1、同步發電機勵磁自動控制系統2/432022-4-4主要內容主要內容1、同步發電機勵磁控制系統的任務、同步發電機勵磁控制系統的任務 （1）電壓控制）電壓控制 （2）控制無功功率）控制無功功率 （3）提高同步發電機并列運行的穩定性）提高同步發電機并列運行的穩定性 （4）改善電力系統的運行條件）改善電力系統的運行條件 （5）水輪發電機強行減磁）水輪發電機強行減磁2、對勵磁系統的基本要求、對勵磁系統的基本要求3、同步發電機的勵磁系統的各種類型及其、同步發電機的勵磁系統的各種類型及其 結構和特點結構和特點3/432022-4-4第一節第一節 概述概述4/432022-4-4第一節第一節 概述概述 同步發

2、電機的運行特性與它的空載電動勢同步發電機的運行特性與它的空載電動勢Eq值的大小有關，值的大小有關，而而Eq值是發電機勵磁電流的函數。改變勵磁電流就可以影響同值是發電機勵磁電流的函數。改變勵磁電流就可以影響同步發電機在電力系統中的運行特性。步發電機在電力系統中的運行特性。在某些故障情況下，發電機端電壓降低將導致電力在某些故障情況下，發電機端電壓降低將導致電力系統穩定水平下降，為此，當電力系統故障時，要系統穩定水平下降，為此，當電力系統故障時，要求發電機迅速增大勵磁電流，以維持電網的電壓水求發電機迅速增大勵磁電流，以維持電網的電壓水平及穩定性。平及穩定性。 電力系統在正常運行時，發電機勵磁電流的變

3、化主要電力系統在正常運行時，發電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓水平和并聯運行機組間無功功率分配。影響電網的電壓水平和并聯運行機組間無功功率分配。 同步發電機勵磁的自動控制在保證電能質量、無功功率的同步發電機勵磁的自動控制在保證電能質量、無功功率的合理分配、提高電力系統運行的可靠性方面均起到十分重要的合理分配、提高電力系統運行的可靠性方面均起到十分重要的作用。作用。5/432022-4-4勵磁自動控制系統勵磁自動控制系統由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機構成了由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機構成了反饋控制系統。反饋控制系統。勵磁勵磁功率單元功率單元G勵磁調節器勵磁調節器輸入信息輸入信息發電

4、機發電機電力系統電力系統向同步發電機轉向同步發電機轉子提供直流電流子提供直流電流 根據輸入信號和給定的調節根據輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元的輸出準則控制勵磁功率單元的輸出6/432022-4-4一一 同步發電機勵磁控制系統的任務同步發電機勵磁控制系統的任務1、電壓控制、電壓控制(調壓精度調壓精度0.5%)2、控制無功功率分配、控制無功功率分配3、提高同步發電機并聯運行的穩定性、提高同步發電機并聯運行的穩定性4、改善電力系統的運行條件、改善電力系統的運行條件 改善異步電動機的自啟動條件改善異步電動機的自啟動條件 為發電機異步運行創造條件為發電機異步運行創造條件 提高繼電保護裝置工作的

5、正確性提高繼電保護裝置工作的正確性5、水輪發電機組要求實行強行減磁、水輪發電機組要求實行強行減磁7/432022-4-4 負荷的無功電流是造成負荷的無功電流是造成Eq,UG 之間幅值差的主要原因之間幅值差的主要原因1 1 電壓控制電壓控制勵磁自動控制系統擔負了維持電壓水平的任務勵磁自動控制系統擔負了維持電壓水平的任務G GEFUEFIGUGIGEWGEWqEGUGIdXqEGUGIdGXjIdQXjIPIQIG等值等值dGGqXI jUEdQGGqXIUEcosdQGqXIUE1cosG8/432022-4-41 1 電壓控制電壓控制機端電壓機端電壓勵磁電流勵磁電流負荷無功電流負荷無功電流 勵

6、磁自動控制系統就是通過不斷的勵磁自動控制系統就是通過不斷的調節勵磁電流調節勵磁電流來來維持發電機端電壓為設定值的維持發電機端電壓為設定值的 注：改變發電機的勵注：改變發電機的勵磁電流一般都不直接在磁電流一般都不直接在發電機的轉子回路中進發電機的轉子回路中進行，而是行，而是改變勵磁機的改變勵磁機的勵磁電流的方法來達到勵磁電流的方法來達到調節目的調節目的。原因是轉子。原因是轉子回路的電流很大，不易回路的電流很大，不易直接調整。直接調整。同步電機外特性同步電機外特性9/432022-4-42 2 控制無功功率分配控制無功功率分配與無窮大母線并聯運行與無窮大母線并聯運行G GGU= 常數= 常數GI單

7、機無窮大系統單機無窮大系統cos.GGGPU Iconst 發電機發出的有功功發電機發出的有功功率只受調速器控制率只受調速器控制sin.qGGdE UPconstX 1cosKIG2sinKEq10/432022-4-42 2 控制無功功率分配控制無功功率分配與無窮大母線并聯運行與無窮大母線并聯運行發電機勵磁電流變化只是改變了機組的發電機勵磁電流變化只是改變了機組的無功功率無功功率Q Q和功率和功率角角值值的大小。的大小。與無窮大母線并聯運與無窮大母線并聯運行的機組，調節勵磁行的機組，調節勵磁電流就可以改變發電電流就可以改變發電機的無功功率。機的無功功率。G GGU= 常數= 常數GI11/4

