第5講同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

第五講同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)（3）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)定問題。10/4/20242NorthChinaElectricPowerUniversity第六節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元（自動(dòng)調(diào)壓器）的最基本部分是一個(gè)閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器，它的輸入量是發(fā)電機(jī)電壓，輸出量是勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流或者是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流他的功能有二：1、保持發(fā)電機(jī)端電壓不變2、保持并聯(lián)機(jī)組間的無功負(fù)荷的合理分配10/4/20243NorthChinaElectricPowerUniversity1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展歷程機(jī)電型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器機(jī)電型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的任務(wù)是調(diào)節(jié)電壓，其調(diào)節(jié)線圈中的電流與發(fā)電機(jī)電壓成正比，調(diào)節(jié)線圈中產(chǎn)生的磁場(chǎng)力作用于變阻器，從而改變勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電阻以達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。由于它操作中需要克服摩擦力，故而具有不靈敏區(qū)10/4/20244NorthChinaElectricPowerUniversity1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展歷程機(jī)電型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是以磁放大器為基礎(chǔ)，構(gòu)成電磁型電壓調(diào)節(jié)器，各個(gè)單元均由電磁單元構(gòu)成，時(shí)間常數(shù)較大，但是可靠性高，任務(wù)是維持電壓水平和無功功率分配10/4/20245NorthChinaElectricPowerUniversity1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展歷程機(jī)電型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是以電子元件為基礎(chǔ)所構(gòu)成的，沒有時(shí)間滯后，綜合放大能力強(qiáng)，發(fā)展成為“對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)具有多種綜合控制調(diào)節(jié)能力的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器”?；旧嫌伞罢{(diào)差”“測(cè)量比較”“綜合放大”“移相觸發(fā)”等單元組成，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功負(fù)荷分配等基本調(diào)節(jié)功能10/4/20246NorthChinaElectricPowerUniversity1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展歷程機(jī)電型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)專用的微型計(jì)算機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)，核心是主機(jī)，主機(jī)通過總線、接口電路與具體的控制對(duì)象的過程通道連接，采集發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)信息，輸出脈沖調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元（晶閘管），實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的綜合調(diào)節(jié)控制。10/4/20247NorthChinaElectricPowerUniversity2數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成1主機(jī)（主控單元）4人——機(jī)接口2信息采集單元3調(diào)節(jié)控制輸出單元10/4/20248NorthChinaElectricPowerUniversity（1）主控單元CPU部分總線接口存儲(chǔ)器部分10/4/20249NorthChinaElectricPowerUniversity（1）主控單元CPU部分總線接口存儲(chǔ)器部分主控單元可以通過總線采集發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行信息，存入存儲(chǔ)區(qū)形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，主機(jī)可以從實(shí)時(shí)庫中調(diào)取相關(guān)信息進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算、邏輯判斷等各種控制功能。在數(shù)字型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上增設(shè)輔助控制功能無需增加特定的硬件設(shè)備，這是與電子型相比的最顯著的區(qū)別。10/4/202410NorthChinaElectricPowerUniversity（2）信息采集單元電壓調(diào)節(jié)/無功功率分配勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器勵(lì)磁系統(tǒng)限制器采集發(fā)電機(jī)電壓、電流及反映機(jī)組運(yùn)行的開關(guān)量采集發(fā)電機(jī)頻率和勵(lì)磁機(jī)電流等模擬/數(shù)字量過程通道A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字量輸入總線接口CPU10/4/202411NorthChinaElectricPowerUniversity模擬量輸入通道1、發(fā)電機(jī)電壓/電流過程通道發(fā)電機(jī)的電壓過程通道：將TV二次側(cè)輸出的100V再經(jīng)過TMV轉(zhuǎn)換為A/D的量程以內(nèi)，同時(shí)也起到了電器隔離的作用。發(fā)電機(jī)的電流過程通道：將TA二次側(cè)的5A轉(zhuǎn)換為A/D所能接受的電壓信號(hào)，且在其量程以內(nèi)，也起到了電氣隔離的作用10/4/202412NorthChinaElectricPowerUniversity模擬量輸入通道2、勵(lì)磁電流過程通道

