同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)詳解演示文稿

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)詳解演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)（優(yōu)選）同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)前第2頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage32023/6/8第三章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

本章講述電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓?jiǎn)栴}，包含發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)，也包括和用戶的電壓穩(wěn)定問(wèn)題。當(dāng)前第3頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage42023/6/8第一節(jié)概述

同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與它的空載電動(dòng)勢(shì)值的大小有關(guān)，而值是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的函數(shù)。改變勵(lì)磁電流就可以影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性。在某些故障情況下，發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降，為此，當(dāng)電力系統(tǒng)故障時(shí)，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，以維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功率分配。

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)控制在保證電能質(zhì)量、無(wú)功功率的合理分配、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面均起到十分重要的作用。當(dāng)前第4頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage52023/6/8勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成了反饋控制系統(tǒng)。向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流

根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出當(dāng)前第5頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage62023/6/8一同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)1、電壓控制2、控制無(wú)功功率分配3、提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性4、改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件

改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)條件為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性5、水輪發(fā)電機(jī)組要求實(shí)行強(qiáng)行減磁當(dāng)前第6頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage72023/6/8

負(fù)荷的無(wú)功電流是造成之間幅值差的主要原因1電壓控制勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了維持電壓水平的任務(wù)等值當(dāng)前第7頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage82023/6/81電壓控制發(fā)電機(jī)端電壓勵(lì)磁電流負(fù)荷無(wú)功電流

勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過(guò)不斷的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)維持發(fā)電機(jī)端電壓為設(shè)定值的

