第四章同步發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)

第四章同步發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)第一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第四章同步發(fā)電機勵磁調節(jié)系統(tǒng)教材配套電子教案第二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五本章的主要內容:

概述1同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)類型2勵磁系統(tǒng)中的整流電路3自動勵磁調節(jié)裝置的工作原理4勵磁調節(jié)器靜特性調整5第三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五本章的主要內容:并聯(lián)運行機組間無功功率的合理分配6繼電強行勵磁裝置與同步發(fā)電機的滅磁7勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器*8電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）*9微機勵磁調節(jié)器10第四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五同步發(fā)電機的自動勵磁調節(jié)通常由兩部分組成：第一部分是勵磁功率單元，它向同步發(fā)電機的勵磁繞組提供可靠的直流勵磁電流；第二部分是勵磁調節(jié)器，它根據(jù)發(fā)電機及電力系統(tǒng)運行的要求，自動調節(jié)功率單元輸出的勵磁電流。第一節(jié)概述第五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五自動勵磁調節(jié)系統(tǒng)的主要作用

在發(fā)電機出力變化和系統(tǒng)故障等工況下，維持發(fā)電機電壓恒定或在給定水平；保證機組間無功功率的合理分配；提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及提高繼電保護動作的靈敏性等。第六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五勵磁控制系統(tǒng)結構框圖

第七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五感應電動勢與端電壓的幅值關系為

Eqcosδ=UG+IrXd

正常狀態(tài)下δ值很小可近似認為cosδ=1

Eq≈UG+IrXd在勵磁電流一定，Eq一定的狀態(tài)下，負荷的無功電流的變化是造成發(fā)電機電壓變化的主要原因

第八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五

（二）實現(xiàn)并聯(lián)運行發(fā)電機組的無功

功率的合理分配第九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（三）提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)在運行中隨時都可能遭受各種干擾，受到擾動后，發(fā)電機組能夠恢復到原來的運行狀態(tài)或者過渡到另一個新的運行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)的是穩(wěn)定的。其主要標志是在暫態(tài)過程結束后，同步發(fā)電機能維持或恢復同步運行。

第十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（四）、勵磁調節(jié)系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定和

暫態(tài)穩(wěn)定的影響

1.對改善靜態(tài)穩(wěn)定的影響靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)第十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五有代表性的功率特性曲線

理想靈敏和快速勵磁調節(jié)比較靈敏快速勵磁調節(jié)不調節(jié)勵磁第十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五2．勵磁控制系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的作用故障前故障前故障時故障后故障時故障時加速面積減速面積第十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（四）勵磁系統(tǒng)能改善電力系統(tǒng)的運行條件改善異步電動機的自啟動條件為發(fā)電機異步運行創(chuàng)造條件

提高繼電保護動作的靈敏度第十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五二、對勵磁系統(tǒng)的基本要求（一）要求勵磁系統(tǒng)應能保證發(fā)電機在各種運行工況下有足夠的可靠性并具有一定的調節(jié)容量。（二）具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度第十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五強行勵磁第十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五勵磁系統(tǒng)強勵性能的主要指標

1．勵磁電壓響應比第十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五2．勵磁電壓強勵倍數(shù)強勵倍數(shù)是在強勵期間勵磁功率單元可能提供的最高輸出電壓UEmax與發(fā)電機額定勵磁電壓UEN之比。第十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五對勵磁系統(tǒng)的其它基本要求（三）應有足夠的強勵持續(xù)時間（四）應有足夠的電壓調節(jié)精度與電壓調節(jié)范圍（五）勵磁系統(tǒng)應在工作范圍內無失靈區(qū)（六）勵磁系統(tǒng)應有快速動作的滅磁性能第十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)類型一、直流勵磁機系統(tǒng)二、交流勵磁機系統(tǒng)三、發(fā)電機自并勵系統(tǒng)第二十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五一、直流勵磁機系統(tǒng)（一）自勵式直流勵磁機系統(tǒng)（二）他勵式直流勵磁機系統(tǒng)第二十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（一）自勵式直流勵磁機系統(tǒng)

