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1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理,三峽電廠陳小明 Chen_,第三部分,勵(lì)磁系統(tǒng)的組成與分類,自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR、ECR/FCR(勵(lì)磁調(diào)節(jié)器) 勵(lì)磁電源(勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器) 整流器(AC/DC變換,SCR、二極管) 滅磁與轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù) 按勵(lì)磁電源分類: 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) 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 按響應(yīng)速度分類: 慢速勵(lì)磁系統(tǒng) 快速勵(lì)磁系統(tǒng) 高起始勵(lì)磁系統(tǒng),交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)(三機(jī)它勵(lì)),組成:交流主勵(lì)磁機(jī)(ACL)和交流副勵(lì)磁機(jī)(ACFL)都與發(fā)電機(jī)同軸。副勵(lì)磁機(jī)是自勵(lì)式的,其磁場(chǎng)繞組由副勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機(jī)作副勵(lì)磁機(jī)的,亦稱三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn):它勵(lì),勵(lì)磁電源不

2、受系統(tǒng)電源的影響 缺點(diǎn):調(diào)節(jié)速度慢,軸系長(zhǎng)度長(zhǎng),易引發(fā)軸系振蕩,同軸,交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)(二機(jī)它勵(lì)),組成:交流主勵(lì)磁機(jī)經(jīng)過(guò)可控硅整流裝置向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供勵(lì)磁電流;AVR控制可控硅的觸發(fā)角,調(diào)整其輸出電流,亦稱為兩機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)沒有副勵(lì)磁機(jī),交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)出口電壓經(jīng)勵(lì)磁變壓器后獲得,自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角,以調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流,交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,亦稱為兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn):取消副勵(lì)磁機(jī),軸系長(zhǎng)度縮短;缺點(diǎn):調(diào)節(jié)速度慢,同軸,自勵(lì)系統(tǒng)(并勵(lì)、復(fù)勵(lì)),自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 組成:勵(lì)磁變壓器、大功率可控硅整流柜、滅磁及過(guò)電壓保護(hù)、起

3、勵(lì)設(shè)備、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快 缺點(diǎn):強(qiáng)勵(lì)時(shí)系統(tǒng)電壓變化復(fù)雜,交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電壓變壓器ZB(并聯(lián)變)的副方電壓與勵(lì)磁電流變壓器 GLH(串聯(lián)變)的副方電壓相聯(lián)(相量相加),然后加在可控硅整流橋KZ上。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載情況變化時(shí),例如電流增大或功率數(shù)降低,則加到可控硅整流橋上的陽(yáng)極電壓增大,故這種勵(lì)磁方式具有相復(fù)勵(lì)作用。,靜止,無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng),組成:主勵(lì)磁機(jī)(ACL) 電樞是旋轉(zhuǎn)的,它發(fā)出的三 相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整 流橋整流后直接送發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子回路。 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中的副勵(lì)磁機(jī) (PMG)是一個(gè)永磁式中頻發(fā)電機(jī),它與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。主勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)繞組是靜止的,即它

4、是一個(gè)磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機(jī)。 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件,提高了運(yùn)行可靠性和減少了機(jī)組維護(hù)工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無(wú)刷勵(lì)磁方式對(duì)硅元件的可靠性要求高,不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進(jìn)行滅磁,轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測(cè)量等。這些都是需要研究解決的問(wèn)題,旋轉(zhuǎn),勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理圖,移相觸發(fā)器原理:UtUk觸發(fā)脈沖 模擬式移相電路:余弦移相、鋸齒波移相,AVR(自動(dòng)) 恒電壓閉環(huán) 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 ECR(手動(dòng)) 恒電流閉環(huán) 勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器 電壓給定Ugref 電流給定Ifref PID調(diào)節(jié)計(jì)算 限制功能 控制電壓Uk,恒無(wú)功閉環(huán):AVR的輔助控制,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成,移相原理,模擬電路

5、移相原理,數(shù)字移相原理之一1、首先計(jì)算角;2、將角轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間T;3、由同步點(diǎn)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)時(shí)間就是角;4、計(jì)數(shù)時(shí)間到,觸發(fā)相應(yīng)的可控硅;5、每隔600再觸發(fā)下一個(gè)可控硅,共6個(gè)可控硅;6、每發(fā)一個(gè)脈沖,啟動(dòng)脈寬中斷,控制脈沖寬度。,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出脈沖,脈沖變壓器作用 隔離 功率匹配 脈沖發(fā)展形式 寬脈沖 雙脈沖 寬高頻脈沖 雙高頻脈沖,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能簡(jiǎn)介,無(wú)功補(bǔ)償(調(diào)差) 強(qiáng)勵(lì)電流限制(快速限制) 過(guò)勵(lì)限制(勵(lì)磁電流慢速、反時(shí)限) 欠勵(lì)限制(P-Q) 定子電流限制(過(guò)無(wú)功限制) 伏赫限制(V/HZ、U/F)(過(guò)激磁) 軟起勵(lì)功能 PSS功能 電制動(dòng)功能 PT斷線保護(hù),勵(lì)磁調(diào)差原理