8、32022-4-42 2 控制無功功率分配控制無功功率分配多臺發電機并多臺發電機并聯運行聯運行GG1QI2QIQI并聯發電機組無功功率分配取決并聯發電機組無功功率分配取決于各發電機的外特性，曲線越平于各發電機的外特性，曲線越平坦的機組其無功電流的增量越大坦的機組其無功電流的增量越大通常希望發電機組間的無功功率通常希望發電機組間的無功功率分配按照機組容量大小比例分配分配按照機組容量大小比例分配單純把并聯所有機組的外特性單純把并聯所有機組的外特性做成相同是不可能的做成相同是不可能的調節勵磁可以任意改變調節勵磁可以任意改變外特性曲線的斜率以達外特性曲線的斜率以達到合理分配無功的目的。到合理分配無功的

9、目的。GU1MU2MUQI1QI2QI1QI2QI1G2G2QID1QID12/432022-4-42 2 控制無功功率分配控制無功功率分配名稱說明名稱說明我國在我國在1953年以前把調整同步發電機勵磁電流的自年以前把調整同步發電機勵磁電流的自動裝置成為動裝置成為“自動調壓器自動調壓器”，1953年后又改稱為年后又改稱為“自動勵磁調節器自動勵磁調節器”，現在又有，現在又有重稱為自動調壓器的趨勢。重稱為自動調壓器的趨勢。13/432022-4-43 3 提高同步發電機并聯運行的穩定性提高同步發電機并聯運行的穩定性電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類在在20世紀世紀60年代及以前年

10、代及以前1 靜態穩定性靜態穩定性2 動態穩定性動態穩定性系統受到系統受到小擾動小擾動后后保持保持所有運行所有運行參數接近正常值的能力參數接近正常值的能力系統受到系統受到大擾動大擾動后，系統參數后，系統參數恢恢復到正常值復到正常值的能力的能力出現了出現了自動再同期現象自動再同期現象發電機在失去同步后經過較短時間的發電機在失去同步后經過較短時間的異步運行又自動牽入同步，主系統仍然能夠保持同步異步運行又自動牽入同步，主系統仍然能夠保持同步1 靜態穩定性靜態穩定性2 動態穩定性動態穩定性3 綜合穩定性綜合穩定性小擾動小變速運行狀態小擾動小變速運行狀態大擾動小變速運行狀態大擾動小變速運行狀態大擾動大變速

11、運行狀態大擾動大變速運行狀態1954年蘇聯學年蘇聯學者維者維.柯柯.維尼柯維尼柯夫夫電力系統電力系統機電過渡過程機電過渡過程14/432022-4-4電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類1 靜態不穩定性靜態不穩定性1974年美國學者年美國學者拜金利及金巴克主拜金利及金巴克主編論文集編論文集大規模大規模電力系統穩定性電力系統穩定性2 動態不穩定性動態不穩定性3 暫態不穩定性暫態不穩定性功角過大而失步（滑行失步）功角過大而失步（滑行失步）大小擾動引起的振蕩失步大小擾動引起的振蕩失步大擾動后發電機在第一搖擺失步大擾動后發電機在第一搖擺失步靜態靜態/動態穩定性定義及理解出現了混亂動態穩

12、定性定義及理解出現了混亂1981年在年在IEEE PES Winter Meeting重新對電力系統穩定性進重新對電力系統穩定性進行定義行定義1 靜態穩定性靜態穩定性/小擾動穩定性小擾動穩定性2 暫態穩定性暫態穩定性/大擾動穩定性大擾動穩定性當系統受到小的干擾后，系統會達到與受干擾前相同或接近的運行狀態當系統受到小的干擾后，系統會達到與受干擾前相同或接近的運行狀態當系統遭受到干擾后，系統可以達到一個可以接受的穩定運行狀態當系統遭受到干擾后，系統可以達到一個可以接受的穩定運行狀態所加干擾足夠小，可以用系統的所加干擾足夠小，可以用系統的線性化方程來描述系統過渡過程線性化方程來描述系統過渡過程所加的

13、干擾使得不能用系統的線所加的干擾使得不能用系統的線性化方程來描述系統過渡過程性化方程來描述系統過渡過程15/432022-4-4電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類2004年年8月，月，IEEE發表了發表了CIGRE第第38委員會與委員會與IEEE系統動態行系統動態行為委員會聯合小組制定的電力系統穩定性分類及定義為委員會聯合小組制定的電力系統穩定性分類及定義電力系統穩定性電力系統穩定性功角穩定性功角穩定性頻率穩定性頻率穩定性電壓穩定性電壓穩定性小干擾功角小干擾功角穩定性穩定性大干擾功角大干擾功角穩定性穩定性小干擾電壓小干擾電壓穩定性穩定性大干擾電壓大干擾電壓穩定性穩定性短期穩定

