电力系统自动控制技术课件：同步发电机励磁系统.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,电力系统自动控制,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,电力系统自动控制技术,同步发电机励磁系统,2026/3/7,2,上次课内容,准同期并列的基本原理,基于脉动电压的同期条件检测：,脉动电压包络线幅值,最小值,为,电压幅值差,、脉动电压包络线幅值,变化周期,为,滑差周期,自动准同期并列装置基本构成：,电压差控制单元、频率差控制单元、合闸信号控制单元、电源,图,恒定越前时间控制：,考虑到,断路器和自动同期装置,动作时间，在,机端电压与电网电压,相量重合之前,提前上述动作时间,发出合闸信号,2026/3/7,3,上次课内容,恒定越前时间并列装置,线性整步电压：,幅值与相角差之间成,分段线性关系,的,三角波电压,，其周期为,滑差周期,，任一,时刻值对应,断路器两端电压相角差；经整形电路、相敏电路、滤波回路形成,恒定越前时间并列装置实现：,线性整步电压经,比例,-,微分电路,和,电平比较电路,实实现,恒定越前时间脉冲,发出,2026/3/7,4,本次课内容,同步发电机励磁调节系统的含义与任务,含义,任务,组成和要求,同步发电机励磁调节系统分类及特点,直流励磁机励磁系统,交流励磁机励磁系统,静置励磁系统,同步发电机励磁系统性能指标,大小：强励倍数、顶值电压,快慢：电压响应比,2026/3/7,5,0,发电机原理回顾,自动转速调节系统,自动励磁调节系统,2026/3/7,6,1.1,同步发电机励磁系统,含义,建立,、,调整、熄灭励磁绕组电流（直流）,根据励磁需要构建的闭环反馈控制系统,励磁系统,同步发电机,励磁回路电压建立、调整,及在,必要时使其电压消失,的有关,设备和电路,。

一般由,励磁功率单元,和,励磁调节器,两个部分组成,2026/3/7,7,1.2,同步发电机励磁系统,任务,电压控制,改变发电机外特性,控制无功功率的分配,并联运行发电机间无功功率合理分配,提高同步发电机并联运行的稳定性,提高电力系统的静态稳定性和暂态稳定性,改善电力系统的运行条件,改善异步电机自启动条件、为同步发电机异步运行创造条件、提高继电保护动作正确性,根据需要，实现强行减磁、灭磁,水轮机超速条件下快速减磁，保护绝缘,2026/3/7,8,1.2,同步发电机励磁系统任务,1,电压控制,调节励磁电流,以维持,机端或系统中点,的,电压在给定水平,I,EF,U,EF,式中，,发电机直轴电抗空载电势和机端电压的关系：,等值,2026/3/7,9,发电机感应电动势 与端电压 的幅值关系为,式中,与 间的相角，即发电机的功率角；,发电机的无功电流I,p,x,d,j,I,G,1.2,同步发电机励磁系统任务,1,电压控制,2026/3/7,10,一般 很小，可近似认为 ，可得简化的运算式为,同步发电机的外特性,1.2,同步发电机励磁系统任务,1,电压控制,同步发电机的,外特性必然是下降的,当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷,增大而下降,不断调节励磁电流,维持,机端电压为给定水平,使外特性,“变硬”,2026/3/7,11,1.2,同步发电机励磁系统任务,2,无功功率分配,并联运行同步发电机,间按照容量比例承担无功功率及其增量,分两种情况分析：,理想情况,（并联与无穷大母线）,实际情况（多机并联运行）,如果发电机的有功功率恒定，即,又,U,G,恒定，则有,2026/3/7,12,1.2,同步发电机励磁系统任务,2,无功功率分配,实际情况,（多机并联运行）,2026/3/7,12,负荷,并联发电机间无功电流的分配取决于各发电机的,外特性,发电机通常具有,下倾的外特性,，以实现系统稳定运行,希望发电机间无功电流应按机组容量的大小进行比例分配,并联机组的,“,UG IQ*”,特性完全一致,（,IQ*,为机组无功电流标幺值）,自动调压器,能任意调整发电机电压,-,无功外特性曲线斜率（调差率）,2026/3/7,13,1.2,同步发电机励磁系统任务,3,提高系统稳定性,2026/3/7,13,通常将电力系统的稳定性问题分类：静态稳定、暂态稳定、动态稳定,静态稳定：,是指电力系统在正常运行状态下，经受,微小,扰动后恢复到,原来运行状态,的能力。

