新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)-小水力發(fā)電2 本科 樊

1、第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論1機(jī)械工業(yè)出版社水力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)有：水力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)有：水力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)并列水力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)并列自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁、頻率和有功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁、頻率和有功功率無(wú)功功率的補(bǔ)償無(wú)功功率的補(bǔ)償水力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)操作，自動(dòng)保護(hù)等水力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)操作，自動(dòng)保護(hù)等機(jī)械工業(yè)出版社5.4 5.4 水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)5.4.1.1 5.4.1.1 水力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)水力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)5.4.1 5.4.1 小水力發(fā)電技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)小水力發(fā)電技術(shù)的自動(dòng)控制系

2、統(tǒng)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論2機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社負(fù)載要求電能的電壓和頻率應(yīng)為額定值，波動(dòng)小。負(fù)載要求電能的電壓和頻率應(yīng)為額定值，波動(dòng)小。發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓、頻率或并網(wǎng)電壓、頻率的穩(wěn)定度分發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓、頻率或并網(wǎng)電壓、頻率的穩(wěn)定度分別取決于發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功與有功功率的平衡。別取決于發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功與有功功率的平衡。頻率的波動(dòng)是由發(fā)電機(jī)輸入功率和輸出功率之間的不平衡引頻率的波動(dòng)是由發(fā)電機(jī)輸入功率和輸出功率之間的不平衡引起的。起的。電壓的波動(dòng)主要由負(fù)載大小的變化和負(fù)載性質(zhì)的變化（即有電壓的波動(dòng)主要由負(fù)載大小的變化和負(fù)載性質(zhì)的變化（即有功功率和

3、無(wú)功功率的變化）引起。功功率和無(wú)功功率的變化）引起。第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論3機(jī)械工業(yè)出版社 水輪發(fā)電機(jī)組控制的基本任務(wù)水輪發(fā)電機(jī)組控制的基本任務(wù): :根據(jù)負(fù)載的變化不斷調(diào)根據(jù)負(fù)載的變化不斷調(diào)整水輪發(fā)電機(jī)組的有功和無(wú)功功率輸出，并維持機(jī)組轉(zhuǎn)速整水輪發(fā)電機(jī)組的有功和無(wú)功功率輸出，并維持機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）和輸出端電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。（頻率）和輸出端電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。兩者的調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，相互影響較小。兩者的調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，相互影響較小。機(jī)械工業(yè)出版社 水輪發(fā)電機(jī)組頻率的控制由水輪機(jī)調(diào)速器實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組頻率的控制由水輪機(jī)調(diào)速器實(shí)現(xiàn)端電壓的穩(wěn)定可由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)完

4、成端電壓的穩(wěn)定可由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)完成第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論4機(jī)械工業(yè)出版社式中式中 T TS S水輪機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩（水輪機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩（NmNm）；）； T TL L發(fā)電機(jī)阻轉(zhuǎn)矩，包括發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)阻轉(zhuǎn)矩，包括發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和 摩擦等制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（摩擦等制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（NmNm）；）； J J機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪總慣量（機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪總慣量（kgmkgm2 2）；）； 機(jī)組的角速度（機(jī)組的角速度（rad/srad/s），），dtdJTTSL60/2 n水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式可以表示為水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程式可以表示為機(jī)械工業(yè)出版社1 1、

5、水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)原理、水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)原理5.4.1.2 5.4.1.2 水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理及特性水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理及特性 水輪機(jī)調(diào)速器主要用于控制水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與出力，其水輪機(jī)調(diào)速器主要用于控制水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與出力，其品質(zhì)與性能直接影響到電能品質(zhì)和水電站的安全可靠運(yùn)行。品質(zhì)與性能直接影響到電能品質(zhì)和水電站的安全可靠運(yùn)行。第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論5機(jī)械工業(yè)出版社水輪機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為水輪機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為 為保證電能的頻率不變，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須恒定，為保證電能的頻率不變，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須恒定，dd/ /dtdt=0=0。 控制水輪機(jī)的動(dòng)力