6、與應(yīng)用,全控橋強(qiáng)勵(lì)與強(qiáng)減,按照Ud=1.35U2cosa,一般強(qiáng)勵(lì)=150 ;強(qiáng)減=1500,強(qiáng)勵(lì)限制與過(guò)勵(lì)限制,1、電壓強(qiáng)勵(lì)能力取決于勵(lì)磁變二次電壓(陽(yáng)極電壓);2、電流強(qiáng)勵(lì)能力取決于可控硅電流或者說(shuō)是功率柜的數(shù)量;3、強(qiáng)勵(lì)限制是指電流限制倍數(shù):1.5-2.0倍;功率柜故障取1.1倍;4、過(guò)勵(lì)限制是勵(lì)磁電流限制,大于1.1倍,反時(shí)限,勵(lì)磁電流閉環(huán);,欠勵(lì)限制,欠勵(lì)動(dòng)作后按照Q閉環(huán)運(yùn)行,欠勵(lì)設(shè)定值與機(jī)端電壓值相關(guān)的設(shè)計(jì),發(fā)電機(jī)進(jìn)相不能太深,否則定子繞組的端部、磁軛等部件可能過(guò)熱,將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全,失磁保護(hù)將動(dòng)作停機(jī)。為了保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,低勵(lì)限制器必須在機(jī)組超過(guò)限制區(qū)之前將定子電壓

7、升高,以使機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)回到允許的允許范圍之內(nèi)。,定子電流限制(過(guò)無(wú)功限制、過(guò)勵(lì)限制),定子電流限制還可以采用根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率來(lái)確定發(fā)電機(jī)允許輸出無(wú)功功率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),即過(guò)無(wú)功限制,當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過(guò)了限制區(qū),如果此時(shí)機(jī)組運(yùn)行在進(jìn)相狀態(tài),則限制器動(dòng)作,增加勵(lì)磁電流;如果此時(shí)機(jī)組在遲相運(yùn)行,則限制動(dòng)作,減少勵(lì)磁電流??傊?,定子電流限制器的作用是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子電流中的無(wú)功分量,使發(fā)電機(jī)電流回到限制區(qū)以內(nèi)運(yùn)行。,伏赫限制以及其他輔助功能,設(shè)計(jì)U/F限制器是為了保護(hù)機(jī)組及與機(jī)組相連的變壓器過(guò)激磁。當(dāng)機(jī)組頻率降低的時(shí)候,為了使機(jī)組的機(jī)端電壓保持恒定,勵(lì)磁系統(tǒng)將會(huì)增加勵(lì)磁電流,此時(shí),如果機(jī)組在低頻率的情

8、況下使機(jī)端電壓保持在額定值,那么對(duì)機(jī)組及所有與機(jī)組相連的變壓器而言,將有可能出現(xiàn)過(guò)磁通現(xiàn)象(尤其是主變壓器),從而對(duì)機(jī)組及變壓器造成損壞。,其他輔助控制功能 1、 PT斷線保護(hù)功能; 2、軟起勵(lì)功能; 3、主開關(guān)容錯(cuò)功能; 4、同步電壓斷線保護(hù),勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼的原因,阻尼(正、零、負(fù))VS慣性 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定可以理解為機(jī)電振蕩的阻尼問(wèn)題。 AVR造成阻尼變?nèi)?、甚至變?fù)(K5變負(fù))。在 定的運(yùn)行方式及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)下,AVR在維 持Ug恒定的同時(shí),會(huì)產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。 擾動(dòng)前后:P 1 擺動(dòng) 阻尼 2 穩(wěn)定 傳統(tǒng)勵(lì)磁:低增益慢速(沒有能力管閑事) Ug AVR作用小、反應(yīng)慢 Uf小 If小 P(力矩象限

9、不明) 對(duì)影響極小。 現(xiàn)代勵(lì)磁:高增益快速(管閑事幫倒忙) Ug AVR作用大、反應(yīng)快 Uf大 If大 P(力矩第二象限) 產(chǎn)生負(fù)阻尼使原來(lái)的阻尼變小,對(duì)負(fù)面影響。 AVR+PSS:高增益快速+附加控制系統(tǒng)(管閑事幫正忙) Ug AVR作用大、反應(yīng)快 Uf大 If大, P(力矩第一象限) 產(chǎn)生正阻尼使原來(lái)的阻尼變大,對(duì)正面影響。,電力系統(tǒng)低頻振蕩,本機(jī)振蕩模式 地區(qū)性振蕩模式(local model):頻率一般在0.52.0Hz; 區(qū)域間振蕩模式(interarea model、tieline model):頻率一般在0.10.5Hz)。 小系統(tǒng): 0.52.5Hz; 大系統(tǒng): 0.22.5H

10、z; 全國(guó)聯(lián)網(wǎng): 0.12.0Hz;,解決勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼,造成系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩的方法是附加控制,即電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器,各種智能控制器。 依據(jù)F.D.迪米洛和C.康柯迪亞理論設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power system stabilizer),簡(jiǎn)稱PSS,即為抑制系統(tǒng)低頻振蕩和提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性而設(shè)置的。,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理,建立平面坐標(biāo)系 T1:勵(lì)磁產(chǎn)生的電磁力矩 T2:PSS產(chǎn)生的電磁力矩 PSS:附加勵(lì)磁控制信號(hào) AVR(PID)PSS產(chǎn)生的電磁力矩 PSS輸入信號(hào) 、Pe、P、f 測(cè)量軸轉(zhuǎn)速,測(cè)量和處理比較復(fù)雜, 軸系扭轉(zhuǎn)的處理更加困難,使用較少 測(cè)量過(guò)剩功率P,測(cè)量和處理更加復(fù)雜,輸入信號(hào)多,使用也少 測(cè)量電功率Pe,在假定機(jī)械功率不變的情況下,可

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