暂态稳定：,是指电力系统在,某一,正常运行方式下遭受大扰动（如短路、断线、发电机失磁等）后，能否恢复到,原来运行状态,、,或者,过渡到一个,新的稳定运行状态,的能力动态稳定：,电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作用的,长过程,的稳定问题2026/3/7,14,1.2,同步发电机励磁系统任务,3,提高系统稳定性,2026/3/7,14,（,1,）静态稳定提升：,发电机的输出功率,励磁系统可以,近似保持发电机机端电压稳定,，将发电机的,内功角特性,改变为为,外功角特性,，使发电机运行于,功角大于,90,的人工稳定区,，进而,提升静态稳定极限,或,稳定储备系数,2026/3/7,15,即 （,a,点），系统,静态稳定,即 （,b,点），系统,静态不稳定,即 （中点），系统,临界稳定,静态稳定极限（,最大传输功率,）：,1.2,同步发电机励磁系统任务,3,提高系统稳定性,2026/3/7,16,调节励磁,，发电机外特性相当于在,多条内特性曲线,上,移动,综合而来,提高了极限功率，极限稳定功角也超过了,90,，故提高了静态稳定性,1.2,同步发电机励磁系统任务,3,提高系统稳定性,2026/3/7,17,1.2,同步发电机励磁系统任务,3,提高系统稳定性,（,2,）暂态稳定提升：,故障期间和故障切除后，励磁系统通过,强励,提升发电机内电势而,增加电功率输出,，,减小加速面积,而同时,增加减速面积,，进而减小不平衡功率而提高暂态稳定性,图,2-12,短路切除后电压的恢复,1-,无励磁自动控制；,2-,有励磁自动控制,2026/3/7,18,电网,故障时,，电网电压降低，电动机制动,故障,切除后,，电动机起动，,吸收大量无功功率,，,延缓电网电压恢复,发电机,强行励磁,可,输出更多无功功率,，,加速电网电压的恢复,1.2,同步发电机励磁系统任务,4,改善系统运行条件,（,1,）改善异步电机自启动条件,2026/3/7,19,同步发电机,失磁时,，从系统中,吸收大量无功功率,，造成系统电压大幅度下降，危及系统的安全运行,如果系统中其它发电机组能提供,足够的无功功率维持系统电压水平,，则失磁的发电机还可以在一定时间内以异步运行方式维持运行,可以,确保系统安全运行,而且,有利于机组热力设备,的运行,1.2,同步发电机励磁系统任务,4,改善系统运行条件,（,2,）为同步发电机异步运行创造条件条件,2026/3/7,20,当系统处于,低负荷,运行状态时，发电机的励磁电流不大，若系统此时发生短路故障，其,短路电流较小，且随时间衰减,带时限的继电保护,不能正确工作,励磁自动控制系统就可以通过调节,发电机励磁以增大,（维持）短路电流，使继电保护正确工作,1.2,同步发电机励磁系统任务,4,改善系统运行条件,（,3,）提高继电保护装置工作的正确性,2026/3/7,21,水轮发电机,组突然跳闸（故障或机组连切）时，由于它的,调速系统具有较大的惯性,，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上升,如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则,发电机电压有可能升高到危及定子绝缘的程度,在这种情况下，要求励磁自动控制系统能实现,强行减磁,1.2,同步发电机励磁系统任务,5,强行减磁,2026/3/7,22,1.3,励磁系统,组成,励磁系统,是由,励磁功率单元,和,励磁调节器,两部分组成,励磁功率单元,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，是,一次,、,主回路（功率回路）,部分,励磁调节器,的主要任务是,检测和综合系统,运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