14、性短期穩定性短期穩定性短期穩定性長期穩定性長期穩定性短期穩定性短期穩定性長期穩定性長期穩定性16/432022-4-4電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類功角穩定性功角穩定性注：把原來的注：把原來的靜態穩定（小靜態穩定（小擾動穩定性）擾動穩定性）和暫態穩定性和暫態穩定性（大干擾穩定（大干擾穩定性）合起來統性）合起來統稱為功角穩定稱為功角穩定性性表征著系統維持同步的能力，主要原因是發電機輸入、表征著系統維持同步的能力，主要原因是發電機輸入、輸出轉矩平衡受到破壞，失步的形式可能是功角單調輸出轉矩平衡受到破壞，失步的形式可能是功角單調增長，也可能是增幅振蕩。增長，也可能是增幅振蕩。分

15、析時間為分析時間為1020s靜態穩定性靜態穩定性系統在小干擾下維持同步的能力系統在小干擾下維持同步的能力滑行失步型滑行失步型振蕩失步型振蕩失步型暫態穩定性暫態穩定性系統在大干擾下維持同步的能力系統在大干擾下維持同步的能力功角非周期增長而失步功角非周期增長而失步增幅的低頻振蕩而失步增幅的低頻振蕩而失步17/432022-4-4電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類電壓穩定性電壓穩定性表征著系統在給定的初始條件下，受到擾動后維持所表征著系統在給定的初始條件下，受到擾動后維持所有母線的電壓的能力。主要原因是負荷需求與系統可有母線的電壓的能力。主要原因是負荷需求與系統可能提供的總量出現了

16、不平衡。表現在電壓持續下降能提供的總量出現了不平衡。表現在電壓持續下降（或上升），又稱（或上升），又稱“電壓崩潰電壓崩潰”。發電機的勵磁控制產生重要的影響：在過渡過程中，發電機的勵磁控制產生重要的影響：在過渡過程中，當勵磁電流的增長達到設定的限幅值（相當于勵磁控當勵磁電流的增長達到設定的限幅值（相當于勵磁控制退出），常常是出現電壓不穩定的直接原因。制退出），常常是出現電壓不穩定的直接原因。大干擾電壓穩定性大干擾電壓穩定性小干擾電壓穩定性小干擾電壓穩定性短期電壓穩定性短期電壓穩定性長期電壓穩定性長期電壓穩定性系統在系統在大干擾后大干擾后維持可接受穩態電壓的能力維持可接受穩態電壓的能力系統在系統在

17、小干擾后小干擾后維持可接受穩態電壓的能力維持可接受穩態電壓的能力包含快速響應負荷和勵磁控制等動態特性及相互作用包含快速響應負荷和勵磁控制等動態特性及相互作用包含慢速響應負荷和勵磁限幅器等動態特性及相互作用包含慢速響應負荷和勵磁限幅器等動態特性及相互作用18/432022-4-4電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類頻率穩定性頻率穩定性1 表征著系統遭受到嚴重的故障造成出力與負荷出現表征著系統遭受到嚴重的故障造成出力與負荷出現較大的不平衡時維持頻率在可接受的范圍的能力。取較大的不平衡時維持頻率在可接受的范圍的能力。取決于系統在切除最大可能切除的負荷后是否能夠恢復決于系統在切除最大可

18、能切除的負荷后是否能夠恢復出力與負荷之間的平衡。出力與負荷之間的平衡。2 頻率發生不穩定時，潮流、電壓及其他變量會出現頻率發生不穩定時，潮流、電壓及其他變量會出現大的波動，并引起系統中控制和保護的動作，造成更大的波動，并引起系統中控制和保護的動作，造成更多機組或負荷的切除。這種情況出現在大系統因失步多機組或負荷的切除。這種情況出現在大系統因失步而解列為數個孤立系統，在這些系統中，發電機之間而解列為數個孤立系統，在這些系統中，發電機之間的穩定不是問題，主要是出力和負荷是否會保持平衡。的穩定不是問題，主要是出力和負荷是否會保持平衡。頻頻率率過過渡渡過過程程時時間間秒級（幾秒秒級（幾秒）低壓及低頻減

19、載、發電機控制器起主要作用低壓及低頻減載、發電機控制器起主要作用分級（幾分）分級（幾分）鍋爐、機組保護和負荷調壓系統起主要作用鍋爐、機組保護和負荷調壓系統起主要作用19/432022-4-4電力系統穩定性的定義與分類電力系統穩定性的定義與分類 我國在我國在2001年制定的年制定的DL755-2001電力系統安全電力系統安全穩定導則穩定導則中將穩定性分為：中將穩定性分為： 靜態穩定性靜態穩定性小擾動穩定性小擾動穩定性 暫態穩定性暫態穩定性大擾動穩定性大擾動穩定性 動態穩定性動態穩定性動態穩定性動態穩定性 電力系統受到小擾動時，考慮調節電力系統受到小擾動時，考慮調節器及元件動態，并分析它在暫態過程

