勵磁控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定

勵磁控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定2006年9月1一、發(fā)電機勵磁控制的作用1從發(fā)電廠角度調節(jié)發(fā)電機的機端電壓調節(jié)發(fā)電機的無功功率多臺發(fā)電機之間的無功功率分配（AQC）安全可靠運行22從電力系統(tǒng)角度提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性改善系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性二次電壓控制安全可靠運行3二、勵磁系統(tǒng)分類1三機勵磁系統(tǒng)UffUz1Uz2UfIfIffVgAVRPgQg組成：

副勵磁機小功率可控硅整流橋主勵磁機大功率二極管整流柜自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

他勵，勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點：

調節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩42三機勵磁系統(tǒng)改進型組成：

副勵磁機小功率二極管整流橋主勵磁機大功率可控硅整流柜自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響，調節(jié)速度快缺點：

需大功率整流柜，增加主勵磁繞組的滅磁與過電壓保護UffUz1Uz2UfIfIffVgAVRPgQg53開關式三機勵磁系統(tǒng)組成：

副勵磁機小功率二極管整流橋

IGBT+續(xù)留二極管主勵磁機大功率二極管整流柜自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

他勵，模擬式勵磁簡單缺點：

增加了硬件復雜性，可靠性降低，不能逆變滅磁UffUz1Uz2UfIfIffVgAVRPgQg64二機勵磁系統(tǒng)組成：勵磁變壓器小功率可控硅整流橋主勵磁機大功率二極管整流柜自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

取消副勵磁機，軸系長度縮短缺點：

調節(jié)速度慢UffUz2UfIfIffVgAVRPgQg75帶自勵恒壓的二機勵磁系統(tǒng)組成：勵磁變壓器小功率可控硅整流橋主勵磁機大功率可控硅整流柜自勵恒壓調節(jié)器和自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

響應速度快缺點：

結構復雜UffUz2UfIfIffVgAVRPgQg自勵恒壓調節(jié)器86帶開關管的二機勵磁系統(tǒng)組成：

副勵磁機小功率二極管整流橋

IGBT+續(xù)留二極管主勵磁機大功率二極管整流柜自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

模擬式AVR可以簡化（同步、脈沖移相可取消）缺點：

增加結構復雜性，可靠性降低UffUz1Uz2UfIfIffVgAVRPgQg97自并勵系統(tǒng)組成：

勵磁變壓器大功率可控硅整流柜自動電壓調節(jié)器（AVR）起勵設備轉子繞組滅磁開關與過電壓保護優(yōu)點：

結構簡單、響應速度快、軸系短缺點：

強勵時會受系統(tǒng)電壓的影響UffIfVgAVRPgQg108直流勵磁系統(tǒng)組成：

副勵磁機小功率可控硅整流橋直流主勵磁機自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護應用場所：

小容量機組Uz1AVRUfIfVgPgQg119開關式直流勵磁系統(tǒng)組成：

直流主勵磁機

IGBT+續(xù)流二極管自動電壓調節(jié)器（AVR）轉子繞組滅磁開關與過電壓保護應用場所：

中、小容量機組AVRUfIfVgPgQg12三、勵磁系統(tǒng)控制過程1三機勵磁系統(tǒng)控制過程數(shù)學關系永磁機的輸出三相電壓經過可控硅整流，整流器的輸出平均電壓為輸出的直流電流為13考慮到交流回路電抗XK引起的電壓損失，整流電路輸出電壓的平均值為設勵磁機放大倍數(shù)為Kf，三相電壓再經過整流，得到發(fā)電機的勵磁電壓若發(fā)電機的放大倍數(shù)為KG，可以得到機端電壓Vg與勵磁電壓Efd的關系為142自并勵勵磁系統(tǒng)的控制過程數(shù)學關系可控整流的輸入為機端電壓和電流經過可控硅整流，整流器的輸出平均電壓為若發(fā)電機的放大倍數(shù)為KG，可以得到機端電壓Vg與勵磁電壓Efd的關系為153勵磁系統(tǒng)控制脈沖波形16四、勵磁控制在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時的基本功能

1．保證發(fā)電機機端電壓調節(jié)精度

——靜態(tài)誤差定義：穩(wěn)態(tài)運行條件下發(fā)電機端電壓的要求值與實際值之差靜差分類：當系統(tǒng)僅僅受到輸入信號的作用而沒有任何擾動時的靜差—輸入信號引起的偏差輸入信號為零而有擾動作用于系統(tǒng)時引起的靜差—擾動引起的靜差17系統(tǒng)誤差的定義

Vref：機端電壓參考輸入

Vg：發(fā)電機端電壓實際值

G(s)：勵磁機、發(fā)電機傳遞函數(shù)

F(s)：AVR的傳遞函數(shù)G(S)F(S)AVRX(t)=Vrefe(t)b(t)y(t)=Vg18誤差：靜態(tài)誤差：靜態(tài)誤差系數(shù)：從輸入信號x(t)到誤差信號的傳遞函數(shù)為式中G0(s)=G(s)F(s)是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)19由Laplace變換終值定理有若輸入信號為單位階躍，即定義誤差系數(shù)則有20通常勵磁機和發(fā)電機和勵磁控制器的開環(huán)傳函可表示為0型系統(tǒng)，即因此

K為系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)若K>>1，則有發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)誤差的大小與開環(huán)放大倍數(shù)成反比。212．保證并聯(lián)運行發(fā)電機組間無功負荷合理分配