6、轉(zhuǎn)矩控制水輪機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩T TS S時(shí)刻跟隨著時(shí)刻跟隨著T TL L的變化，使的變化，使T TS ST TL L=0=0，才能維持頻率和轉(zhuǎn)速不變。，才能維持頻率和轉(zhuǎn)速不變。 因此，通過(guò)調(diào)速器改變水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉的開度，來(lái)因此，通過(guò)調(diào)速器改變水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉的開度，來(lái)改變水輪原動(dòng)機(jī)的進(jìn)水量，可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目的。改變水輪原動(dòng)機(jī)的進(jìn)水量，可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目的。機(jī)械工業(yè)出版社ssQHT81. 9第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論6機(jī)械工業(yè)出版社 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是：當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，原來(lái)的穩(wěn)定水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是：當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，原來(lái)的穩(wěn)定平衡被破壞，動(dòng)力矩和阻力矩不再

7、相等，使轉(zhuǎn)速和頻率與額平衡被破壞，動(dòng)力矩和阻力矩不再相等，使轉(zhuǎn)速和頻率與額定值之間出現(xiàn)偏差，這時(shí)由頻率閉環(huán)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，可定值之間出現(xiàn)偏差，這時(shí)由頻率閉環(huán)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，可快速、準(zhǔn)確地消除偏差，使機(jī)組在新的平衡條件下運(yùn)行。這快速、準(zhǔn)確地消除偏差，使機(jī)組在新的平衡條件下運(yùn)行。這種調(diào)節(jié)作用稱為種調(diào)節(jié)作用稱為頻率調(diào)節(jié)或頻率控制頻率調(diào)節(jié)或頻率控制。機(jī)械工業(yè)出版社2 2、頻率調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論7機(jī)械工業(yè)出版社 電力系統(tǒng)的負(fù)荷是不斷變化的，而原動(dòng)機(jī)輸入功率的改電力系統(tǒng)的負(fù)荷是不斷變化的，而原動(dòng)機(jī)輸入功率的改變則較緩慢，因此系統(tǒng)中頻率的波動(dòng)是難免

8、的。變則較緩慢，因此系統(tǒng)中頻率的波動(dòng)是難免的。P負(fù)荷瞬時(shí)變動(dòng)情況隨機(jī)分量持續(xù)分量脈沖分量t圖圖5-14 5-14 電力系統(tǒng)負(fù)荷瞬時(shí)變動(dòng)情況電力系統(tǒng)負(fù)荷瞬時(shí)變動(dòng)情況機(jī)械工業(yè)出版社負(fù)荷的變動(dòng)情況分解成幾個(gè)分量：負(fù)荷的變動(dòng)情況分解成幾個(gè)分量：1 1）變化周期一般小于）變化周期一般小于10s10s的的隨機(jī)隨機(jī)分量分量，其變化幅度較小。，其變化幅度較小。2 2）變化周期在）變化周期在10s10s3min3min之間的之間的脈脈動(dòng)分量動(dòng)分量，其變化幅度比隨機(jī)分量要，其變化幅度比隨機(jī)分量要大些。大些。3 3）變化十分緩慢的）變化十分緩慢的持續(xù)分量持續(xù)分量并帶并帶有周期規(guī)律的負(fù)荷，為負(fù)荷變化中有周期規(guī)律的負(fù)荷

9、，為負(fù)荷變化中主體。主體。第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論8機(jī)械工業(yè)出版社 第二種負(fù)荷變化引起的頻率偏移較大，必須由第二種負(fù)荷變化引起的頻率偏移較大，必須由調(diào)頻器參與調(diào)頻器參與控制和調(diào)整這種調(diào)整稱為控制和調(diào)整這種調(diào)整稱為頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整(AGC)(AGC)。 第一種負(fù)荷變化引起的頻率偏移，一般利用水輪發(fā)電機(jī)組第一種負(fù)荷變化引起的頻率偏移，一般利用水輪發(fā)電機(jī)組上裝設(shè)的調(diào)速器來(lái)控制和調(diào)整原動(dòng)機(jī)的輸入功率，以維持系統(tǒng)上裝設(shè)的調(diào)速器來(lái)控制和調(diào)整原動(dòng)機(jī)的輸入功率，以維持系統(tǒng)的頻率水平，稱為的頻率水平，稱為頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整。 第三種負(fù)荷變化可以用負(fù)荷預(yù)測(cè)