20、后能否趨于或者器及元件動態，并分析它在暫態過程后能否趨于或者接近原來穩定工況的能力。接近原來穩定工況的能力。20/432022-4-4勵磁對靜態穩定性的影響勵磁對靜態穩定性的影響GT1T1T2T2L LqEdX1TXlX2TXUsinXUEPqo90o90調節勵磁系統使得調節勵磁系統使得 為常數為常數E 勵磁調節系統可以勵磁調節系統可以有效提高系統的靜態有效提高系統的靜態穩定極限穩定極限2022-4-4勵磁對暫態穩定性的影響勵磁對暫態穩定性的影響GT T1 1T T2 2L L 勵磁系統的作用體現在使勵磁系統的作用體現在使得發電機內電勢上升而增加電得發電機內電勢上升而增加電功率輸出，提高了功率

21、極限，功率輸出，提高了功率極限，從而減小加速面積，增加了減從而減小加速面積，增加了減速面積，提高了暫態穩定性速面積，提高了暫態穩定性實現手段：實現手段：1、縮小勵磁系統時間常數、縮小勵磁系統時間常數2、盡可能提高強行勵磁倍數、盡可能提高強行勵磁倍數P P故障前故障前故障后（未調勵磁）故障后（未調勵磁）故障時（未調勵磁）故障時（未調勵磁）故障后（調勵磁）故障后（調勵磁）故障時（調勵磁）故障時（調勵磁）22/432022-4-44 4 改善電力系統運行條件改善電力系統運行條件1、改善異步電動機的自啟動條件、改善異步電動機的自啟動條件2、為發電機異步運行創造條件、為發電機異步運行創造條件3、提高繼電

22、保護裝置工作的正確性、提高繼電保護裝置工作的正確性短路切除后的電壓恢復曲線短路切除后的電壓恢復曲線無勵磁控制無勵磁控制有勵磁控制有勵磁控制 可以調節勵磁可以調節勵磁(其他機組其他機組)為失為失磁異步運行的同步發電機提供大磁異步運行的同步發電機提供大量的無功功率，以維持其運行量的無功功率，以維持其運行調節勵磁電流來增大短路電流以保證繼電保護正確工作調節勵磁電流來增大短路電流以保證繼電保護正確工作低負荷，小短路電流低負荷，小短路電流繼電保護拒動繼電保護拒動23/432022-4-45 5 水輪發電機實行強行減磁水輪發電機實行強行減磁水輪發電機組因故障而跳閘水輪發電機組因故障而跳閘調速系統具有較大的

23、慣性調速系統具有較大的慣性導水葉不能迅速關閉導水葉不能迅速關閉轉子轉速急劇上升轉子轉速急劇上升勵磁電流勵磁電流不調整不調整發電機端電壓上升而危及發電機端電壓上升而危及定子絕緣定子絕緣勵磁電流迅勵磁電流迅速調整速調整機組安全機組安全24/432022-4-4二二 對勵磁系統的基本要求對勵磁系統的基本要求勵磁勵磁功率單元功率單元G勵磁調節器勵磁調節器輸入信息輸入信息發電機發電機電力系統電力系統向同步發電機轉向同步發電機轉子提供直流電流子提供直流電流 根據輸入信號和給定的調節根據輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元的輸出準則控制勵磁功率單元的輸出25/432022-4-41 1 對勵磁調節器的要

24、求對勵磁調節器的要求1、具有較小的時間常數，能夠迅速響應輸入信息的變化、具有較小的時間常數，能夠迅速響應輸入信息的變化2、系統正常運行時，勵磁調節器能反映發電機電壓的高低來、系統正常運行時，勵磁調節器能反映發電機電壓的高低來維持發電機電壓在給定的水平維持發電機電壓在給定的水平3、勵磁調節器能夠合理分配機組的無功功率、勵磁調節器能夠合理分配機組的無功功率4、對遠距離輸電的發電機組，要求沒有失靈區，以使其在穩、對遠距離輸電的發電機組，要求沒有失靈區，以使其在穩定區運行定區運行5、勵磁調節器迅速反映系統故障，具備強行勵磁的功能，提、勵磁調節器迅速反映系統故障，具備強行勵磁的功能，提高暫態穩定性和改善

25、系統的運行條件高暫態穩定性和改善系統的運行條件6、勵磁調節器能夠長期可靠工作，具有高可靠性、勵磁調節器能夠長期可靠工作，具有高可靠性工作可靠，功能齊全，各種工況下性能優越。工作可靠，功能齊全，各種工況下性能優越。26/432022-4-42 2 對勵磁功率單元的要求對勵磁功率單元的要求1、要求勵磁功率單元有足夠的可靠性，具有一定的調、要求勵磁功率單元有足夠的可靠性，具有一定的調節容量。節容量。2、具有足夠的、具有足夠的勵磁頂值電壓勵磁頂值電壓和和電壓上升速度電壓上升速度。就改善就改善電力系統運行條件和提高電力系統暫態穩定性而言，勵磁功率電力系統運行條件和提高電力系統暫態穩定性而言，勵磁功率單元