這種系統(tǒng)在空載和低勵時，發(fā)電機電壓的穩(wěn)定性較差，電壓上升速度較慢。多用于中小型發(fā)電機組。第二十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（二）他勵式直流勵磁機系統(tǒng)

他勵式直流勵磁機系統(tǒng)多用于水輪發(fā)電機組。第二十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五二、交流勵磁機系統(tǒng)（一）帶靜止整流器的勵磁系統(tǒng)（二）帶旋轉整流器的勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）第二十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（一）帶靜止整流器的勵磁系統(tǒng)自勵式第二十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五帶靜止整流器的勵磁系統(tǒng)他勵式第二十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（二）帶旋轉整流器的勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）原理圖如下第二十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五三、發(fā)電機自并勵系統(tǒng)

第二十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)勵磁系統(tǒng)的整流電路一、工作原理第二十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五晶閘管導通必須具備兩個條件晶閘管導通必須具備兩個條件：一個是加入正向電壓，另一個是有觸發(fā)脈沖。當加入正向電壓，且有觸發(fā)時，晶閘管導通，即使觸發(fā)脈沖消失，也可以繼續(xù)保持導通狀態(tài)，直到加入反向電壓而自然關斷第三十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五三、整流電路的換流壓降及外特性第三十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第三十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五三相橋式全控整流

電路輸出電壓與控制角間關系輸出平均電壓為正，三相全控橋工作在整流狀態(tài)

輸出平均電壓為負，三相全控橋工作在逆變狀態(tài)

第三十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五最小逆變角當需要發(fā)電機轉子快速滅磁時，要把控制角限制在范圍，以確保逆變成功

第三十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五整流電路輸出特性第四十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第四章同步發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)第四節(jié)自動勵磁調節(jié)裝置的工作原理4第四十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五一、勵磁調節(jié)器的基本概念第四十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五自動勵磁調節(jié)器組成

基本控制部分:調差、測量比較、綜合放大、同步與移相觸發(fā)及可控整流環(huán)節(jié)組成

輔助控制部分:

勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器勵磁限制器第四十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五基本控制部分與輔助控制部分的區(qū)別基本控制部分:正常運行時，這些環(huán)節(jié)起到實現(xiàn)電壓調節(jié)和無功功率分配等最基本的功能。輔助控制部分:輔助控制不參與正常情況下的自動控制，僅在發(fā)生非正常運行工況，需要勵磁調節(jié)器具有某些特有的限制功能時起相應控制作用。第四十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五數(shù)字式勵磁調節(jié)器構成框圖第四十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五晶閘管自動勵磁調節(jié)器的框圖第四十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（二）、勵磁調節(jié)器工作原理1．測量單元勵磁調節(jié)器為了實現(xiàn)電壓調節(jié)和無功功率分配等基本功能，需要測量的信息為發(fā)電機機端電壓、電流，以及反映機組運行狀態(tài)的開關量信息。第四十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五測量單元的任務

測量單元的任務是將所需測量的各類電量值的電壓、電流信號(直流或交流，圖中用,)轉化為數(shù)字信號，同時進行一些必要的計算及數(shù)據(jù)緩存，經數(shù)據(jù)總線供給主控制單元。輸入的狀態(tài)量則經光電隔離后，直接送至數(shù)據(jù)緩存。第四十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五2.主控單元數(shù)字式勵磁調節(jié)器的主控單元可以從指定的內存儲區(qū)調用信息，以實現(xiàn)多種綜合功能的參數(shù)輸入，無需特定的硬件元件來支持，這也是數(shù)字式勵磁調節(jié)器的優(yōu)點。主控單元的輸入信號邏輯結構如圖

第四十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五3．移相觸發(fā)單元移相觸發(fā)單元產生可調相位的脈沖，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數(shù)據(jù)而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調節(jié)發(fā)電機勵磁電流。移相觸發(fā)單元結構框圖如圖第五十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五

(1)同步電壓整形電路

第五十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五(3)移相和脈沖形成電路

移相原理是把控制觸發(fā)角換算成對應的延時，再折算成對應的計數(shù)脈沖個數(shù)D的換算公式為第五十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五

