(上海交通大學(xué))同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、第三章第三章 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)上海交通大學(xué) 電氣工程系招專業(yè)人才上一覽電力英才網(wǎng)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理總總 述述勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)勵(lì)磁系統(tǒng)的類型勵(lì)磁系統(tǒng)的整流電路并聯(lián)機(jī)組間無(wú)功分配勵(lì)磁裝置的原理電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)電電壓壓控控制制無(wú)無(wú)功功分分配配提提高高穩(wěn)穩(wěn)定定強(qiáng)強(qiáng)行行勵(lì)勵(lì)磁磁強(qiáng)強(qiáng)行行減減磁磁電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v 電壓控制電壓控制 qGGdEUjI X等值電路相量圖GGEWUEF.IEF.UG IG. .xdEq.UG.IG

2、.IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.G Gj IQ xd.電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v電壓控制電壓控制dQGGqXIUEcosdQGqXIUE同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)維持機(jī)端電壓為給定水平的。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v控制無(wú)功功率的分配 設(shè)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)：GIG.UG = 常數(shù)常數(shù).電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v控制無(wú)功功率的分配 由于發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只受調(diào)速器控制，與勵(lì)磁 電流的大小無(wú)

3、關(guān)。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v提高并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性勵(lì)磁對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響發(fā)電機(jī)的輸出功率為sinXUEPqG電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v提高并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性abc同步發(fā)電機(jī)的功角特性最大可能傳輸?shù)墓β蕵O限為 XUEPqm電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v 提高并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性勵(lì)磁，則有外功率特性值與勵(lì)磁無(wú)關(guān)，若調(diào)節(jié)，而qqmEEP 它使發(fā)電機(jī)能在大于90度范圍的人工穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行，即可提高發(fā)電機(jī)輸送功率極限或提高系統(tǒng)的穩(wěn)定儲(chǔ)備。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)

4、自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v提高并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性勵(lì)磁對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定等面積法則 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)v強(qiáng)行勵(lì)磁以改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)為異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行創(chuàng)造條件為異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行創(chuàng)造條件提高繼電保護(hù)工作的準(zhǔn)確性提高繼電保護(hù)工作的準(zhǔn)確性電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)水輪發(fā)電機(jī)強(qiáng)行減磁水輪發(fā)電機(jī)強(qiáng)行減磁 當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障突然跳閘時(shí)，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會(huì)使轉(zhuǎn)

5、速急劇上升。如果不采取措施迅速降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，則發(fā)電機(jī)電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求維持電壓水平和無(wú)功的合理分配維持電壓水平和無(wú)功的合理分配控制能力和調(diào)節(jié)范圍控制能力和調(diào)節(jié)范圍快速反應(yīng)能力快速反應(yīng)能力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)足夠的阻尼能力足夠的阻尼能力電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)類型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)類型電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁系統(tǒng)的整流電路勵(lì)磁系統(tǒng)的整流電路電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝

6、置原理勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機(jī)組間無(wú)功分配勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機(jī)組間無(wú)功分配v勵(lì)磁控制系統(tǒng)框圖 GU同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器EFIGIREFU手動(dòng)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢測(cè)發(fā)電機(jī)的電壓、電流或其它狀態(tài)量，然后按指定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則對(duì)勵(lì)磁功率單元發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制功能。 勵(lì)磁系統(tǒng)其他信號(hào)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖 v比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器最基本的功能是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓。常用的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是比例式調(diào)節(jié)器，它的主要輸入量是發(fā)電機(jī)端電壓，其輸出用來(lái)控制勵(lì)磁功率單元。電壓升高時(shí)輸出減小，電壓降低時(shí)輸出增大。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自

7、動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖v勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本框圖電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖v勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)化框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的特性曲線在工作區(qū)內(nèi)的陡度，是調(diào)節(jié)器性能的主要指標(biāo)之一，即GREFAVRUUUK測(cè)量K1綜合放大K2移相觸發(fā)K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVRK調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖v勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K與組成調(diào)節(jié)器的各單元增益的關(guān)系為4321KKKKUUUUUUUUUUKAV

