電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)課件：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器2025/3/72上次課內(nèi)容同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的含義與任務(wù)含義與組成：任務(wù)：5大任務(wù)及展開(kāi)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)分類(lèi)及特點(diǎn)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)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能指標(biāo)大?。簭?qiáng)勵(lì)倍數(shù)、頂值電壓快慢：電壓響應(yīng)比2025/3/73本次課內(nèi)容自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理和基本構(gòu)成理解閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)熟記基本原理框圖自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)及功能4大環(huán)節(jié)名稱(chēng)及功能勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制類(lèi)別及含義勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性及發(fā)電機(jī)外特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性含義及影響因素發(fā)電機(jī)外特性典型曲線(xiàn)及調(diào)整2025/3/741.1自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)基本原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元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)磁電流或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)發(fā)電機(jī)端電壓反饋調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流（勵(lì)磁電壓）基本功能：保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變；保持并聯(lián)機(jī)組間無(wú)功電流的穩(wěn)定分配人工勵(lì)磁調(diào)節(jié)的自動(dòng)化發(fā)展結(jié)果圖2-22勵(lì)磁系統(tǒng)一例圖2-23人工調(diào)壓的作用2025/3/751.2自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本構(gòu)成將測(cè)得的發(fā)電機(jī)端電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較差值作為前置功率放大級(jí)的輸入信息在功率放大級(jí)的末端輸出一個(gè)與此差值反方向變化的勵(lì)磁調(diào)整電壓①測(cè)量比較②綜合放大③移相觸發(fā)④手動(dòng)/自動(dòng)切換調(diào)差控制2025/3/762自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的型式很多，但自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分卻很相似。以自并勵(lì)靜止勵(lì)磁為例：基本的控制由測(cè)量比較、綜合放大、移相觸發(fā)、手動(dòng)/自動(dòng)切換等單元組成。測(cè)量比較：完成電壓測(cè)量、給定電壓的設(shè)定和電壓測(cè)量偏差信號(hào)的形成綜合放大：綜合偏差信號(hào)、調(diào)差信號(hào)、勵(lì)磁限制、反饋補(bǔ)償、穩(wěn)定控制等各種信號(hào)，并加以放大移相觸發(fā)：根據(jù)綜合放大單元產(chǎn)生的控制信號(hào)大小，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖（解非線(xiàn)性單元）手動(dòng)/自動(dòng)切換：自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AC）和手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（DC）的自動(dòng)切換2025/3/772.1自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)——測(cè)量比較功能：測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓偏差信號(hào)，由電壓測(cè)量、比較整定環(huán)節(jié)組成（1）電壓測(cè)量環(huán)節(jié)圖2-26電壓測(cè)量環(huán)節(jié)原理圖將發(fā)電機(jī)端電壓（正序）整流為直流經(jīng)低通濾波濾除紋波數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式？2025/3/782.1自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)——測(cè)量比較（2）比較整定——本質(zhì)為加法器Use：電壓偏差UVZ1：固定偏移量，決定調(diào)節(jié)器最小整定電壓UVZ2：可調(diào)偏移量，決定調(diào)節(jié)器的實(shí)際給定電壓任務(wù)：設(shè)置參考電壓Vref進(jìn)行偏差放大提供過(guò)勵(lì)和欠勵(lì)限制2025/3/792.2自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)——綜合放大輸入控制信號(hào)按其性質(zhì)可分為三種類(lèi)型：被調(diào)量控制量（基本控制量）：發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓偏差值反饋控制量（為改善控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的輔助控制量）：勵(lì)磁穩(wěn)定器信號(hào)限制控制量（按發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況要求的特殊限制量）：低勵(lì)限制等輔助信號(hào)：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出功能：對(duì)各類(lèi)控制信號(hào)進(jìn)行合并綜合并加以放大，得到滿(mǎn)足移相觸發(fā)單元相位控制所需的控制電壓任務(wù)：多種控制信號(hào)的按需發(fā)揮作用2025/3/7102.2自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)——綜合放大正競(jìng)比電路：輸出受輸入信號(hào)中最高電平控制負(fù)競(jìng)比電路：輸出受輸入信號(hào)中最低電平控制綜合（運(yùn)算）電路：信號(hào)疊加互補(bǔ)輸出：提高帶負(fù)載能力2025/3/7112.3自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)——移相觸發(fā)功能：根據(jù)綜合放大單元送來(lái)的綜合控制信號(hào)，產(chǎn)生可以改變相位的脈沖，用以觸發(fā)功率整流單元的晶閘管，從而改變可控整流單元的輸出，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的目的由同步變壓器、同步移相器、脈沖觸發(fā)器和脈沖給定基準(zhǔn)器組成2025/3/7122.4自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)——手動(dòng)/自動(dòng)控制切換由自動(dòng)勵(lì)磁（AC）調(diào)節(jié)器和手動(dòng)勵(lì)磁（DC）調(diào)節(jié)器組成雙通道結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行時(shí)，AC調(diào)節(jié)器工作，按發(fā)電機(jī)端電壓對(duì)給定值的偏差量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，DC調(diào)節(jié)器作AC調(diào)節(jié)器的備用當(dāng)AC調(diào)節(jié)器故障時(shí)，由AC-DC自動(dòng)切換裝置控制，將DC調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，可保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。為了防止AC調(diào)節(jié)器向DC調(diào)節(jié)器切換引起沖擊，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中還設(shè)有DC調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤AC調(diào)節(jié)器的自動(dòng)跟隨器，可確保切換沖擊最小。2025/3/7133.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性含義：發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化時(shí)，調(diào)節(jié)器如何調(diào)整勵(lì)磁電壓靜態(tài)工作特性，即穩(wěn)態(tài)工作特性各環(huán)節(jié)等效為放大環(huán)節(jié)，從機(jī)端電壓到控制器輸出

