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1、电力系统 自动装置原理,上海交通大学 电气工程系,第三章 同步发电机励磁自动控制系统,总 述,发电机励磁系统的任务,发电机励磁系统的任务,电压控制,等值电路,相量图,GEW,xd,G,发电机励磁系统的任务,电压控制,同步发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节 励磁电流来维持机端电压为给定水平的。,发电机励磁系统的任务,控制无功功率的分配 设单机无穷大系统：,UG = 常数,.,发电机励磁系统的任务,控制无功功率的分配 由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁 电流的大小无关。,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,励磁对静态稳定的影响,发电机的输出功率为,发电机励磁系统的任务,
2、提高并联运行的稳定性,a,b,c,同步发电机的功角特性,最大可能传输的功率极限为,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,它使发电机能在大于90度范围的人工稳 定区运行，即可提高发电机输送功率极 限或提高系统的稳定储备。,发电机励磁系统的任务,提高并联运行的稳定性,励磁对暂态稳定的影响,发电机的暂态稳定等面积法则,发电机励磁系统的任务,强行励磁以改善电力系统运行条件 强励：通过励磁控制系统快速（时间常数小）、高强度（励磁倍数高）地增大励磁电流。,发电机励磁系统的任务,对励磁系统的要求,维持电压水平和无功的合理分配,控制能力和调节范围,快速反应能力,高度的可靠性 快速性,结构简单，易于维护,
3、长期可靠工作,同步发电机励磁系统类型,励 磁 系 统,直流励磁机：靠机械整流子换向整流提供励磁电流 交流励磁机：励磁机的输出电流通过电力电子设备整流 静止励磁：无励磁机，直接由机端励磁变压器提供励磁电流,试试你的发散思维,先介绍一下人工调节励磁的模式： 然后请你以静止励磁为例，根据你所学过的电机学知识、自动装置知识等想想如何构造自动控制励磁系统？,励磁系统的整流电路,整 流 电 路,三相桥式全控整流电路,触发顺序：1-2-3-4-5-6,相隔60度 输出平均电压： Ud=1.35Eabcos,三相输入电压波形和控制角起始起点,起始点,励磁控制系统调节特性和并联机组间无功分配,励磁控制系统框图,
4、同步发电机,励磁功率单元,励磁调节器,手动,自动,励磁调节器检测发电机的电压、电流或其它状态量，然后按指 定的调节准则对励磁功率单元发出控制信号，实现控制功能。,励磁系统,其他信号,励磁调节器的基本特性与框图,比例式励磁调节器,励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调节器，它的主要输入量是发电机端电压，其输出用来控制励磁功率单元。电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器基本框图,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器的简化框图,励磁调节器的特性曲线在工作区内的陡度，是调节器性能的主要指标之一，即,测量K1,综合放大K2,移相
5、触发K3,可控整流K4,UG,UREF,Ude,USM,UAVR,K调节器的放大倍数,励磁调节器的基本特性,励磁控制系统静态特性,无功调节特性,在公共母线上并联运行的发电 机组间无功功率的分配，主要 取决于各台发电机的无功调节 特性。而无功调节特性是用调 差系数来表征的:,调差系数越小说明IQ对UG影 响越小,UG,UG1,UG2,0,IQ,IQN,UG,插播问题1：你认为调差越大，调差的力度越高还是越低呢？ 插播问题2：调差系数有可能是负数吗？,励磁调节器的基本特性,励磁控制系统静态特性,调差系数存在的意义: 能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击； 保证并联运行的发电机组间无功功率的
6、合理分配。,UG,IQ,= 0, 0, 0,UG0,励磁调节器的基本特性,发电机无功电流的转移,3-2-1 IQ投入运行到合适点, 无冲击 1-2-3 退出运行,IQ减小到零,无冲击,UG,IQ,UM,1,2,3,IQ2,IQ1,并联运行机组间的无功功率分配,无差调节特性 1 无差+有差,有困难,无法稳定,不能并联运行,2 无差+无差,UG,IQ, = 0, 0, 0,U,U,U,IQ2,UG,IQ,U,U,并联运行机组间的无功功率分配,有差调节特性,UG,UG,UG,0,IQ,IQ,UG0,UGN,IQ,IQ,IQ,IQN,现在可以回过去讲解励磁系统框图中调差元件的作用了,我国励磁调节器的发
7、展及分类,20世纪初,1950s,1960s,1980s,数字式励磁调节器的优点 方便地实现复杂的控制策略 便于修改，灵活性强 可以实现更加完备的限制和保护功能 操作简单、维护方便以及便于试验和调试,励磁调节装置原理,励磁调节装置原理,图为600MW发电机自并励励磁系统,励磁调节装置原理,图为300MW三机励磁系统励磁调节器,励磁调节装置原理,基 本 控 制 电压调节 无功分配,辅 助 控 制 瞬时电流限制 最大励磁电流限制 最小励磁电流限制 电压频率保护 失磁监控 励磁系统稳定器 PSS 等等,励磁调节装置原理,数字式励磁调节器原理框图,这个图是老图了，可以参考书上75页3-48图,励磁调节
8、装置原理,控制的数学模型 PID模型:,离散化为,励磁调节装置原理,控制的数学模型 增量式PID调节 增量式PID调节的优点是，因为数字调节器只输出增量，所以计算误差或精度对控制量影响较小，控制的作用不会发生大幅度变化。且增量算式只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。,励磁调节装置原理,基本调节方式 算法: 辅助控制 瞬时电流限制 最大励磁限制器 最小励磁限制器 电压频率（V/Hz）限制和保护 发电机失磁监控,励磁调节装置原理,最小励磁限制,功率圆方程如下：,励磁调节装置原理,功率圆,M 为静态稳定功率极限,考虑实际运行因素，最小励磁限制应在N 之内,当发电机运行在Q 0 的部分时，发电机为进相运行状态,励磁调节装置原理,励磁调节器的运行,内容回顾,主要介绍同步发电机励磁自动控制系统的组成原理及其运行特性。 参考教材： 杨冠城.电力系统自动装置原理第四版. 第三章.,Thank You !,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器的静态工作特性,调节器放大系数K与组成调 节器的各单元增益的关系为,励磁调节器总的放大倍数等于 各组成单元放大倍数的乘积,0,0,0,0,Ude,UAVR,UAVR,Ude,UG,UG,USM,USM,UREF,b,a,励磁调节器的基本特性,发电机励磁控制系统静态特性,发电机调节特性,