10、的方法預(yù)先估計(jì)得到。在第三種負(fù)荷變化可以用負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法預(yù)先估計(jì)得到。在滿足系統(tǒng)有功功率平衡的條件下，將這部分負(fù)荷按照經(jīng)濟(jì)分配滿足系統(tǒng)有功功率平衡的條件下，將這部分負(fù)荷按照經(jīng)濟(jì)分配原則在各發(fā)電廠間進(jìn)行分配原則在各發(fā)電廠間進(jìn)行分配(EDC)(EDC)。機(jī)械工業(yè)出版社第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論9機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社活塞調(diào)節(jié)進(jìn)水閥調(diào)節(jié)進(jìn)水閥錯(cuò)油門錯(cuò)油門活塞第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論10機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社活塞第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論11機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 顯然調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束

11、后，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高了。顯然調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高了。D第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論12機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社LGTPPP發(fā)電機(jī)組的功率發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性與負(fù)荷的功率頻率特性與負(fù)荷的功率頻率特性曲線的頻率特性曲線的交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。系統(tǒng)在頻率穩(wěn)態(tài)為系統(tǒng)在頻率穩(wěn)態(tài)為f f時(shí)時(shí): :第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論13機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社f一次調(diào)頻一次調(diào)頻二次調(diào)頻二次調(diào)頻第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論14機(jī)械工業(yè)出版社當(dāng)電力系統(tǒng)

12、負(fù)載當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)載系統(tǒng)頻率系統(tǒng)頻率調(diào)速器調(diào)速器作用作用輸出功率輸出功率圖圖5-15 5-15 同步發(fā)電機(jī)組功率頻率特性同步發(fā)電機(jī)組功率頻率特性ff0f1abcP0P1PmaxPPf機(jī)械工業(yè)出版社 發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和頻率之間密切相關(guān)，兩者的關(guān)系發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和頻率之間密切相關(guān)，兩者的關(guān)系稱為稱為發(fā)電機(jī)的功率發(fā)電機(jī)的功率- -頻率靜態(tài)特性頻率靜態(tài)特性。3 3、有功功率調(diào)節(jié)、有功功率調(diào)節(jié)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論15機(jī)械工業(yè)出版社式中式中 K K頻率調(diào)差系數(shù)；頻率調(diào)差系數(shù)； f f頻率差，對(duì)應(yīng)有功功率頻率差，對(duì)應(yīng)有功功率P P時(shí)頻率相應(yīng)的增量時(shí)頻率相應(yīng)的增

13、量 （Hz）；）； P P發(fā)電機(jī)有功功率增量（發(fā)電機(jī)有功功率增量（MW）；）；PfK 同步發(fā)電機(jī)組功率同步發(fā)電機(jī)組功率- -頻率特性的斜率稱為發(fā)電機(jī)的頻率特性的斜率稱為發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)頻率調(diào)差系數(shù)，即差系數(shù)，即機(jī)械工業(yè)出版社式中式中f fN N、P PN N分別為頻率和功率的額定值；分別為頻率和功率的額定值； 水輪發(fā)電機(jī)組的水輪發(fā)電機(jī)組的K K* *= =（2 24 4）% %。NN/PPffK調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)K K的標(biāo)么值表達(dá)式為的標(biāo)么值表達(dá)式為第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論16機(jī)械工業(yè)出版社f1fP2P1P1P2P2P1PPLfNoP2ABCP1圖圖5-16 5

14、-16 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行曲線曲線-1-1號(hào)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性號(hào)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性 曲線曲線-2-2號(hào)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性號(hào)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性 系統(tǒng)總負(fù)荷為系統(tǒng)總負(fù)荷為P PL L，如線段，如線段CBCB的長(zhǎng)度所示，系統(tǒng)頻率為的長(zhǎng)度所示，系統(tǒng)頻率為f fN N ，1 1號(hào)機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷為號(hào)機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷為P P1 1，2 2號(hào)機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷為號(hào)機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷為P P2 2，于是有：于是有：P P1 1十十P P2 2=P PL L。 機(jī)械工業(yè)出版社 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加，經(jīng)過(guò)調(diào)速器的調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)頻率為當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加，經(jīng)過(guò)調(diào)速器的調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)頻率為f f1 1，1 1號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為