26、應該具有較大的單元應該具有較大的強勵能力強勵能力和和快速響應能力快速響應能力。注：注：1、勵磁頂值電壓勵磁頂值電壓是勵磁功率單元在強行勵磁時可能提供的最高是勵磁功率單元在強行勵磁時可能提供的最高輸出電壓值。輸出電壓值。2、勵磁頂值電壓與額定勵磁電壓之比為、勵磁頂值電壓與額定勵磁電壓之比為強勵倍數強勵倍數，一般為，一般為1.6227/432022-4-4結后語勵磁機容量僅僅占發電機的0.250.5%但作用巨大電壓控制電壓控制控制無功功率分配控制無功功率分配提高同步發電機并聯運行的穩定性提高同步發電機并聯運行的穩定性改善電力系統的運行條件改善電力系統的運行條件改善異步電動機的自啟動條件改善異步電動

27、機的自啟動條件為發電機異步運行創造條件為發電機異步運行創造條件提高繼電保護裝置工作的正確性提高繼電保護裝置工作的正確性水輪發電機組要求實行強行減磁水輪發電機組要求實行強行減磁第二節第二節 同步發電機勵磁系統同步發電機勵磁系統=基本知識點基本知識點=直流勵磁機勵磁系統（旋轉勵磁）直流勵磁機勵磁系統（旋轉勵磁）交流勵磁機勵磁系統（旋轉勵磁）交流勵磁機勵磁系統（旋轉勵磁）發電機自并勵系統（靜止勵磁系統）發電機自并勵系統（靜止勵磁系統）1 原理原理一、直流勵磁機勵磁系統一、直流勵磁機勵磁系統GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自勵：自勵： REE IEE UEF勵磁機勵磁機發電機發電機他勵

28、：他勵： REE IEE UEF 副勵副勵主勵主勵發電機發電機2特點特點優點：控制方便優點：控制方便缺點：有滑環、電刷缺點：有滑環、電刷易產生火花，可靠性不高易產生火花，可靠性不高結構復雜，不易維護結構復雜，不易維護3應用應用中小容量機組（中小容量機組（100MW）舊型機組舊型機組1 他勵交流勵磁機勵磁系統他勵交流勵磁機勵磁系統 （1）原理）原理二、交流勵磁機勵磁系統二、交流勵磁機勵磁系統500Hz副勵磁機副勵磁機 100Hz主勵磁機主勵磁機 50Hz發電機發電機起勵電源起勵電源副勵副勵自勵恒壓自勵恒壓調節器調節器勵磁調節器勵磁調節器主勵主勵交流發電機交流發電機他勵交流勵磁機靜止整流勵磁系統（

29、2）特點）特點優點：響應速度快（相對優點：響應速度快（相對DC）；）； 容量較大（相對容量較大（相對DC）缺點：有滑環、電刷缺點：有滑環、電刷 易產生火花，可靠性不高易產生火花，可靠性不高 結構復雜，不易維護結構復雜，不易維護（3）應用）應用中等容量機組（中等容量機組（ 100MW 300MW ）我國舊型機組我國舊型機組（1）原理）原理2 無刷勵磁系統無刷勵磁系統副勵磁機：電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉主勵磁機：電樞旋轉，磁極（勵磁）靜止發電機： 電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉副勵副勵勵磁調節器勵磁調節器主勵主勵交流發電機交流發電機2) 他勵交流勵磁機旋轉整流勵磁系統(無刷勵磁)（2）特點）特點優點：

30、維護工作量少；優點：維護工作量少； 可靠性高可靠性高 無接觸磨損，電機絕緣壽命長無接觸磨損，電機絕緣壽命長缺點：響應速度慢缺點：響應速度慢 不能直接滅磁不能直接滅磁 對機械性能要求高對機械性能要求高（3）應用）應用大容量機組（大容量機組（ 600MW ）因為沒有滑因為沒有滑動器件動器件三、靜止勵磁系統三、靜止勵磁系統1 原理原理起勵電源起勵電源勵磁調節器勵磁調節器交流發電機交流發電機3. 靜止勵磁系統(發電機自并勵系統)2 特點特點優點：維護工作量少；優點：維護工作量少； 可靠性高可靠性高 主軸長度短，基建投資少主軸長度短，基建投資少 電壓響應速度快電壓響應速度快 過電壓低過電壓低缺點：發電機

31、近端端路時，缺乏足夠的強勵能力缺點：發電機近端端路時，缺乏足夠的強勵能力 繼電保護的動作會受一定影響繼電保護的動作會受一定影響3 應用應用大容量機組（大容量機組（ 600MW ）水輪機組水輪機組因為沒有轉因為沒有轉動勵磁動勵磁41/222022-4-4勵磁系統中轉子磁場的建立與滅磁勵磁系統中轉子磁場的建立與滅磁GT T1 1T T2 2L L 在電力系統發生故障時，系統母線電壓極度降低，系統無功在電力系統發生故障時，系統母線電壓極度降低，系統無功缺額很大，需要在很短的時間內補足無功缺額以使系統迅速恢缺額很大，需要在很短的時間內補足無功缺額以使系統迅速恢復正常，這就要求有關的復正常，這就要求有關