注：改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流一般都不直接在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中進(jìn)行，而是改變勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流的方法來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)目的。原因是轉(zhuǎn)子回路的電流很大，不易直接調(diào)整。當(dāng)前第8頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage92023/6/82控制無(wú)功功率分配—與無(wú)窮大母線并聯(lián)運(yùn)行單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只受調(diào)速器控制當(dāng)前第9頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage102023/6/82控制無(wú)功功率分配—與無(wú)窮大母線并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流變化只是改變了機(jī)組的無(wú)功功率和功率角值的大小。與無(wú)窮大母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流就可以改變發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率當(dāng)前第10頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage112023/6/82控制無(wú)功功率分配—多臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率分配取決于各發(fā)電機(jī)的外特性，曲線越平坦的機(jī)組其無(wú)功電流的增量越大通常希望發(fā)電機(jī)組間的無(wú)功功率分配按照機(jī)組容量大小比例分配單純把并聯(lián)所有機(jī)組的外特性做成相同是不可能的調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以任意改變外特性曲線的斜率以達(dá)到合理分配無(wú)功的目的。當(dāng)前第11頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage122023/6/83提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類在20世紀(jì)60年代及以前1靜態(tài)穩(wěn)定性2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后保持所有運(yùn)行參數(shù)接近正常值的能力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后，系統(tǒng)參數(shù)恢復(fù)到正常值的能力出現(xiàn)了自動(dòng)再同期現(xiàn)象——發(fā)電機(jī)在失去同步后經(jīng)過(guò)較短時(shí)間的異步運(yùn)行又自動(dòng)牽入同步，主系統(tǒng)仍然能夠保持同步1靜態(tài)穩(wěn)定性2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性3綜合穩(wěn)定性小擾動(dòng)小變速運(yùn)行狀態(tài)大擾動(dòng)小變速運(yùn)行狀態(tài)大擾動(dòng)大變速運(yùn)行狀態(tài)1954年蘇聯(lián)學(xué)者維.柯.維尼柯夫《電力系統(tǒng)機(jī)電過(guò)渡過(guò)程》當(dāng)前第12頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage132023/6/8電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類1靜態(tài)不穩(wěn)定性1974年美國(guó)學(xué)者拜金利及金巴克主編論文集《大規(guī)模電力系統(tǒng)穩(wěn)定性》2動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性3暫態(tài)不穩(wěn)定性功角過(guò)大而失步（滑行失步）大小擾動(dòng)引起的振蕩失步大擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)在第一搖擺失步靜態(tài)/動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性定義及理解出現(xiàn)了混亂1981年在IEEE電力系統(tǒng)分會(huì)的冬季會(huì)議上重新對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行定義1靜態(tài)穩(wěn)定性/小擾動(dòng)穩(wěn)定性2暫態(tài)穩(wěn)定性/大擾動(dòng)穩(wěn)定性當(dāng)系統(tǒng)受到小的干擾后，系統(tǒng)會(huì)達(dá)到與受干擾前相同或接近的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)遭受到干擾后，系統(tǒng)可以達(dá)到一個(gè)可以接受的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)所加干擾足夠小，可以用系統(tǒng)的線性化方程來(lái)描述系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程所加的干擾使得不能用系統(tǒng)的線性化方程來(lái)描述系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程當(dāng)前第13頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage142023/6/8電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類2004年8月，IEEE發(fā)表了CIGRE第38委員會(huì)與IEEE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為委員會(huì)聯(lián)合小組制定的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類及定義電力系統(tǒng)穩(wěn)定性功角穩(wěn)定性頻率穩(wěn)定性電壓穩(wěn)定性小干擾功角穩(wěn)定性大干擾功角穩(wěn)定性小干擾電壓穩(wěn)定性大干擾電壓穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性長(zhǎng)期穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性長(zhǎng)期穩(wěn)定性當(dāng)前第14頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage152023/6/8電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類功角穩(wěn)定性注：把原來(lái)的靜態(tài)穩(wěn)定（小擾動(dòng)穩(wěn)定性）和暫態(tài)穩(wěn)定性（大干擾穩(wěn)定性）合起來(lái)統(tǒng)稱為功角穩(wěn)定性表征著系統(tǒng)維持同步的能力，主要原因是發(fā)電機(jī)輸入、輸出轉(zhuǎn)矩平衡受到破壞，失步的形式可能是功角單調(diào)增長(zhǎng)，也可能是增幅振蕩。分析時(shí)間為10~20s靜態(tài)穩(wěn)定性系統(tǒng)在小干擾下維持同步的能力滑行失步型振蕩失步型暫態(tài)穩(wěn)定性系統(tǒng)在大干擾下維持同步的能力功角非周期增長(zhǎng)而失步增幅的低頻振蕩而失步當(dāng)前第15頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage162023/6/8電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類電壓穩(wěn)定性表征著系統(tǒng)在給定的初始條件下，受到擾動(dòng)后維持所有母線的電壓的能力。主要原因是負(fù)荷需求與系統(tǒng)可能提供的總量出現(xiàn)了不平衡。表現(xiàn)在電壓持續(xù)下降（或上升），又稱“電壓崩潰”。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制產(chǎn)生重要的影響：在過(guò)渡過(guò)程中，當(dāng)勵(lì)磁電流的增長(zhǎng)達(dá)到設(shè)定的限幅值（相當(dāng)于勵(lì)磁控制退出），常常是出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的直接原因。大干擾電壓穩(wěn)定性小干擾電壓穩(wěn)定性短期電壓穩(wěn)定性長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定性系統(tǒng)在大干擾后維持可接受穩(wěn)態(tài)電壓的能力系統(tǒng)在小干擾后維持可接受穩(wěn)態(tài)電壓的能力包含快速響應(yīng)負(fù)荷和勵(lì)磁控制等動(dòng)態(tài)特性及相互作用包含慢速響應(yīng)負(fù)荷和勵(lì)磁限幅器等動(dòng)態(tài)特性及相互作用當(dāng)前第16頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage172023/6/8電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類頻率穩(wěn)定性1表征著系統(tǒng)遭受到嚴(yán)重的故障造成出力與負(fù)荷出現(xiàn)較大的不平衡時(shí)維持頻率在可接受的范圍的能力。取決于系統(tǒng)在切除最大可能切除的負(fù)荷后是否能夠恢復(fù)出力與負(fù)荷之間的平衡。2頻率發(fā)生不穩(wěn)定時(shí)，潮流、電壓及其他變量會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)，并引起系統(tǒng)中控制和保護(hù)的動(dòng)作，造成更多機(jī)組或負(fù)荷的切除。這種情況出現(xiàn)在大系統(tǒng)因失步而解列為數(shù)個(gè)孤立系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)之間的穩(wěn)定不是問(wèn)題，主要是出力和負(fù)荷是否會(huì)保持平衡。頻率過(guò)渡過(guò)程時(shí)間秒級(jí)（幾秒）低壓及低頻減載、發(fā)電機(jī)控制器起主要作用分級(jí)（幾分）鍋爐、機(jī)組保護(hù)和負(fù)荷調(diào)壓系統(tǒng)起主要作用當(dāng)前第17頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage182023/6/8電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義與分類