15、號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為 P P1 1 ，增加了，增加了P Pl l；2 2號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為P P2 2 ，增加了，增加了P P2 2，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組增量之和等于兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組增量之和等于P PL L。 第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論17機(jī)械工業(yè)出版社 并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間功率分配與機(jī)組調(diào)差系數(shù)成反比，并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間功率分配與機(jī)組調(diào)差系數(shù)成反比，調(diào)差系數(shù)標(biāo)么值大的機(jī)組分擔(dān)的有功功率標(biāo)么值反而小。調(diào)差系數(shù)標(biāo)么值大的機(jī)組分擔(dān)的有功功率標(biāo)么值反而小。1221KKPP由上式可得由上式可得電力系統(tǒng)中，機(jī)組調(diào)差系數(shù)等于零是不能并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，機(jī)組調(diào)差系數(shù)

16、等于零是不能并聯(lián)運(yùn)行的。機(jī)械工業(yè)出版社第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論18機(jī)械工業(yè)出版社調(diào)速器的靜特性是機(jī)組頻率調(diào)速器的靜特性是機(jī)組頻率f f和導(dǎo)葉開度和導(dǎo)葉開度Y Y之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。NfffbminmaxpfmaxfNfmin050%100%Yf圖圖5-17 5-17 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的靜特性的靜特性 圖中對(duì)應(yīng)接力器行程圖中對(duì)應(yīng)接力器行程(0(0100%)100%)的頻差相對(duì)值，稱為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)的頻差相對(duì)值，稱為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)b bp p，即：，即：b bp p的值可根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)定的值可根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)定機(jī)械工業(yè)出版社4 4、調(diào)速器的靜特性、調(diào)速器的靜特

17、性第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論19機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社5.4.1.3 5.4.1.3 電子式水輪機(jī)調(diào)速器的總體結(jié)構(gòu)電子式水輪機(jī)調(diào)速器的總體結(jié)構(gòu) n n脈沖頻率脈沖頻率 頻率變送器輸出頻率變送器輸出 經(jīng)信號(hào)整形和放大后，經(jīng)信號(hào)整形和放大后，啟動(dòng)閥控啟動(dòng)閥控 導(dǎo)葉導(dǎo)葉開度開度水輪機(jī)進(jìn)水量水輪機(jī)進(jìn)水量原動(dòng)機(jī)輸入功率原動(dòng)機(jī)輸入功率n n水轉(zhuǎn)速測(cè)量元件信號(hào)整形和放大頻率變送器脈沖原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)閥控圖圖5-19 5-19 電子液壓式水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速電子液壓式水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速 系統(tǒng)原理示意圖系統(tǒng)原理示意圖 裝在發(fā)電機(jī)軸上的齒輪、脈沖傳感器和頻率變送器裝在發(fā)電機(jī)軸上的齒輪

18、、脈沖傳感器和頻率變送器轉(zhuǎn)速測(cè)量部分轉(zhuǎn)速測(cè)量部分第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論20機(jī)械工業(yè)出版社 小水力同步發(fā)電機(jī)在實(shí)現(xiàn)水能向電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，借小水力同步發(fā)電機(jī)在實(shí)現(xiàn)水能向電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，借助于勵(lì)磁系統(tǒng)中的直流電流建立的磁場(chǎng)作為媒介，產(chǎn)生感應(yīng)助于勵(lì)磁系統(tǒng)中的直流電流建立的磁場(chǎng)作為媒介，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和輸出交流電流。勵(lì)磁電流不僅影響其能量的轉(zhuǎn)換，電動(dòng)勢(shì)和輸出交流電流。勵(lì)磁電流不僅影響其能量的轉(zhuǎn)換，而且對(duì)輸出電能的質(zhì)量影響很大。通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)與控而且對(duì)輸出電能的質(zhì)量影響很大。通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)與控制，可穩(wěn)定輸出電壓、實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。制，可穩(wěn)定輸出