直接測(cè)量法：將直流/直流變送器串入轉(zhuǎn)子回路中，將直流電流轉(zhuǎn)換為直流電壓間接測(cè)量法：全控整流橋的交流側(cè)電流與轉(zhuǎn)子直流電流成正比，因此，經(jīng)過TA測(cè)量出交流側(cè)電流而間接得到轉(zhuǎn)子電流10/4/202413NorthChinaElectricPowerUniversity模擬量輸入通道3、濾波電路直流濾波電路：保證直流成分，去掉諧波成分交流濾波電路:提取有用信號(hào)，濾出諧波和直流等常用濾波電路型式：巴特沃思、鍥比雪夫、貝塞爾10/4/202414NorthChinaElectricPowerUniversity數(shù)字量輸入通道及A/D數(shù)據(jù)采集數(shù)字量采集:斷路器狀態(tài)、操作盤上開關(guān)狀態(tài)、輸入調(diào)節(jié)量增/減控制信息等。一般采用光電耦合器來進(jìn)行電氣隔離。A/D轉(zhuǎn)換接口電路主要是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以接受的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)AD主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率、量程、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換精度。A/D轉(zhuǎn)換板接口電路由模擬多路切換開關(guān)MUX、程控放大器、采樣保持器S/H、A/D轉(zhuǎn)換器和定時(shí)與邏輯控制等部件構(gòu)成。10/4/202415NorthChinaElectricPowerUniversity（3）調(diào)節(jié)控制輸出單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量為控制勵(lì)磁功率單元的移相觸發(fā)脈沖，輸出的控制信號(hào)有保護(hù)跳閘觸點(diǎn)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等。移相觸發(fā)單元的任務(wù)：為了使全控（半控）整流橋正常工作，需要使晶閘管按照一定的次序?qū)?，也就需要按照一定的次序?qū)чl管門極施加觸發(fā)脈沖移相觸發(fā)單元的要求：1、觸發(fā)脈沖移相范圍要求符合相應(yīng)的可控整流電路的要求。2、觸發(fā)脈沖具有足夠的功率使晶閘管可靠地導(dǎo)通3、觸發(fā)脈沖上升沿要陡（10微秒），要有一定的寬度4、觸發(fā)單元與主電路相互隔離以保證安全5、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10/4/202416NorthChinaElectricPowerUniversity移相觸發(fā)單元

同步整形電路：將同步變壓器二次側(cè)電壓整形成方波，其上升沿作為控制角的計(jì)時(shí)起點(diǎn)。10/4/202417NorthChinaElectricPowerUniversity移相觸發(fā)單元主控制單元輸出的數(shù)字量數(shù)據(jù)裝入到計(jì)數(shù)寄存器，同步電壓經(jīng)過隔離、電平轉(zhuǎn)換，在電壓過零點(diǎn)處形成正脈沖，加到Gate端，使計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)（作堿法），技術(shù)結(jié)束時(shí)輸出端的低電平信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后形成觸發(fā)脈沖輸出，他與同步電壓過零點(diǎn)間的相差的時(shí)間就是相移角10/4/202418NorthChinaElectricPowerUniversity移相觸發(fā)單元