測(cè)量K1

綜合放大K2

移相觸發(fā)K3可控整流K42025/3/7143.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性合成各環(huán)節(jié)的特性即可得到調(diào)節(jié)器的整體特性特性：勵(lì)磁電壓與端電壓間為負(fù)斜率直線(xiàn)關(guān)系，斜率為勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)總放大倍數(shù)斜率越大，特性曲線(xiàn)越陡，調(diào)節(jié)器越靈敏斜率為各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)乘積斜率為調(diào)差系數(shù)倒數(shù)2025/3/7153.2發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)靜態(tài)特性含義：發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)載與端電壓間關(guān)系（穩(wěn)態(tài)特性）左圖表示發(fā)電機(jī)額定電壓附近的調(diào)節(jié)特性；勵(lì)磁機(jī)的工作特性在一般情況下是接近線(xiàn)性的，即勵(lì)磁機(jī)定子電流和勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流IEE之間近似呈線(xiàn)性關(guān)系。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流就可直接用勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流IEE表示，利用作圖法作出發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)特性曲線(xiàn)UG=f(IQ)發(fā)電機(jī)外特性=勵(lì)磁系統(tǒng)特性+發(fā)電機(jī)特性AVR發(fā)電機(jī)總特性2025/3/7163.2發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)靜態(tài)特性調(diào)差系數(shù)：電壓調(diào)整百分?jǐn)?shù)（標(biāo)幺值）調(diào)差系數(shù)表征了勵(lì)磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓的能力