(4)整流器接口電路

當脈沖形成電路發(fā)出控制脈沖后，要經過整流器接口單元，以實現(xiàn)光電隔離，并作為觸發(fā)脈沖的輸出端口，在控制單元和門極驅動接口之間實現(xiàn)電氣隔離。整流器接口單元還應具備測量整流橋的輸出電流并監(jiān)測橋臂電流的功能，并可監(jiān)控可控硅整器部件的狀態(tài)，如熔斷器，溫度等。第五十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五(5)門極驅動電路

門極驅動接口單元用于放大脈沖，使之與晶閘管觸發(fā)的水平相匹配，一般門極驅動接口單元含有與全控橋晶閘管數(shù)量相等的脈沖變壓器。

第五十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五

4．人一機接口

(1)程序調試

(2)參數(shù)設定與維護

(3)運行操作第五十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五三．勵磁調節(jié)器的靜態(tài)工作特性基本控制部分簡化框圖第五十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五1.靜態(tài)工作特性的合成第五十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五2.具有AVR裝置的發(fā)電機的外特性第五十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五發(fā)電機帶有勵磁調節(jié)器裝置后，當無功電流Ir變動時，發(fā)電機電壓UG基本不變。達到自動調壓的目的。外特性稍有下傾，下傾的程度用調差系數(shù)δ來表示，調差系數(shù)δ是發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)運行特性的一個重要參數(shù)。其定義為第五十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五調差系數(shù)也可用百分數(shù)表示由調差系數(shù)的定義表明，δ表示了無功電流由零增加到額定值時，發(fā)電機電壓的相對變化，δ越小，則電壓變化也越小。所以調差系數(shù)δ表征了勵磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機電壓的能力。由圖4-39可見，勵磁調節(jié)器的靜態(tài)放大倍數(shù)愈大，ab直線愈平緩，δ就愈小。但過大的放大系數(shù)將可能引起運行不穩(wěn)定。第六十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五四、勵磁調節(jié)器的輔助控制輔助控制與勵磁調節(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，僅在發(fā)生非正常運行工況，需要勵磁調節(jié)器具有某些特有的限制功能時，通過信號綜合放大器中的競比電路，閉鎖正常的電壓控制，使相應的限制器起控制作用。勵磁調節(jié)器中的輔助控制對提高勵磁系統(tǒng)的響應速度、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定及保護發(fā)電機、變壓器、勵磁機等的安全運行有極為重要的作用。下面將對自動勵磁調節(jié)器中常用的幾種勵磁限制功能作一些簡述。第六十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五1．勵磁限制功能①最小勵磁電流值應限制發(fā)電機進相運行吸收剩余無功功率是一個比較經濟的辦法，但發(fā)電機進相運行時，允許吸收的無功功率和發(fā)出的有功功率有關，此時發(fā)電機最小勵磁電流值應限制在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限及發(fā)電機定子端部發(fā)熱允許的范圍內。為此在自動勵磁裝置中設置了最小勵磁限制。第六十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五發(fā)電機進相運行時的向量圖第六十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五當處于靜態(tài)極限時，δ=90度，cosδ=0,

第六十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五靜穩(wěn)態(tài)下功率圓方程圓心在半徑

第六十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第六十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五實現(xiàn)欠勵限制時，可以用直線或折線來近似圓弧。當考慮留有一定的穩(wěn)定儲備，用直線作為限制線，中直線的方程為

無功要限制在直線之內

時不加限制

時加限制

第六十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（二）瞬時電流限制當勵磁機電壓達到發(fā)電機允許的勵磁頂值電壓倍數(shù)時，應立即對勵磁機的勵磁電流加以限制，以防止危及發(fā)電機的安全運行。第六十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五瞬時電流限制控制框圖第六十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（三）最大勵磁限制最大勵磁限制是為了防止發(fā)電機轉子繞組長時間過勵磁而采取的安全措施。按規(guī)程要求，當發(fā)電機端電壓下降至80%~85%額定電壓時，發(fā)電機勵磁應迅速強勵到頂值電流，一般為1.6~2倍額定勵磁電流。由于受發(fā)電機轉子繞組發(fā)熱的限制，強勵時間不允許超過規(guī)定值。

