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，軸系長度長，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量等。這些都是需要研究解決的問題,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)器功能簡介,無功補(bǔ)償（調(diào)差） 強(qiáng)勵(lì)電流限制（快速限制） 過勵(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（過無功限制） 伏赫限制（V/HZ、U/F）（過激磁） 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（陽極電壓）；2、電流強(qiáng)勵(lì)能力取決于可控硅電流或者說是功率柜的數(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（過無功限制、過勵(lì)限制）,定子電流限制還可以采用根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率來確定發(fā)電機(jī)允許輸出無功功率的方式來實(shí)現(xiàn)，即過無功限制,當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過了限制區(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ㄗ与娏飨拗破鞯淖饔檬钦{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子電流中的無功分量，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 測量軸轉(zhuǎn)速，測量和處理比較復(fù)雜, 軸系扭轉(zhuǎn)的處理更加困難，使用較少 測量過剩功率P，測量和處理更加復(fù)雜,輸入信號(hào)多，使用也少 測量電功率Pe，在假定機(jī)械功率不變的情況下，可