8、RSMdeSMGREFdeGREFAVR勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)等于各組成單元放大倍數(shù)的乘積 0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性v發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性 QEFIfI發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性v勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性 無(wú)功調(diào)節(jié)特性在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間無(wú)功功率的分配，主要取決于各臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)特性。而無(wú)功調(diào)節(jié)特性是用調(diào)差系數(shù)來(lái)表征的:%100%21GNGGUUU調(diào)差系數(shù)越小說(shuō)明IQ對(duì)UG影響越小UGU

9、G1UG20IQIQNUG電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性v勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性 調(diào)差系數(shù)存在的意義:能平穩(wěn)地改變無(wú)功負(fù)荷，不致發(fā)生無(wú)功功率的沖擊；保證并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間無(wú)功功率的合理分配。UGIQ= 0 0UG0電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性v發(fā)電機(jī)無(wú)功電流的轉(zhuǎn)移 3-2-1IQ投入運(yùn)行到合適點(diǎn), 無(wú)沖擊1-2-3退出運(yùn)行,IQ減小到零,無(wú)沖擊UGIQUM123IQ2IQ1電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配v無(wú)差調(diào)節(jié)特性 1 無(wú)差+

10、有差 有困難無(wú)法穩(wěn)定不能并聯(lián)運(yùn)行 2 無(wú)差+無(wú)差 UGIQ = 0 0UUUIQ2UGIQUU電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配v有差調(diào)節(jié)特性 QNGNGGGQIUUUUI00GGGNGNGGGQUUUUUUUI0001GQUIUGUGUG0IQIQUG0UGNIQIQIQIQN N電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理我國(guó)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類我國(guó)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類 機(jī)械式機(jī)械式機(jī)電型機(jī)電型磁放大器磁放大器電磁型電磁型電子模擬放大器電子模擬放大器電子型電子型CPU存儲(chǔ)邏輯存儲(chǔ)邏輯數(shù)字型數(shù)字型20世紀(jì)初1950s1960s19

11、80s電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理v數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn) 方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略 便于修改，靈活性強(qiáng) 可以實(shí)現(xiàn)更加完備的限制和保護(hù)功能 操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便以及便于試驗(yàn)和調(diào)試勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v圖為600MW發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v圖為300MW三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理人人機(jī)接口機(jī)接口調(diào)節(jié)控制輸出調(diào)節(jié)控制輸出勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理基基 本本控控 制制電壓調(diào)節(jié)無(wú)功分配輔輔 助助控控

12、 制制瞬時(shí)電流限制最大勵(lì)磁電流限制最小勵(lì)磁電流限制電壓頻率保護(hù)失磁監(jiān)控勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS等等數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件硬件+ +軟件軟件信息采集單元信息采集單元主控制單元主控制單元電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理框圖數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理框圖電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v控制的數(shù)學(xué)模型 PID模型: dttdeTdtteTteKtuDtIP01離散化為 KjDIPTKTeKTeTTjTeTTKTeKKTu0電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v

13、控制的數(shù)學(xué)模型 增量式PID調(diào)節(jié) 增量式PID調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)閿?shù)字調(diào)節(jié)器只輸出增量，所以計(jì)算誤差或精度對(duì)控制量影響較小，控制的作用不會(huì)發(fā)生大幅度變化。且增量算式只與最近幾次采樣值有關(guān)，容易獲得較好的控制效果。TKTeKTeKKTeKKTeKTKTeTKTeKTeKKTeKTKTeKTeKKTuDIPDIP22電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v基本調(diào)節(jié)方式 算法:v輔助控制 瞬時(shí)電流限制 最大勵(lì)磁限制器 最小勵(lì)磁限制器 電壓頻率（V/Hz）限制和保護(hù) 發(fā)電機(jī)失磁監(jiān)控 KTQKTUKTUKKTUGREFp電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理v最小勵(lì)磁限制功率園方程如下： 22222112112deGdeGXXUXXUQP電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