电力系统自动装置 教学课件 ppt 作者 李凤荣 第2章 电力系统电压的自动调节

1、,2-1 同步发电机运行电压的有关问题一、同步发电机单机正常运行的有关问题,2-1 同步发电机运行电压的有关问题一、同步发电机单机正常运行的有关问题,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 二、同步发电机与无穷大母线并联运行的有关问题,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 二、同步发电机与无穷大母线并联运行的有关问题,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 三、并联运行各发电机间无功负荷的分配,（一）对励磁调节器的要求 励磁调节器的主要功能是检测和综合系统运行状态的信息，经相应处理后，产生控制信号，控制励磁功率单元，以得到所要求的发电机励磁电流，对其如下要求： (1) 有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。 (2) 系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机端电压的高低，以维持发电机端电压的给定水平。在调差装置不投入的情况下，励磁控制系统的自然调差系数一般在1%内。,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求,(3) 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率。为此，励磁调节器应保证

2、同步发电机端电压调差系数可以在 10%以内进行调整。 (4) 对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区。 (5) 励磁调节器应能迅速反映系统故障，具备强行励磁等控制功能，以提高系统暂态稳定和改善系统运行条件。,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求,（二）对励磁功率单元的要求 发电机励磁功率单元的任务是向同步发电机提供直流电流，除自并励励磁方式外，一般是由励磁机担当的。励磁功率单元受励磁调节器控制，对其如下要求： (1) 要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统电压和无功功率控制。因此，励磁功率单元应具备足够的容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。 (2) 具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。从改善电力系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的指标。,2-1 同步发电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求,2-2 同步发电

3、机励磁系统 一、直流励磁机励磁系统,图25 自励直流励磁机励磁系统原理图,2-2 同步发电机励磁系统 一、直流励磁机励磁系统,图26 他励直流励磁机励磁系统原理图,2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统,图 2-7 他励交流励磁机静止整流励磁系统原理接线图,2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统,图2-8 他励交流励磁机旋转整流励磁系统原理接线图,2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统,图2-9 自励交流励磁机旋转整流励磁系统原理接线图,图2-10 静止励磁系统原理接线图,2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统,2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统,该系统的主要优点是： (1) 励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维护方便，可靠性高。 (2) 不需要同轴励磁机，可缩短发电机主轴长度，降低基建投资。 (3) 直接用晶闸管控制励磁电压，可获得近似阶跃函数那样的快速响应速度。 (4) 由发电机机端取得励磁电源。机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机组转速的一次方成正比。而其他励磁机励磁系统输出的励磁电压

4、与转速的二次方成正比。这样，当机组甩负荷时静止励磁系统机组的过电压较低。,2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统,对于静止励磁系统，人们曾有过两点疑虑： (1) 静止系统的顶值电压受发电机端口处系统短路故障的影响。在靠近发电机附近发生三相短路而切除时间较长时，由于励磁变压器一次侧电压急剧下降，励磁系统能否提供足够的强行励磁电压。 (2) 在没有足够强励电压的情况下，短路电流的迅速衰减，能否使带时限的继电保护正确动作。,2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路,图2-11 三相桥式不可控整流电路和波形 （a） 整流电路；（b）输出电压波形,图2-12 三相桥式半控整流电路,2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路,2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路,图2-13 三相桥式全控整流电路 (a)整流电路；（b）=900时输出电压的波形,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 一、强励作用及继电强行励磁,1.强励作用 强励作用是强行励磁作用的简称。当系统发生短路性故障时，有关发电机的端电压都会剧烈下降，这时励磁系统进行强行励磁，向发电机的转子

5、回路送出远较正常额定值为多的励磁电流，即向系统输送尽可能多的无功功率，以利于系统的安全运行，励磁系统的这种功能就称为强励作用。,2继电强行励磁,用闭合有关继电器触点的方法，使励磁机的端电压以最快的速度升到其顶值，称为继电强行励磁。图2-14是其原理接线图。图上表示，当发电机出口电压降低到低电压继电器的动作电压时，低电压继电器动作，被全部短路，励磁机的端电压上升到顶值，即达到其额定值的1.82倍。,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 一、强励作用及继电强行励磁,图2-14 继电器强行励磁原理接线图,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 二、电压响应比,图2-15 转子回路图,定义电压响应比 如下,图2-16 电压响应比,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 二、电压响应比,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题,图2-17 灭磁开关接线图,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题,图2-18 灭磁原理电路 (a)未装灭磁开关；(b)装有灭磁开关,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题,图2-19 灭磁过程示意图

6、,图2-21 SD型快速灭磁开关示意图,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题,在交流励磁系统中，如果采用了图2-13所示三相桥式全控整流电路向转子供应励磁电流，可以利用全控整流桥的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。 如前所述，当900时，全控整流桥处于整流工作状态时，交流电源向转子回路供应直流电流，电路处于正常的励磁工作状态，改变的大小，就可以改变直流励磁电流的大小，以达到调压的目的。,当900时，全控整流桥工作在逆变状态，转子回路存储的磁场能量反过来向交流电源释放，使直流电流快速减小，达到灭磁的目的。由式（2-6）可知，当=1800时，Ud=-1.35Eab,负值电压越大，表示转子绕组能量释放越快，灭磁过程越短。,2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 一、励磁调节器的基本特性,图2-22 最简单的励磁系统,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 一、励磁调节器的基本特性,（a） 图2-23 人工调压的作用 （a）调节特性；（b）调节过程示意图,图2-24 自动调压器的概念,2-4 励磁调节