整流器接口電路：實(shí)現(xiàn)光電電氣隔離，具有測(cè)量整流橋輸出電流，并監(jiān)視橋臂電流和部件運(yùn)行狀態(tài)。

門極驅(qū)動(dòng)電路：用于放大脈沖，使之與晶閘管觸發(fā)水平相當(dāng)，具有足夠的功率，脈沖具有一定的陡度、幅度和寬度。10/4/202419NorthChinaElectricPowerUniversity（4）人——機(jī)接口人—機(jī)接口滿足：1、程序調(diào)試2、參數(shù)設(shè)定與維護(hù)3、運(yùn)行操作10/4/202420NorthChinaElectricPowerUniversity3調(diào)節(jié)控制的數(shù)學(xué)模型PID調(diào)節(jié)控制的算法方程式：PID差分變換的離散方程式：10/4/202421NorthChinaElectricPowerUniversityPID調(diào)節(jié)位置式增量式增量式PID調(diào)節(jié)算法與位置式并無本質(zhì)區(qū)別，由于輸出增量，計(jì)算誤差或精度對(duì)控制量影響較小，控制作用不會(huì)發(fā)生大幅度的變化，而且輸出只與最近幾次采樣值有關(guān)，容易獲得較好的控制效果10/4/202422NorthChinaElectricPowerUniversity勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)方式1、電壓調(diào)節(jié)（比例式調(diào)節(jié)方式）2、電壓調(diào)節(jié)附加無功功率分配10/4/202423NorthChinaElectricPowerUniversity4勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)輔助控制滿足：1、發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)最小勵(lì)磁電流值應(yīng)該限制在發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限和發(fā)電機(jī)定子端部發(fā)熱允許的范圍內(nèi)，為此需要設(shè)立“最小勵(lì)磁限制器”2、為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，勵(lì)磁系統(tǒng)具有高起始響應(yīng)特性，勵(lì)磁電流過大，則會(huì)危及發(fā)電機(jī)的安全，故而需要限制強(qiáng)勵(lì)頂值電流，為此需要設(shè)置“瞬時(shí)電流限制器”輔助控制與正?？刂频膮^(qū)別在于：輔助控制不參與正常調(diào)節(jié)，僅在發(fā)生非正常工況時(shí)，特定的限制輔助功能才起作用。輔助控制包括：瞬時(shí)勵(lì)磁電流控制、最大勵(lì)磁限制器、最小勵(lì)磁限制器電壓/頻率限制與保護(hù)、發(fā)電機(jī)失磁監(jiān)控10/4/202424NorthChinaElectricPowerUniversity（1）瞬時(shí)勵(lì)磁電流控制為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，大容量發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)必須具有高起始響應(yīng)的性能。通常采用高勵(lì)磁頂值的方法來提高勵(lì)磁機(jī)輸出電壓的起始增長(zhǎng)速度高值勵(lì)磁電壓將會(huì)危及勵(lì)磁機(jī)及發(fā)電機(jī)的安全，為此設(shè)置了“瞬時(shí)勵(lì)磁電流控制器”具體控制——當(dāng)勵(lì)磁電流超過發(fā)電機(jī)允許的勵(lì)磁頂值，立即限制勵(lì)磁電流為10/4/202425NorthChinaElectricPowerUniversity（2）最大勵(lì)磁限制器最大勵(lì)磁限制是為了防止轉(zhuǎn)子繞組長(zhǎng)時(shí)間過勵(lì)磁而采取的措施。為了保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱的安全，勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)時(shí)間不允許超過規(guī)定值。若超過允許時(shí)間，勵(lì)磁電流仍然降不下來，則執(zhí)行最大勵(lì)磁限制。他有兩個(gè)設(shè)定值：1、強(qiáng)勵(lì)頂值電流限制值2、連續(xù)運(yùn)行允許的過熱限制值10/4/202426NorthChinaElectricPowerUniversity（2）最大勵(lì)磁限制器只要?jiǎng)?lì)磁電流超過過熱限制值，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)過熱電力積分器：勵(lì)磁電流限制值為調(diào)節(jié)器按恒勵(lì)磁電流運(yùn)行勵(lì)磁電流限制值為調(diào)節(jié)器按恒勵(lì)磁電流運(yùn)行10/4/202427NorthChinaElectricPowerUniversity（3）最小勵(lì)磁限制器發(fā)電機(jī)在實(shí)現(xiàn)欠勵(lì)限制時(shí)，考慮留有一定的穩(wěn)定儲(chǔ)備后，限制值為一直線調(diào)節(jié)器發(fā)出欠勵(lì)限制信號(hào)，勵(lì)磁電流不再減少10/4/202428NorthChinaElectricPowerUniversity（4）電壓/頻率限制與保護(hù)通常情況下，并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電壓/頻率比不會(huì)超過限制值，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因：1、發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷或者解列2、發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)誤投勵(lì)磁開關(guān)3、系統(tǒng)故障使頻率降低在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，仍然，則跳主開關(guān)滅磁10/4/202429NorthChinaElectricPowerUniversity（5）發(fā)電機(jī)失磁監(jiān)控發(fā)電機(jī)“失磁”是指發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中全部或者部分失去勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)減弱或者消失，這是發(fā)電機(jī)運(yùn)行中可能發(fā)生的一種故障狀態(tài)。造成發(fā)電機(jī)失磁的原因：1、勵(lì)磁開關(guān)誤跳閘2、勵(lì)磁機(jī)或晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)元件損壞或發(fā)生故障3、自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘4、轉(zhuǎn)子回路某處斷線及誤操作發(fā)電機(jī)組均配置有失磁保護(hù)，還設(shè)置了失磁監(jiān)視功能10/4/202430NorthChinaElectricPowerUniversity5數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的可靠性1、主控單元雙重化配置2、勵(lì)磁功率單元雙重化3、勵(lì)磁電流測(cè)量雙重化4、雙電源配置5、TV/TA的雙重化10/4/202431NorthChinaElectricPowerUniversity6數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件10/4/202432NorthChinaElectricPowerUniversity6數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件10/4/202433NorthChinaE