正調(diào)差、負(fù)調(diào)差、無(wú)差調(diào)節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)K越大，ab直線(xiàn)越平緩，調(diào)差系數(shù)就越小調(diào)差系數(shù)調(diào)節(jié)需要專(zhuān)門(mén)方法，不是去調(diào)節(jié)KUGIQ2025/3/7173.3發(fā)電機(jī)無(wú)功外特性調(diào)整調(diào)整的必要性：保證并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無(wú)功電流的合理分配，改變調(diào)差系數(shù)保證發(fā)電機(jī)能平穩(wěn)的投入和退出工作，平穩(wěn)的改變無(wú)功負(fù)荷，而不發(fā)生無(wú)功功率的沖擊現(xiàn)象，平移調(diào)節(jié)特性帶有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)的調(diào)差系數(shù)一般都小于1％，近似為無(wú)差調(diào)節(jié)一般采用正調(diào)差系數(shù)，有利于維持穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)調(diào)差系數(shù)，一般只能在大型發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線(xiàn)時(shí)采用，這時(shí)發(fā)電機(jī)外特性具有負(fù)調(diào)差系數(shù)，但考慮變壓器阻抗壓降以后，在變壓器高壓側(cè)母線(xiàn)上看，仍具有正調(diào)差系數(shù)正負(fù)調(diào)差系數(shù)可以通過(guò)改變調(diào)差接線(xiàn)極性來(lái)獲得，調(diào)差系數(shù)一般在3％～5％2025/3/7183.3發(fā)電機(jī)無(wú)功外特性調(diào)整（1）調(diào)差系數(shù)調(diào)整：不改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部元件結(jié)構(gòu)，在測(cè)量元件的輸入量中增加一個(gè)與無(wú)功電流成正比的分量，就獲得調(diào)整調(diào)差系數(shù)的效果。圖2-39調(diào)差系數(shù)原理框圖測(cè)量輸入變?yōu)闇y(cè)量單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未改變。其放大倍數(shù)仍為K1，只將輸入量改為有時(shí)稱(chēng)調(diào)差接線(xiàn)為無(wú)功補(bǔ)償接線(xiàn)2025/3/7193.3發(fā)電機(jī)無(wú)功外特性調(diào)整（2）調(diào)節(jié)特性平移：發(fā)電機(jī)投入或退出電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，要求能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不要引起對(duì)電網(wǎng)的沖擊。通過(guò)調(diào)整參考電壓實(shí)現(xiàn)減小無(wú)功直至退出：從特性1到特性3；投入并增大無(wú)功：從特性3到特性1；圖2-48調(diào)節(jié)特性的平移與機(jī)組無(wú)功功率的關(guān)系2025/3/7204自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制輔助控制含義：非正常運(yùn)行工況下，勵(lì)磁調(diào)機(jī)器具有的某些特有的限制功能。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，投入某些特有的限制功能通過(guò)信號(hào)綜合放大電路中的競(jìng)比閉鎖正常的電壓控制起控制作用（通過(guò)門(mén)限電路起作用，如高通門(mén)、低通門(mén)）包括：最小勵(lì)磁限制（也稱(chēng)之為“欠勵(lì)磁限制”）瞬時(shí)電流限制最大勵(lì)磁限制V/Hz限制器2025/3/7214.1自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制——最小勵(lì)磁限制含義：防止發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流過(guò)低引起發(fā)電機(jī)過(guò)熱或靜態(tài)穩(wěn)定性不夠。發(fā)電機(jī)欠勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)的無(wú)功功率，這種運(yùn)行狀態(tài)稱(chēng)為進(jìn)相運(yùn)行，最小勵(lì)磁限制決定因素：(1)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(2)防止發(fā)電機(jī)定子端部過(guò)熱2025/3/7224.1自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制——最小勵(lì)磁限制在P-Q平面上，繪制出發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量曲線(xiàn)和臨界失步曲線(xiàn)，再在兩曲線(xiàn)圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，整定一條最小勵(lì)磁限制線(xiàn)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(xiàn)之上

P(MW)0102030405060708090100110120130140150160170180-Q(Mvar)50474441383532302724211815121074102025/3/7234.2自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制——瞬時(shí)電流限制含義：限制勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流過(guò)大，損害勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)安全提升勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓以加速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓上升速度勵(lì)磁機(jī)電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)允許的勵(lì)磁頂值電壓倍數(shù)時(shí)，應(yīng)立即對(duì)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流加以限制，以防止危及發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行2025/3/7244.3自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制——最大勵(lì)磁（電壓）限制含義：防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組長(zhǎng)時(shí)間過(guò)勵(lì)磁而采取的安全措施過(guò)勵(lì)磁導(dǎo)致發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增長(zhǎng)至1.6~2pu，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過(guò)熱轉(zhuǎn)子電壓標(biāo)幺值允許時(shí)間轉(zhuǎn)子電壓標(biāo)幺值允許時(shí)間1.121201.46301.25602.0810表2-1不同勵(lì)磁電壓的允許時(shí)間2025/3/7254.4自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制——V/Hz限制含義：防止發(fā)電機(jī)的端電壓與頻率的比值過(guò)高，避免發(fā)電機(jī)及與其相連的主變壓器鐵心飽和而引起的過(guò)熱發(fā)電機(jī)端電壓可能較高：甩負(fù)荷發(fā)電機(jī)端頻率可能較低：機(jī)組啟動(dòng)期間2025/3/726實(shí)際列子2025/3/727實(shí)際列子

勵(lì)磁控制系統(tǒng)的監(jiān)視信號(hào)單元一、監(jiān)視儀表主要儀表為：1、

發(fā)電機(jī)電壓表2、

發(fā)電機(jī)定子電流表3、

勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流表4、

電壓測(cè)量檢測(cè)器輸出電壓表5、

信號(hào)混合器輸出電壓表6、

欠勵(lì)限制器輸出電壓表7、

最大勵(lì)磁限制器輸出電