7、器的基本原理及调节特性 一、励磁调节器的基本特性,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 一、励磁调节器的基本特性,图2-25 比例式励磁自动控制基本原理框图,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 二、无功调节特性,发电机采用自动励磁调节器后，无功电流变动时，电压 基本保持不变，调节特性稍有下倾，如图2-26所示。其下倾的程度可用调差系数表示，的定义为：,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 二、无功调节特性,图2-26 发电机无功调节特性,图2-27发电机调差系数与外特性,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 二、无功调节特性,（1）当一台无差调节特性的发电机与一台正有差调节特性的发电机并网运行时，系统电压的稳定运行点为两调节特性的交点。当系统无功负荷增大时，由于母线电压是不变的，所以有差调节的发电机组运行点不变，即其所输出的无功功率保持不变，因此系统的无功增量全部由无差调节特性的发电机组承担，造成无功分配的不合理。 （2）当一台无差调节特性发电机与负有差调节特性的发电机并网运行时，如果由于由于偶然因素使负调节特性的发电机组输出的无功电流增加，则根据机组的调节特性，励磁调节器将

8、增大发电机的励磁电流，力图使发电机输出的电压升高，从而导致发电机输出的无功功率进一步增加。而无差调节的发电机组则力图维持端电压，使其励磁电流减小，于是无功电流也将减小。上述过程一直进行下去，结果导致系统不能稳定运行，因此具有负调差特性的发电机是不能与其他机组并列运行的。,2-4 励磁调节器的基本原理及调节特性 二、无功调节特性,（3）两台无差调节特性的发电机组不能并列运行，如果两台无差调节特性的发电机组在公共母线上并列运行，则要求其调节特性必须完全一致，而在实际运行中很难做到这一点，因此它们是不能并列运行的。 （4）假如两台正调差特性的发电机组并列运行，由于两台发电机端电压是相同的，都等于母线电压，因此每台发电机所负担的无功电流是一定的。当系统中无功负荷增加时，母线电压下降，各机组的励磁调节器动作，增加了励磁电流，两台机组各承担了一部分无功增量，机组间无功负荷的分配与各自的调差系数有关。根据有差调节特性，不难得出发电机无功电流变化量与其调差系数之间的关系如下：,2-5 励磁调节器静态特性的调整,对自动励磁调节器工作特性进行调整，主要是为了满足运行方面的要求，这些要求是： （1）保证并列

9、运行发电机组间无功电流的合理分配； （2）保证发电机能平稳的投入和退出工作，平稳的改变无功负荷，而不发生无功功率冲击的现象； （3）保证自动调压过程的稳定性。,2-5 励磁调节器静态特性的调整 一、调差系数的调整,图2-28 调差系数调整原理,2-5 励磁调节器静态特性的调整 一、调差系数的调整,图2-29 两相式正调差接线,2-5 励磁调节器静态特性的调整 二、两相式正调差接线,2-5 励磁调节器静态特性的调整 二、两相式正调差接线,图2-30 两相式正调差接线矢量图 （a） =0时；（b） =1时,2-5 励磁调节器静态特性的调整 三、励磁调节器工作特性的平移,图2-32说明，欲将发电机无功电流从 减至 ，只需将外特性曲线由（1）向下平移至（2）的位置，如果将外特性曲线继续向下平移，达到（3）的位置时，则这台机的无功电流将减少到零，这样即使把这台机从母线上退出运行，也不会对系统发生无功功率的冲击现象。,图2-32 发电机外特性平移,移动发电机调节特性的操作是通过改变励磁调节器的整定值 来实现的。当发电机电压的整定值增加时，无功调节特性将向上平移；相反，当整定值减小时，调节特性向下平移。因此，现场运行人员只要调节机组励磁调节器中的整定器件便可以控制无功调节特性的上下移动，实现无功功率转移。,同理，把一台发电机平稳地投入工作，也要使它的外特性曲线处于（3）的位置，投入后再将其外特性曲线平行地上移，直到无功电流达到要求的数值。,2-5 励磁调节器静态特性的调整 三、励磁调节器工作特性的平移,2-6 微机型励磁调节装置 一、微机型励磁调节装置硬件构成,图2-33 自并励微机型励磁调节装置框图,2-6 微机型励磁调节装置 一、微机型励磁调节装置硬件构成,图2-34 模拟量输入及其接口框图,2-6 微机型励磁调节装置 一、微机型励磁调节装置硬件构成,图2-35 同步和数字触发控制电路的原理框图,2-6 微机型励磁调节装置 二、微机型励磁调节装置的软件框图,图2-37 主流程图 图2-38 开机条件判别及开机前设置,图2-39 调节控制

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