32、的發電機轉子磁場能夠迅速增強，發電機轉子磁場能夠迅速增強，達到盡可能高的數值達到盡可能高的數值。 在事故情況下，轉子勵磁電壓的最大值及其建立的速度（響在事故情況下，轉子勵磁電壓的最大值及其建立的速度（響應速度）是兩個十分重要的指標應速度）是兩個十分重要的指標 強勵頂值強勵頂值與與響應比響應比。此外，為了使得發電機的勵磁效果及時發揮，需要考慮：此外，為了使得發電機的勵磁效果及時發揮，需要考慮：1、勵磁機的響應速度要快，勵磁機的時間常數小、勵磁機的響應速度要快，勵磁機的時間常數小2、發電機轉子磁場的建立速度要快。、發電機轉子磁場的建立速度要快。轉子強勵問題轉子強勵問題42/222022-4-42

33、2 勵磁繞組滅磁勵磁繞組滅磁 所謂滅磁，所謂滅磁，就是將發電機轉子勵磁繞組的磁場盡快地減弱為就是將發電機轉子勵磁繞組的磁場盡快地減弱為最小程度。最小程度。 如果突然斷開轉子回路，勵磁繞組是個大電感，勵磁電流如果突然斷開轉子回路，勵磁繞組是個大電感，勵磁電流不能突變，必然會產生很高的過電壓，會危及到轉子繞組的絕不能突變，必然會產生很高的過電壓，會危及到轉子繞組的絕緣，因此，緣，因此，不能采用斷開轉子回路的辦法來滅磁不能采用斷開轉子回路的辦法來滅磁。對于滅磁的要求：對于滅磁的要求：1、滅磁時間短、滅磁時間短2、滅磁過程中轉子電壓不應超過允許值，即不超過額定值的、滅磁過程中轉子電壓不應超過允許值，即

34、不超過額定值的45倍。倍。43/222022-4-43 3 勵磁繞組滅磁勵磁繞組滅磁方式方式滅磁原理滅磁原理耗能型滅磁(短弧滅弧柵， 前蘇聯曾使用)移能型滅磁（線性電阻滅磁/非線性電阻滅磁)逆變型滅磁不同機組情況（僅為部分舉例）水輪機 直流勵磁機：線性電阻 交流勵磁機：非線性電阻逆變滅磁）汽輪機 無刷勵磁：GEW無法接入滅磁開關，按發電機時間常數自然滅磁，AE勵磁滅磁， 三機勵磁：國外：主勵磁機勵磁繞組回路設置滅磁開關國內：發電機主勵磁回路二或三斷口滅磁開關線性電阻滅磁 靜止自勵系統斷開晶閘管整流器交流側電源中性點進行滅磁（如GE）發電機勵磁繞組回路設置滅磁開關線性電阻滅磁（如日立）非線性滅磁

35、電阻（ABB， 瑞典ASEA）44/222022-4-44 4 勵磁繞組對恒定電阻放電滅磁勵磁繞組對恒定電阻放電滅磁直流勵直流勵磁機磁機GGEWQFMKRGEWetiReemGEW在滅磁過程中，轉子繞組的端電壓可以被控制在滅磁過程中，轉子繞組的端電壓可以被控制 R越大，轉子繞組端電壓衰減越快，越大，轉子繞組端電壓衰減越快，滅磁過程也就快，但是，轉子繞組端滅磁過程也就快，但是，轉子繞組端電壓也就越大電壓也就越大 R越小，轉子繞組端電壓也就越小，越小，轉子繞組端電壓也就越小，但是，轉子繞組端電壓衰減越慢，滅但是，轉子繞組端電壓衰減越慢，滅磁過程也就慢磁過程也就慢(4 5)GEWRR 端電壓端電壓4

36、5倍倍45/222022-4-45 5 理想滅磁過程理想滅磁過程(4 5)GEWRRGEWet12 理想的滅磁過程理想的滅磁過程就是整個滅磁過程中始終保持轉子繞組就是整個滅磁過程中始終保持轉子繞組GEW的端電壓為最大允許值不變，直至勵磁回路斷開為止的端電壓為最大允許值不變，直至勵磁回路斷開為止 在滅磁過程中，轉子回路的在滅磁過程中，轉子回路的電流始終以電流始終以等速減少等速減少，而不再而不再以指數曲線減少，直至為零。以指數曲線減少，直至為零。曲線曲線1滅磁，滅磁速度滅磁，滅磁速度越來越慢越來越慢。曲線曲線2滅磁，勵磁電流滅磁，勵磁電流等速減少等速減少，在在t時刻降為零，過程中端電壓時刻降為零，

37、過程中端電壓始終為額定值。始終為額定值。0GEWdieLRidt5 6GEWGEWtLRR 46/222022-4-46 6 交流勵磁機系統的逆變滅磁交流勵磁機系統的逆變滅磁1、逆變過程中的逆變角取、逆變過程中的逆變角取40度，以保證逆變成功度，以保證逆變成功2、逆變過程中交流電源不能消失，否則就無法實現、逆變過程中交流電源不能消失，否則就無法實現有源逆變滅磁。有源逆變滅磁。3、兩個過程：、兩個過程：對于逆變滅磁，當逆變進行到發電機勵磁繞組中剩余磁場對于逆變滅磁，當逆變進行到發電機勵磁繞組中剩余磁場能量不能再維持逆變時，則逆變結束，能量不能再維持逆變時，則逆變結束，剩余能量向并聯電阻放電，直至