后,控制励磁功率单元,以得到所要求的发电机励磁电流是,二次,、,控制部分,2026/3/7,23,1.3,励磁系统,要求,励磁功率单元,要求：,可调容量、强励能力和快速性,具有足够的调节容量，适应电力系统,各种运行工况,要求,足够的励磁,顶值电压,和,电压上升速度,顶值电压,（,UEFq,）,：励磁功率单元能够输出的,最高输出电压,强励倍数：顶值电压和额定励磁电压之比，通常,1.6,2,2026/3/7,24,1.3,励磁系统,要求,励磁调节器,要求：,快速响应，自然硬特性，特性可调，无失灵区，有强励等特殊支撑功能,时间常数小,，能迅速响应输入信息（,机端电压,）的变化；,系统正常运行时，励磁调节器应能,维持发电机电压,在给定的水平励磁控制系统的,自然调差率一般在,1,以内；,励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；励磁调节器应保证,同步发电机端电压调差率,可以在土,10,以内进行调整；,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,；,励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备,强行励磁,等控制功能，以提高暂态稳定和改善系统运行条件。

2026/3/7,25,2,励磁系统分类,励磁系统,本质,是励磁调节器控制一个,可控直流源,给发电机励磁绕组供电，根据需要调整,发电机励磁电流,根据励磁功率单元的,能量来源,（励磁电源）,的差异，对励磁系统进行分类,.,发展历程：,直流励磁机励磁系统,交流励磁机励磁系统,无刷励磁系统,静止励磁系统,直流,励磁机,交流,励磁机,静止,励磁,他励,自励,自励,他励,自并励,自复励,2026/3/7,26,2.1,励磁系统分类,直流励磁机励磁系统,励磁电源为为与发电机同轴的,直流发电机,早期常用,的一种励磁方式,按,励磁机励磁绕组,供电方式的不同，又分为自励式和他励式,启励方式：靠,剩磁,建立电压,缺点：,靠机械整流子（,换向器,）换向整流，,大容量下换向困难,有电刷、整流子等,转动接触,部件，运行维护繁杂，可靠性低，是励磁系统中的薄弱环节,只用在,10,万,kW,（,100MW,）以下中小容量机组,2026/3/7,27,2.1,励磁系统分类,直流励磁机励磁系统,自励直流励磁机系统,FLQ,I,RC,LLQ,I,LQ,I,ZTL,Rc,YH,G,励磁调节器,=,L,2026/3/7,28,2.1,励磁系统分类,直流励磁机励磁系统,I,ZTL,FL,YH,G,L,I,LQ,=,=,励磁调节器,I,RC,图,216,他励直流励磁系统原理接线图,2026/3/7,29,2.2,励磁系统分类,交流励磁机励磁系统,励磁电源为为与发电机同轴的,交流发电机,根据,励磁机励磁方式,及,整流调节方式,差异又可以继续细分,他励交流励磁机励磁系统、无刷励磁系统,启励方式：专门启励电源或采用永磁发电机（无刷）,励磁机的容量相对较小，为同步发电机容量的,0.3,0.5,用于,300MW,、,600MW,、,1000MW,及更大容量机组,特点,我国广泛采用，运行经验最丰富的一种,取消换向器,，提高可靠性，减小维护工作量,主励磁机频率通常在,100Hz,，副励磁机一般为,500Hz,2026/3/7,30,2.2,励磁系统分类,交流励磁机励磁系统,（,1,）,自励交流励磁机,静止可控整流器,励磁系统,自励交流励磁机静止可控整流器励磁接线,2026/3/7,31,2.2,励磁系统分类,交流励磁机励磁系统,（,2,）,他励交流励磁机,（静置整流器）,励磁系统,2026/3/7,32,2.2,励磁系统分类,交流励磁机励磁系统,（,3,）,永磁式副励磁机,交流励磁机励磁系统,永磁式副励磁机系统图,2026/3/7,33,2.2,励磁系统分类,交流励磁机励磁系统,（,4,）,无刷励磁系统,图,2-17,无刷励磁系统原理接线图,2026/3/7,34,2.2,励磁系统分类,交流励磁机励磁系统,无刷励磁系统特点,优点：,无炭刷和滑环,，维护工作量可大为减少,发电机励磁由励磁机独立供电。