第七十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五不同勵磁電壓時的允許時間轉子電壓標幺值允許時間（s）1.121201.25601.46302.0810第七十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五反時限特性為使機組安全運行，對過勵磁應按允許發(fā)熱時間運行，若超過允許時間，勵磁電流仍不能自動降下來，則應由最大勵磁限制器執(zhí)行限制功能，它具有反時限特性，如右圖第七十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五（四）V/HZ（伏/赫）限制器V/HZ（伏/赫）限制器，用于防止發(fā)電機的端電壓與頻率的比值過高，避免發(fā)電機及與其相連的主變壓器鐵心飽和而引起的過熱。發(fā)電機解列運行時，其端電壓可能升的較高，頻率也有可能較低，例如機組啟動期間，頻率較低，甩負荷時，電壓較高等。如果其機端電壓UG與其頻率fG的比值UG/fG過高，則同步發(fā)電機與其相連的主變壓器的鐵心就會飽和，使空載勵磁電流加大，造成鐵心過熱。V/HZ（伏/赫）限制器的任務就是保證在任何情況下，將比值U/f限制在允許的安全數(shù)值以下。第七十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五(五)發(fā)電機失磁監(jiān)控發(fā)電機“失磁”是指發(fā)電機在運行中全部或部分失去勵磁電流，使轉子磁場減弱或消失。這是發(fā)電機運行過程中可能發(fā)生的一種故障運行狀態(tài)。第七十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五造成發(fā)電機失磁的原因由于勵磁開關誤跳閘、勵磁機或晶閘管勵磁系統(tǒng)元件損壞或發(fā)生故障、自動滅磁開關誤跳閘、轉子回路某處斷線及誤操作等。失磁后，勵磁電流逐漸衰減到零，原動機的驅動轉矩使發(fā)電機加速，導致功角δ加大，發(fā)電機失步，進入異步發(fā)電運行狀態(tài)。第七十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)勵磁調節(jié)器靜特性調整與電網并聯(lián)運行的發(fā)電機，為滿足運行上的要求，要求對自動勵磁調節(jié)器的靜態(tài)工作特性進行必要的調整。這些要求是：①保證并聯(lián)運行發(fā)電機組間實現(xiàn)無功功率合理分配；②保證發(fā)電機在投入和退出運行時，平穩(wěn)地轉移無功負荷，而不發(fā)生無功功率沖擊。通過調整外特性的調差系數(shù)和對特性的平移，可以滿足上述要求第七十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五一、調差系數(shù)的調整調差特性第七十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五調差環(huán)節(jié)工作原理第七十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五常見的一種調差環(huán)節(jié)接線第七十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第八十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五二、調差特性的平移第八十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)并聯(lián)運行機組間無功功率的合理分配

在同一母線上并聯(lián)運行的幾臺發(fā)電機，若改變任一臺機組的勵磁電流，不僅影響該機組的無功電流，同時還影響到并聯(lián)運行的其他機組的無功電流，甚至引起母線電壓的變化。這些變化與機組的外特性有關。因此，合理調整機組的外特性，可以實現(xiàn)機組間無功負荷的合理分配。第八十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五一、一臺無差特性與一臺有差特性機組并聯(lián)運行第八十三頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五二、兩臺無差特性的機組并聯(lián)運行第八十四頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五二、正調差特性的發(fā)電機的并聯(lián)運行標么值為第八十五頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五

要使并聯(lián)機組的無功電流增量按機組容量分配，則要求各機組具有相同的調差系數(shù)，即兩機的外特性相同。第八十六頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五

要使并聯(lián)機組的無功電流增量按機組容量分配，則要求各機組具有相同的調差系數(shù)，即兩機的外特性相同。如果δ不相同，則調差系數(shù)小的機組承擔的無功電流量增大。為了使無功電流分配穩(wěn)定，調差系數(shù)不宜過小.第八十七頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五n臺發(fā)電機并聯(lián)運行第八十八頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第八十九頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第九十頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五四、發(fā)電機經升壓變壓器后并聯(lián)運行第九十一頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五第七節(jié)繼電強行勵磁裝置與同步發(fā)電機的滅磁強行勵磁---------電網故障

滅磁---------發(fā)變組內部故障

第九十二頁，共一百零一頁，編輯于2023年，星期五UE=IEE(RC+