19、電壓、實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。機(jī)械工業(yè)出版社5.4.2 5.4.2 同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)5.4.2.1 5.4.2.1 小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成及任務(wù)小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成及任務(wù)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論21機(jī)械工業(yè)出版社 小水力同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、小水力同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元、檢測(cè)部分和同步發(fā)電機(jī)組成的閉環(huán)反饋控制勵(lì)磁功率單元、檢測(cè)部分和同步發(fā)電機(jī)組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。G勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器電力系統(tǒng)輸入信息發(fā)電機(jī)圖圖5-29 5-2

20、9 同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)構(gòu)成框圖同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)構(gòu)成框圖機(jī)械工業(yè)出版社1 1、小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)的基本組成、小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)的基本組成第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論22機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社2 2、小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)、小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（1 1）電壓的調(diào)節(jié)）電壓的調(diào)節(jié) （2 2）無(wú)功功率的調(diào)節(jié)）無(wú)功功率的調(diào)節(jié) （3 3）并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率的合理分配）并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率的合理分配 （4 4）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 （5 5）改善

21、電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件）改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件 （6 6）水力發(fā)電機(jī)組要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁）水力發(fā)電機(jī)組要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁 第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論23機(jī)械工業(yè)出版社 無(wú)功負(fù)載電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓變化的主要原因。為維無(wú)功負(fù)載電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓變化的主要原因。為維持端電壓的穩(wěn)定，負(fù)載變化時(shí)必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。圖持端電壓的穩(wěn)定，負(fù)載變化時(shí)必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。圖5 53030為隱極同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)（不計(jì)電阻壓降）的相量圖。為隱極同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)（不計(jì)電阻壓降）的相量圖。jIGXdEqUGjIQXdIPIGIQ圖圖5-30 5-30 同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)相量圖同

22、步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)相量圖機(jī)械工業(yè)出版社（1 1）電壓的調(diào)節(jié)）電壓的調(diào)節(jié)qE- -發(fā)電機(jī)定子繞組中由勵(lì)磁磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)定子繞組中由勵(lì)磁磁場(chǎng) 產(chǎn)生的空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；產(chǎn)生的空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；GU- -發(fā)電機(jī)定子端輸出電壓；發(fā)電機(jī)定子端輸出電壓；GI- -定子繞組中的電流；定子繞組中的電流；QI- -無(wú)功電流；無(wú)功電流；PI- -有功電流；有功電流；dx- -同步電抗；同步電抗；- -功率因數(shù)角；功率因數(shù)角；- -qE和和GU之間的夾角（同步發(fā)電機(jī)功率角）。之間的夾角（同步發(fā)電機(jī)功率角）。 第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論24機(jī)械工業(yè)出版社qdGGExIjUqEGU由圖由圖5-305

23、-30可得可得 和和之間的數(shù)量關(guān)系為：之間的數(shù)量關(guān)系為：一般一般很小，可以近似認(rèn)為很小，可以近似認(rèn)為coscos 11，于是有，于是有機(jī)械工業(yè)出版社由上式可見，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變，即空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由上式可見，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變，即空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Eq q不變時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓隨著無(wú)功電流的增大而減小，為維持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓隨著無(wú)功電流的增大而減小，為維持端電壓不變，必須增大發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。同理，無(wú)功電流端電壓不變，必須增大發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。同理，無(wú)功電流減小時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓將增大，必須減小勵(lì)磁電流。減小時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓將增大，必須減小勵(lì)磁電流。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過(guò)不斷地

24、調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流同步發(fā)電機(jī)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)維持發(fā)電機(jī)輸出電壓為給定水平。來(lái)維持發(fā)電機(jī)輸出電壓為給定水平。dQGqxIUEcosdQqGxIEU第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論25機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)設(shè)同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)U UM M并聯(lián)，因此發(fā)電機(jī)端電壓不并聯(lián)，因此發(fā)電機(jī)端電壓不隨負(fù)荷大小而變，其接線圖如圖隨負(fù)荷大小而變，其接線圖如圖5-315-31所示，圖所示，圖5-315-31是不同是不同勵(lì)磁電流情況下的相量圖。勵(lì)磁電流情況下的相量圖。 GAABBEq2EqEq1jIG1XdjIGXdjIG2XdUG=UMIG2IG