38、轉子勵磁電流衰減為零。剩余能量向并聯電阻放電，直至轉子勵磁電流衰減為零。在這種情況下，滅磁電阻可以采用容量小、阻值大的電阻。在這種情況下，滅磁電阻可以采用容量小、阻值大的電阻。 在采用晶閘管整流橋向轉子供應勵磁電流時，在采用晶閘管整流橋向轉子供應勵磁電流時，可以用晶閘管的可以用晶閘管的有源逆變特性來快速滅磁有源逆變特性來快速滅磁，可以實現，可以實現在轉子主回路中不添加設備就可以進行滅磁。在轉子主回路中不添加設備就可以進行滅磁。5.3 勵磁調解裝置的基本原理5.3 勵磁調解裝置的基本原理勵磁調解裝置的基本原理基本原理框圖 5.3.2 ZTL型勵磁調節器的構成與工作原理1. 電壓測量比較單元電壓測

39、量比較單元的作用是測量發電機端電壓G 并轉為與其成正比的直流電壓，與給定的基準電壓相比較，得到電壓的偏差信號。測單元由電壓測量和比較整定環節組成。(1) 電壓測量電路電壓測量電路的作用是將發電機端電壓降壓、整流、濾波后轉換成一直流電壓。測量變壓器的作用是將電壓互感器二次側電壓降低為適用于整流電路所需的值。其次級接三相全橋整流元件，再經過RC 濾波器濾波后，得到正比于機端電壓的直流電壓信號。（2）比較整定電路比較整定電路的作用：一是將測量輸出的電壓U C 與給定電壓U gd 相比較，輸出一個表征發電機與其給定值偏差的直流電壓U b ；二是通過調節發電機給定電壓值U gd 去調節U b 的大小，進

40、而調節發電機端電壓或無功功率。給定值的調節可以本地手動調節，也可以遠方手動調節或通過自動調節裝置調節。（3) 發電機端電壓整定過程發電機端電壓整定是指確定發電機端電壓穩定工作電壓。它是通過調整圖5.18 中電位器W的阻值WR來實現的。W 的阻值可以在本地手動調整，也可以在控制室通過控制電動機D 的正、反轉進行遠方調整。2. 綜合放大單元1) 綜合放大單元的作用(1) 綜合放大各種勵磁控制信號。 (2) 改善勵磁自動控制系統的靜態和動態性能指標。 (3) 輸出移相單元所需的輸入電壓。2) 對綜合放大單元的基本要求(1) 能線性無關地綜合、放大各輸入信號。所謂線性無關地放大各輸入信號，是指輸出與輸

41、入之間呈線性關系，而且改變輸入信號的任何一個信號的放大倍數，不影響其他輸入信號的放大倍數。(2) 要有足夠的運算精度和放大系數，且放大系數可調。(3) 要有足夠的響應速度，即時間常數要小。(4) 工作穩定可靠，輸出阻抗低。即要求零點漂移小，負載能力強，保證綜合放大單元的輸出電壓不受移相觸發單元工作的影響。(5) 輸出電壓范圍應滿足移相觸發單元的要求。3) 綜合放大單元的工作原理及特性3. 晶閘管整流電路1) 晶閘管整流電路的作用2) 晶閘管整流電路的工作原理及特性工作原理(1) 整流元件的通斷。(2) 整流元件的導通次序。(3) 晶閘管的控制角。(4) 晶閘管的導通角 。(5) 整流電路的輸入

42、電壓。(6) 整流電路的輸出電壓。(7) 續流管的作用。4. 同步和移相觸發單元1) 對移相觸發單元的要求(1) 晶閘管的觸發脈沖應與晶閘管陽極電壓同步。 (2) 觸發脈沖的移相范圍要符合相應可控整流電路的要求。(3) 觸發脈沖應有足夠的功率以保證晶閘硅可靠地導通。 (4) 觸發脈沖上升沿要陡。 (5) 觸發脈沖應有足夠的寬度。 (6) 保證各相晶閘管的控制角 一致。 (7) 觸發脈沖應與主電路相互隔離。移相觸發電路的工作原理及特性圖5.24 是移相觸發單元的構成框圖。其包括同步、移相、脈沖形成和脈沖放大等幾個部分。61/222022-4-4勵磁調節器的靜態工作特性勵磁調節器的靜態工作特性勵磁

43、調節器的特性曲線在工作區的陡度勵磁調節器的特性曲線在工作區的陡度是調節器的主要指標之一是調節器的主要指標之一AVRUGU4321KKKKUUUUUUUUUUKAVRSMdeSMGREFdeGREFAVRDDDDDDDD62/222022-4-4勵磁調節器的靜態工作特性及調整勵磁調節器的靜態工作特性及調整GUREFUdeUdeUSMUAVRUAVRUGUSMU1234AVRREFGUK K K KUU63/222022-4-42 2 發電機勵磁自動控制系統的靜態工發電機勵磁自動控制系統的靜態工作特性作特性G勵勵磁磁機機baEFIGUEFIEEIGUGIEFIQI1GUGNGUU23GU321GG