我國(guó)在2001年制定的DL755-2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中將穩(wěn)定性分為：

靜態(tài)穩(wěn)定性——小擾動(dòng)穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性——大擾動(dòng)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

——電力系統(tǒng)受到小擾動(dòng)時(shí)，考慮調(diào)節(jié)器及元件動(dòng)態(tài)，并分析它在暫態(tài)過(guò)程后能否趨于或者接近原來(lái)穩(wěn)定工況的能力。當(dāng)前第18頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage192023/6/8勵(lì)磁對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定性的影響調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)使得為常數(shù)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以有效提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限當(dāng)前第19頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage202023/6/8勵(lì)磁對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

勵(lì)磁系統(tǒng)的作用體現(xiàn)在使得發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)上升而增加電功率輸出，提高了功率極限，從而減小加速面積，增加了減速面積，提高了暫態(tài)穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)手段：1、縮小勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)2、盡可能提高強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù)當(dāng)前第20頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage212023/6/84改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件1、改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)條件2、為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件3、提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性短路切除后的電壓恢復(fù)曲線無(wú)勵(lì)磁控制有勵(lì)磁控制

可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁為失磁異步運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)提供大量的無(wú)功功率，以維持其運(yùn)行調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)增大短路電流以保證繼電保護(hù)正確工作當(dāng)前第21頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage222023/6/85水輪發(fā)電機(jī)實(shí)行強(qiáng)行減磁水輪發(fā)電機(jī)組因故障而跳閘調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性導(dǎo)水葉不能迅速關(guān)閉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速急劇上升勵(lì)磁電流不調(diào)整發(fā)電機(jī)端電壓上升而危及定子絕緣勵(lì)磁電流迅速調(diào)整機(jī)組安全當(dāng)前第22頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage232023/6/8二對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流

根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出當(dāng)前第23頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage242023/6/81對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求1、具有較小的時(shí)間常數(shù)，能夠迅速響應(yīng)輸入信息的變化2、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能反映發(fā)電機(jī)電壓的高低來(lái)維持發(fā)電機(jī)電壓在給定的水平3、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠合理分配機(jī)組的無(wú)功功率4、對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組要求沒有失靈區(qū)以使其在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行5、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器迅速反映系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁的功能，提高暫態(tài)穩(wěn)定性和改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件6、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠長(zhǎng)期可靠工作，具有高可靠性當(dāng)前第24頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage252023/6/82對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求1、要求勵(lì)磁功率單元有足夠的可靠性，具有一定的調(diào)節(jié)容量。2、具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。就改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性而言，勵(lì)磁功率單元應(yīng)該具有較大的強(qiáng)勵(lì)能力和快速響應(yīng)能力。注：1、勵(lì)磁頂值電壓是勵(lì)磁功率單元在強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)可能提供的最高輸出電壓值。2、勵(lì)磁頂值電壓與額定勵(lì)磁電壓之比為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，一般為1.6~2當(dāng)前第25頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage262023/6/8第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)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)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，機(jī)組容量小機(jī)組容量增大，機(jī)械整流困難，大功率半導(dǎo)體技術(shù)成熟與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)當(dāng)前第26頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期六\22點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUniversitypage272023/6/81直流勵(lì)磁機(jī)