作用典型的濾波電路：П型、Γ型以及橋式濾波電路3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（5）主控制單元原理主控制單元的輸入信號(hào)3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理主控制單元的結(jié)構(gòu)3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（6）移相觸發(fā)單元原理結(jié)構(gòu)：如下圖功能：產(chǎn)生可調(diào)相位的脈沖，用來觸發(fā)晶閘管，使其觸發(fā)角能夠隨著主控制單元輸出的控制值而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。同步：晶閘管觸發(fā)脈沖與主電路三相電壓信號(hào)之間的相位配合關(guān)系，一般由同步變壓器獲得同步電壓信號(hào)。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)移相觸發(fā)單元的要求:觸發(fā)脈沖移相范圍要符合可控硅整流電路的要求觸發(fā)脈沖要有足夠大額功率使晶閘管可靠導(dǎo)通觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡觸發(fā)單元與主電路應(yīng)相互隔離以保證安全在整個(gè)移相范圍內(nèi)保證各相的觸發(fā)脈沖控制角一致3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理單相同步整形電路3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理單相同步信號(hào)3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理移相觸發(fā)單元原理框圖單相同步信號(hào)3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理移相觸發(fā)單元脈沖時(shí)序圖3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理脈沖形成及放大雙窄脈沖產(chǎn)生及放大電路SCR1SCR3SCR5SCR4SCR6SCR23.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（7）人機(jī)接口功能：程序調(diào)試參數(shù)設(shè)定與維護(hù)：PID調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)差系數(shù)等運(yùn)行操作：起勵(lì)、滅磁、增減控制等參數(shù)顯示：監(jiān)測(cè)的電壓、電流、功率及功率因素顯示3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（二）調(diào)節(jié)和控制的數(shù)學(xué)模型（1）概述PID原理框圖

xxce(t)Py(t)ID3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理a.位置型PID調(diào)節(jié)算法位置型PID控制算法的基本思路是對(duì)連續(xù)PID公式進(jìn)行離散化。位置型算式每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理b.增量型PID調(diào)節(jié)算法增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（2）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)模式恒機(jī)端電壓調(diào)節(jié)（自動(dòng)）模式恒勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)（手動(dòng)）模式恒無功功率調(diào)節(jié)模式恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理a.恒機(jī)端電壓（自動(dòng)）調(diào)節(jié)方式不考慮調(diào)差考慮調(diào)差3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理b.恒勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)（手動(dòng)）模式3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理c.恒無功功率調(diào)節(jié)模式3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理d.恒功率因素調(diào)節(jié)模式3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制輔助勵(lì)磁控制的必要性：最小勵(lì)磁限制：在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，容許吸收的無功功率和發(fā)出的有功功率有關(guān)，此時(shí)發(fā)電機(jī)最小勵(lì)磁電流值應(yīng)限制在發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限及發(fā)電機(jī)定子端部發(fā)熱允許的范圍內(nèi)。為此，在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中設(shè)置了最小勵(lì)磁限制。瞬時(shí)電流限制：大容量發(fā)電機(jī)組由于系統(tǒng)穩(wěn)定的要求勵(lì)磁系統(tǒng)具有高起始響應(yīng)特性，使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁頂值電壓大大超過其允許值，而勵(lì)磁電流超過規(guī)定的強(qiáng)勵(lì)電流會(huì)危及發(fā)電機(jī)的安全，為此，在調(diào)節(jié)器中必須設(shè)置瞬時(shí)電流限制器以限制強(qiáng)勵(lì)頂值電流。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理輔助勵(lì)磁的特征：輔助控制與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器正常情況下的自動(dòng)控制的區(qū)別是，輔助控制不參與正常情況下的自動(dòng)控制，僅在發(fā)生非正常運(yùn)行工況，需要?