44、GUUU發電機的調節特性：發電機的調節特性： IEF= f（IQ）發電機轉子電流發電機轉子電流IEFvs.無功負荷電流無功負荷電流IQ勵磁機定子電流勵磁機定子電流IEF 與勵與勵磁機的勵磁電流磁機的勵磁電流IEE 之間之間是線性關系是線性關系dQGGqXIUEcos64/222022-4-4發電機無功調節特性發電機無功調節特性EEI)(EFIGUQIQI發電機發電機轉子電轉子電流直接流直接用勵磁用勵磁機的勵機的勵磁電流磁電流來表示來表示1GU2GUa a a b b b 無功調節特性曲線無功調節特性曲線特征：稍有下傾特征：稍有下傾65/222022-4-4發電機調差系數發電機調差系數GUQIa

45、 b 調節特性下傾的程度表征了發電機調節特性下傾的程度表征了發電機勵磁控制系統運行特性的一個重要勵磁控制系統運行特性的一個重要參數參數調差系數調差系數*2*121GGGGNGGUUUUUUD無功電流從無功電流從零零增加到增加到額定值額定值時發電機電壓的相對變化時發電機電壓的相對變化空載空載額定無功額定無功 多臺發電機綜合調差系數？多臺發電機綜合調差系數？*/GNUUUQQQDD DD66/222022-4-43 3 并聯發電機組的無功功率分配并聯發電機組的無功功率分配 多臺發電機并聯運行時，改變任何一臺機組的勵磁電流不僅影多臺發電機并聯運行時，改變任何一臺機組的勵磁電流不僅影響本機組的無功電流

46、，而且影響同一母線上并聯機組的無功電流，響本機組的無功電流，而且影響同一母線上并聯機組的無功電流，母線電壓也發生變化，這些變化與機組的調差特性有關。母線電壓也發生變化，這些變化與機組的調差特性有關。1、一臺無差調節特性機組與有差調節特性機組并聯運行、一臺無差調節特性機組與有差調節特性機組并聯運行穩定運行點穩定運行點正調差正調差特性特性無差調無差調節特性節特性 一臺無差調節特性的發一臺無差調節特性的發電機可以和多臺正調差特電機可以和多臺正調差特性的發電機并聯運行性的發電機并聯運行 平移調差特性曲線，可平移調差特性曲線，可以改變無功分配以改變無功分配QIGU 平移調差特性曲線，可平移調差特性曲線，

47、可以改變電壓以改變電壓67/222022-4-43 3 并聯發電機組的無功功率分配并聯發電機組的無功功率分配無差負差無差負差負調差特性的發電機不能在公共母線上并聯運行的負調差特性的發電機不能在公共母線上并聯運行的不穩定運不穩定運行點行點無差調無差調節特性節特性負調差負調差特性特性QIGU 小擾動使得無功增加小擾動使得無功增加 IEF增加以增加增加以增加Q 無功進一步增加無功進一步增加負調差特性機組負調差特性機組68/222022-4-4并聯發電機組的無功功率分配并聯發電機組的無功功率分配2、兩臺無差調節特性機組并聯運行、兩臺無差調節特性機組并聯運行無差調節特性無差調節特性1QIGU無差調節特性

48、無差調節特性2兩條曲線分離則無交點，實際運行又很難做到曲線重合，兩條曲線分離則無交點，實際運行又很難做到曲線重合，因此，因此，兩臺無差調節特性機組是不能并聯運行兩臺無差調節特性機組是不能并聯運行69/222022-4-4并聯發電機組的無功功率分配并聯發電機組的無功功率分配3、多臺正調差特性機組并聯運行、多臺正調差特性機組并聯運行GG1QI2QIQI1、母線電壓波動時，發、母線電壓波動時，發電機的無功電流增量與電機的無功電流增量與電壓偏差成正比，與調電壓偏差成正比，與調差系數成反比，與電壓差系數成反比，與電壓整定值無關。整定值無關。2、在同一母線上并聯發、在同一母線上并聯發電機，無功負荷波動時，

49、電機，無功負荷波動時，電壓偏差相同，調差系電壓偏差相同，調差系數小的發電機承擔多的數小的發電機承擔多的無功電流增量無功電流增量GU1MU2MUQI1QI2QI1QI2QI1G2G2QID1QID70/222022-4-4并聯發電機組的無功功率分配并聯發電機組的無功功率分配*GQUIDD*0*1GGQUUI3、為了滿足各臺發電、為了滿足各臺發電機無功負荷的波動量與機無功負荷的波動量與他們的額定容量成正比，他們的額定容量成正比，則要求并聯發電機組具則要求并聯發電機組具有相同的調差系數。有相同的調差系數。4、需要改變發電機組、需要改變發電機組的無功負荷時，調整的無功負荷時，調整調節器的整定元件，調節器的整定元件，使得特性曲線上下移使得特性曲線上下移動即可。動即可。GUQIMU1QI2QI5.4 同步發電機勵磁調節器靜態特性的調整5.4.1 同步