25、1IGIQIQ1IQ2IPK1K2IGUG=常數(shù)a)b)圖圖5-31 5-31 同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián) ）接線圖）接線圖 ）相量圖）相量圖機(jī)械工業(yè)出版社（2 2）無(wú)功功率的調(diào)節(jié)）無(wú)功功率的調(diào)節(jié)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論26機(jī)械工業(yè)出版社 因發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只與其輸入功率有關(guān)，與勵(lì)磁電因發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只與其輸入功率有關(guān)，與勵(lì)磁電流無(wú)關(guān)，所以勵(lì)磁電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率流無(wú)關(guān)，所以勵(lì)磁電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率G G均均不變，即不變，即1GGGcosCIUP式中式中 C C1 1 常數(shù)。常數(shù)。 不計(jì)定子電阻和凸

26、極效應(yīng)時(shí)，發(fā)電機(jī)有功功率又可用下不計(jì)定子電阻和凸極效應(yīng)時(shí)，發(fā)電機(jī)有功功率又可用下式表示式表示 2dGqGsinCxUEP 式中式中 同步發(fā)電機(jī)功率角；同步發(fā)電機(jī)功率角； C C2 2 常數(shù)。常數(shù)。機(jī)械工業(yè)出版社第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論27機(jī)械工業(yè)出版社cosGIsinqE1GcosKI2qsinKE 由上面兩式可見，當(dāng)發(fā)電機(jī)的有功功率不變而勵(lì)磁電流變由上面兩式可見，當(dāng)發(fā)電機(jī)的有功功率不變而勵(lì)磁電流變化時(shí)，化時(shí)，和和的值均不變，即的值均不變，即式中，式中，K K1 1、K K2 2為常數(shù)。為常數(shù)。 由圖由圖5-315-31中的相量關(guān)系可見，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化

27、中的相量關(guān)系可見，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化只是改變了機(jī)組的無(wú)功功率和功率角只是改變了機(jī)組的無(wú)功功率和功率角值的大小。值的大小。機(jī)械工業(yè)出版社結(jié)論：與無(wú)限大容量母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵(lì)磁電結(jié)論：與無(wú)限大容量母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的數(shù)值。流可以改變發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的數(shù)值。第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論28機(jī)械工業(yè)出版社 并聯(lián)運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)間無(wú)功電流的分配取決于各自的并聯(lián)運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)間無(wú)功電流的分配取決于各自的外特性。外特性。0IQ1IQ2IQIQ1IQ2IQ2IQ1IQ1IQ2UGUM1UM2G1G2Iqb)a)UMG1G2圖圖5

28、-325-32并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無(wú)功負(fù)荷的分配并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無(wú)功負(fù)荷的分配）原理圖）外特性和無(wú)功負(fù)荷的分配）原理圖）外特性和無(wú)功負(fù)荷的分配機(jī)械工業(yè)出版社（3 3）并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率的合理分配）并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率的合理分配第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論29機(jī)械工業(yè)出版社MU1QI2QIQI2Q1QQIII 當(dāng)兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)：發(fā)電機(jī)的端電壓都等于母當(dāng)兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)：發(fā)電機(jī)的端電壓都等于母線電壓線電壓 ，它們發(fā)出的無(wú)功功率電流，它們發(fā)出的無(wú)功功率電流 、 之和必須與母線之和必須與母線中總無(wú)功電流中總無(wú)功電流 值相等，即值相等，即機(jī)