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器具有某些特有的限制功能時(shí)，通過信號(hào)綜合放大電路中的競(jìng)比電路閉鎖正常的電壓控制使相應(yīng)的限制器起控制作用。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理最小勵(lì)磁限制（也稱之為“欠勵(lì)磁限制”）因素一、靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制發(fā)電機(jī)欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)的無功功率，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為進(jìn)相運(yùn)行。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)受靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制，這里以單機(jī)－無限大系統(tǒng)為例來討論電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限的問題。曲線B外側(cè)的陰影區(qū)屬不穩(wěn)定區(qū)，而圓內(nèi)任意點(diǎn)屬穩(wěn)定區(qū)。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理因素二、防止發(fā)電機(jī)定子端部過熱在相同的視在功率和相同的端部冷卻條件下，發(fā)電機(jī)隨著功率因數(shù)由滯相向進(jìn)相轉(zhuǎn)移，發(fā)電機(jī)定子端部漏磁磁密值相應(yīng)增高，這將引起定子端部元件的損耗發(fā)熱也趨向嚴(yán)重。因此，隨著發(fā)電機(jī)進(jìn)相程度的增大，要維持發(fā)電機(jī)端部元件的溫度不超過允許值，其出力便要相應(yīng)的降低。顯然，防止定子端部過熱，是發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度的一個(gè)限制因素。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理因素三、留有適當(dāng)?shù)脑Ａ吭赑-Q平面上，繪制出發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量曲線和臨界失步曲線，再在兩曲線圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚ㄒ粭l最小勵(lì)磁限制線。欠勵(lì)限制器的任務(wù)就是確保在任何情況下，將發(fā)電機(jī)的功率運(yùn)行點(diǎn)（P、Q）限制在這條最小勵(lì)磁限制線之上。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理b.瞬時(shí)電流限制唯有采用高勵(lì)磁頂值的方法才能提高勵(lì)磁機(jī)輸出電壓的起始增長(zhǎng)速度由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，大容量發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)必須具有高起始響應(yīng)的性能。高值勵(lì)磁電壓將會(huì)危及勵(lì)磁機(jī)及發(fā)電機(jī)的安全。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理c.最大勵(lì)磁限制最大勵(lì)磁限制是為了防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組長(zhǎng)時(shí)間過勵(lì)磁而采取的安全措施。限制見P92頁(yè)表3-1。d.V/Hz（伏/赫）限制V/Hz（伏/赫）限制器，用于防止發(fā)電機(jī)的端電壓與頻率的比值過高，避免發(fā)電機(jī)及與其相連的主變壓器鐵芯飽和而引起的過熱。最大勵(lì)磁限制器反時(shí)限特性見P92頁(yè)圖3-67。3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（三）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行（1）對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況的監(jiān)控（2）增加或減少勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓及無功功率的調(diào)節(jié)（3）信號(hào)顯示：各種限制動(dòng)作、保護(hù)動(dòng)作、主要部件故障系統(tǒng)跟蹤Nettracing報(bào)警信號(hào)Alarmsignal限制動(dòng)作Limiteraction本機(jī)正常Normal本機(jī)工作WorkingQ/C模式Q/C-mode電流模式M-mode電壓模式A-modeMS增加INC減少DEC復(fù)位RST電壓A-mode電流M-mode無功Q/C-mode跟蹤Nettracing永州市智達(dá)自動(dòng)控制設(shè)備有限公司操作按鍵顯示與設(shè)置按鍵液晶顯示屏信號(hào)指示燈測(cè)量參數(shù)顯示設(shè)置參數(shù)顯示限制保護(hù)查詢?cè)O(shè)置參數(shù)修改■OperatekeyDisplayandsetkeySignallampLCD3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（4）調(diào)節(jié)器的可靠性主控制單元的雙重化配置勵(lì)磁功率單元的雙重化配置勵(lì)磁電流測(cè)量的雙重化雙重電源的配置PT的雙重化3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理雙調(diào)節(jié)器方案3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理雙調(diào)節(jié)器的硬件結(jié)構(gòu)3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理雙調(diào)節(jié)器的切換電路3.6.2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理PT斷線的監(jiān)測(cè)：電壓突變法