——調差系數(shù)調差系數(shù)的定義

U1：發(fā)電機空載電壓

U2：額定無功電流時發(fā)電機端電壓

Ufe：發(fā)電機額定電壓

U1UfUfe=U2IQIQe22調差系數(shù)與無功負荷的關系

δ<0：負調差，即發(fā)電機輸出無功增加時，端電壓上升δ=0：零調差δ>0：正調差，即發(fā)電機輸出無功增加時，端電壓下降UfIQδ<0δ=0δ>023調差系數(shù)的整定：發(fā)電機直接與系統(tǒng)母線電壓相聯(lián)

應整定為正調差系數(shù)發(fā)電機經變壓器與系統(tǒng)母線電壓相聯(lián)

對Uf應整定為負調差但對UT仍然是正調差注意：發(fā)電機調差系數(shù)的大小嚴重影響電力系統(tǒng)中無功功率分布和網損，因此從理論上應由調度部門從全系統(tǒng)出發(fā)給出最合理的調差系數(shù)值。UfUT24五、勵磁調節(jié)對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響定義：電力系統(tǒng)在遭受小干擾后，維持同步運行的能力。小干擾：系統(tǒng)的響應分析可以由線性化系統(tǒng)確定電力系統(tǒng)不穩(wěn)定結果表示為兩個方面：由于缺少同步轉矩，發(fā)電機功角逐步增大直至失穩(wěn)由于缺少阻尼轉矩，發(fā)電機功角逐步增大直至失穩(wěn)δtδt25發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)小干擾分析的基礎26基本結論當發(fā)電機與系統(tǒng)的外接電抗較小，并且發(fā)電機的輸出功率較低時，系數(shù)K5為正，這時AVR的作用是引入了一個負的同步轉矩和一個正的阻尼轉矩。當發(fā)電機與系統(tǒng)的外接電抗較大，并且發(fā)電機的輸出功率較高時，系數(shù)K5為負，這時AVR的作用是引入了一個正的同步轉矩和一個負的阻尼轉矩。解決這問題的方法是附加控制，即電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，或線性最優(yōu)勵磁控制器等各種智能控制器。27六、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）

PSS基本功能是通過引入附加信號控制勵磁，以提供正的阻尼矩陣，抑制電力系統(tǒng)的振蕩。首先知道系統(tǒng)的振蕩頻率計算PSS需補償?shù)南辔缓驮鲆嬖O計相位超前環(huán)節(jié)仿真與實驗注意：對于不同的振蕩頻率，需要有不同的相位補償和增益。28七、勵磁調節(jié)對電力系統(tǒng)大干擾穩(wěn)定性的影響暫態(tài)穩(wěn)定性的定義和概念定義：在電力系統(tǒng)遭受大擾動時，如輸電設備上的故障、發(fā)電機跳閘或失掉大的負荷等，電力系統(tǒng)保持同步的能力。特點：在電力系統(tǒng)遭受大擾動時，由于系統(tǒng)的電壓、電流、有功、無功、發(fā)電機轉子角等的擺動幅度較大，因此不能用線性化方法來研究它。概念：等面積定則29等面積定則

1)加速面積與減速面積:PT

＞Pe：加速面積

PT＜

Pe：減速面積，最大可能減速面積

2)等面積定則：加速面積和減速面積相等

(a)最大可能減速面積≥加速面積，穩(wěn)定。

(b)最大可能減速面積＜加速面積，不穩(wěn)定。

(c)加速面積=減速面積,臨界穩(wěn)定。30在電力系統(tǒng)中，應用發(fā)電機勵磁改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有兩條途徑：增加發(fā)電機的強勵能力，可以減少發(fā)電機的加速面積和增加發(fā)電機的減速面積基于發(fā)電機的非線性動態(tài)方程設計發(fā)電機的非線性勵磁控制31八、勵磁調節(jié)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響定義：電壓穩(wěn)定性是一個電力系統(tǒng)在正常條件下受擾動后，維持系統(tǒng)中所有母線電壓在可接受水平的能力。分類：（a）暫態(tài)電壓穩(wěn)定性：當系統(tǒng)發(fā)生短路、失去大負荷或機組電源擾動下，系統(tǒng)維持電壓的能力。（b）靜態(tài)電壓穩(wěn)定性：當系統(tǒng)發(fā)生小擾動后，系統(tǒng)維持電壓的能力。32電壓穩(wěn)定性分析的目的：（a）電壓不穩(wěn)定的接近程度：系統(tǒng)離電壓不穩(wěn)定有多近？（b）電壓不穩(wěn)定的機理：怎么及為何發(fā)生不穩(wěn)定？引發(fā)不穩(wěn)定的關鍵因素是什么？哪里是電壓的薄弱環(huán)節(jié)？什么措施對改善電壓穩(wěn)定最有效？33發(fā)電機無功功率調節(jié)特性在討論電壓穩(wěn)定性時，必須清楚發(fā)電機無功功率調節(jié)特性，即無功與電壓的V－Q關系。

電樞電流極限（定子繞組發(fā)熱）勵磁電流極限（轉子繞組發(fā)熱）34發(fā)電機勵磁電流限制器的影響

保護發(fā)電機，防止發(fā)電機燒壞目前國內很多勵磁廠家的調節(jié)器中無此環(huán)節(jié)，應該要有。國外的勵磁調節(jié)器重此環(huán)節(jié)是必不可少。35九、勵磁系統(tǒng)的保護與限制對穩(wěn)定性的影響1強勵頂值限制影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，保護轉子絕緣和發(fā)電機安全。在任何運行工況下，限制磁場勵磁電流不超過允許值的、防止轉子過熱。當勵磁電流超過1.1額定磁場電流，小于強勵頂值電流時，按照等效發(fā)熱原則，強勵允許持續(xù)時間和強勵電流值按反時限規(guī)律確定。362強