29、械工業(yè)出版社結(jié)論：當(dāng)電網(wǎng)需要的無(wú)功電流增大時(shí)，將改變兩機(jī)組的無(wú)功電結(jié)論：當(dāng)電網(wǎng)需要的無(wú)功電流增大時(shí)，將改變兩機(jī)組的無(wú)功電流分配，斜率越小的機(jī)組，無(wú)功電流的增量就越大。流分配，斜率越小的機(jī)組，無(wú)功電流的增量就越大。 當(dāng)母線電壓為當(dāng)母線電壓為 、無(wú)功電流為、無(wú)功電流為 時(shí)，時(shí)， ；當(dāng)電網(wǎng)需；當(dāng)電網(wǎng)需要的無(wú)功電流增大為要的無(wú)功電流增大為 時(shí)，電網(wǎng)電壓下降為時(shí)，電網(wǎng)電壓下降為 ，此時(shí)，此時(shí) 的無(wú)的無(wú)功電流增大到功電流增大到 ， 的無(wú)功電流增大到的無(wú)功電流增大到 ，且，且 ，顯，顯然然 。2MU1MUQIQI21QQII21QQII1QI2QI1G2G21QQII第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能

30、源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論30機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定都與勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)。電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定都與勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)。 當(dāng)電力系統(tǒng)由于種種原因，出現(xiàn)短時(shí)低電壓時(shí)，勵(lì)磁自當(dāng)電力系統(tǒng)由于種種原因，出現(xiàn)短時(shí)低電壓時(shí)，勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，即大幅度地增加勵(lì)磁以提動(dòng)控制系統(tǒng)可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，即大幅度地增加勵(lì)磁以提高系統(tǒng)電壓，改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件。高系統(tǒng)電壓，改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件。在機(jī)組甩負(fù)荷或其他原因造成發(fā)電機(jī)過(guò)電壓時(shí)，強(qiáng)行減磁。在機(jī)組甩負(fù)荷或其他原因造成發(fā)電機(jī)過(guò)電壓時(shí)，強(qiáng)行減磁。（4 4）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性（5 5）改善電力

31、系統(tǒng)的運(yùn)行條件）改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件（6 6）水力發(fā)電機(jī)組要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁）水力發(fā)電機(jī)組要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論31機(jī)械工業(yè)出版社 水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁功率單元共同完成，因此對(duì)兩者各自提出如下的要求：功率單元共同完成，因此對(duì)兩者各自提出如下的要求：機(jī)械工業(yè)出版社3 3、對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求、對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求（1 1）對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求）對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求時(shí)間常數(shù)小，能迅速響應(yīng)輸入情況的變化；時(shí)間常數(shù)小，能迅速響應(yīng)輸入情況的變化；能夠合理分配機(jī)組的無(wú)功功率；能夠合

32、理分配機(jī)組的無(wú)功功率；能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能，以提能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能，以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論32機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社（2 2）對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求）對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求要求具有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)要求具有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)電力系統(tǒng)各種運(yùn)行工況；電力系統(tǒng)各種運(yùn)行工況；具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。勵(lì)磁頂值電具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。勵(lì)磁頂值電壓是在勵(lì)磁功率單元強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)可能提供的最高

33、電壓；壓是在勵(lì)磁功率單元強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)可能提供的最高電壓；勵(lì)磁電壓上升速度是勵(lì)磁系統(tǒng)快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。勵(lì)磁電壓上升速度是勵(lì)磁系統(tǒng)快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論33機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社5.4.2.2 5.4.2.2 小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)小水力同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論34機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)有直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)有直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)三大類。機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)三大類。

34、 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中采用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源，直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中采用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源，供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流。供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流。直流機(jī)勵(lì)磁方式又可分為自勵(lì)式和他勵(lì)式。直流機(jī)勵(lì)磁方式又可分為自勵(lì)式和他勵(lì)式。1 1、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)第第1章章 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)導(dǎo)論35機(jī)械工業(yè)出版社LGLLQ自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器RCTVGFLQTA_ 圖中直流發(fā)電機(jī)圖中直流發(fā)電機(jī)LGLG本身的勵(lì)磁電流通過(guò)自勵(lì)方式獲得。本身的勵(lì)磁電流通過(guò)自勵(lì)方式獲得。其勵(lì)磁繞組其勵(lì)磁繞組LLQLLQ與直流發(fā)電機(jī)電樞繞組并聯(lián)，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出與直流發(fā)電機(jī)電樞繞組并聯(lián)，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電提供給同步發(fā)電機(jī)的電提供給同步發(fā)電機(jī)G G的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁繞組FLQFLQ，TVTV為變壓器。