电力系统自动化 电压调节3.pdf

0 概述 ? 调压器：一种控制器人工自动 负反馈 输出越大，偏差也越大，控制量也就越大 ? 电力系统自动调压器：发电机型、线路型 ? 自动调压器是一个闭环比例调节器 输入为发电机电压或线路电压，输出为励磁 电流或线路电流是一种自动控制器 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 控制 对象 测量 ＋ 控制器 Ug Ie b a AVR特性 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 ?自动调压器的主要功能： ? 维持发电机电压或线路电压基本不变 ? 保持并联机组间或并行线路间无功电流的稳定分配 ?原理框图及说明： 将反映发电机端电压Ug的测量电压Uc，与给定电压Ur进行比较，从而 得到发电机电压偏差信号即控制电压⊿Ug，该电压经放大单元（可控硅整 流桥）后对发电机施加控制，使机端电压与给定电压保持一致 Uc Ug ⊿Ug Uw 功放之前的 预放大和控 制部分，也 称前级 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 关于调差系数：为了合理分配无功功率和控制电压，AVR中设置了调差 单元，通过改变调差系数来改变发电机外特性的斜率。

调差单元产生一 个反映发电机无功变化的附加量Uw并叠加在⊿Ug 上，可以根据需要令 调差系数为正或负或零，使机端电压的调节更加灵活，保证机端电压的稳定 1 1 1 1 同步发电机微机式自动调压器同步发电机微机式自动调压器同步发电机微机式自动调压器同步发电机微机式自动调压器 微机式自动调压器的前置放大器和功率放大器无法用程序实现，必须采 用模拟元器件一般采用晶闸管 ① 晶闸管电路工作原理：半控桥半控桥半控桥半控桥、全控桥 ? 晶闸管导通条件： ? 阳极电位高于阴极电位 ? 控制极加触发脉冲 导通后只有阴极电位大于阳极电位才关断 ?半控桥组成：三只晶闸管SCRA ~C和 三只二极管VDA ~C用于整流，二极管 VD用作续流 ? 半控桥接线方式：共阴极、共阳极 ? 半控桥工作原理： 在t1时刻，A相电压最高，触发 SCRA使之导通，同时B相电压最低， VDB导通，由A SCRArLVDB B形成通路此情况一直到t2时刻 t2时刻，SCRA仍导通，B相电位与 C相电位相等，故VDC也导通，均与 SCRA形成通路t2后，VDC继续导 通，VDB截止，完成换相 t3到t4间，虽然B相电位高于A相，但 由于未触发，SCRB不导通，A相电位 高于C相，SCRA继续导通。

t4时刻， B相受触发才导通，B相电位高于A 相，SCRA截止 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 t1与t4相位差为120度 abc a’ b’ c’ A SCRArLVDBB（VDCC） B SCRBrLVDCC（VDAA） C SCRCrLVDAA （VDBB） ．．． 上页图中，a、b、c为自然换相点，， 滞后相应相电压ua、ub、uc30度 时半控桥 的输出电压： 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 过程： 相电压 线电压 a相 b相c相 ab ac bccbcaba 0α= ° 0α= ° ? 续流二极管的作用：导通角大于60度时，三只晶闸管间断导通，输出直 流电压不连续但由于电感电流不能突变，将在电感上感生电动势（与电 压反向），此电势使晶闸管阴极电位下降，阻止晶闸管关断，以维持电流 通路，从而导致半控桥失控加入续流二极管VD后，rL的电流可以经由 VD流通，使晶闸管可靠工作。

? 输出电压与触发角的关系： 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 300 d~ 1cos 1.35 2 UU α+ =   同步脉冲：在晶闸管可以开始导通 时刻发出的脉冲即图中的a、b、 c点（自然换相点），a相晶闸管的 同步脉冲在a点，即的过零 点发出b相、c相依次滞后120度 微机程序从此点开始计数，到达所 要求的触发角时，发出触发脉冲 为了保持计数脉冲与触发角的线 性关系，采用振荡频率与电力系统 频率同步的锁相振荡器（PLO， 略） ② 微机调压器的同步脉冲与触发脉冲： 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 abc sa u ca u • 硬件： • 程序框图： 并列过程结束后，AVR 启动，输入参考电压和二 次调压（考虑调差系数、 转子时限、PSS等后的参 考电压增量），与发电机 电压进行比较得到偏差电 压，根据偏差电压大小确 定触发角大小，输入同步 脉冲并开始计数，触发角 到达时依次触发三相晶闸 管。

第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 ③ 微机调压器原理与程序框图： 用于补偿线路对地电容，控制线路无功电流与调节电压是静止无功补 偿器（Static Var Compensator ，SVC）的一种 • 单相全波TCR工作原理： 两只晶闸管反向并联当触发角为90度时（电压为 正最大），V1导通，电压从最大开始减小，同时电流 从0开始增大，电压开始变负时，由于V2还未触发，电 感电流不能突变使V1继续导通，直到V2被触发（电压 为负最大时），如此轮换因此，此时的两只晶闸管 相当于两只二极管，即全导通电压电流波形为 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 2 2 2 2 可控电抗器可控电抗器可控电抗器可控电抗器（（（（Thyristor Controlled Reactor——TCR））））原理原理原理原理 u i V1导通 V2导通 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 当触发角大于90度时，V1在虚 线1时导通，电流从0开始增大 然后减小，到虚线2时，电流 减为0，V1关断。

虚线3时（与 虚线1差180度），V2导通如 此轮换 显然，电路电流应为图中 绿线在实线4上面的部分和实 线5下面的部分在晶闸管导 通时，TCR上的电压为0；关 断时，为蓝线在实线6上面的 部分和实线7下面的部分 u i 1 3 2 4 5 6 7 电感上的电压即为电源电压去掉 TCR上的电压 触发角等于180度时，晶闸管全 关断，电流为零 •TCR自动调压器原理： ? 原理框图：母线电压经互感器 变换，平方（或取均方根）后 与参考电压（考虑二次调压） 比较，偏差值与限值叠加后进 行积分，积分值到达U2时， 启动脉冲发生器（PG）发出 脉冲经二分器轮流触发V1和 V2，脉冲发生器输出的另一 个分支将积分器清零，开始下 一次积分 ? 实质：积分控制器 输入电压取平方目的是将交 流电压变为均值不为零的直流 电压以便与参考电压比较 ? 工作原理：母线电压降低（感性负 荷增大获容性负荷减小）时，偏差为 负，积分器输入减小，因此到达限值 的时间延长，PG延迟发脉冲即触发角 增大，电抗器电流减小，发出容性无 功（或者说吸收的感性无功）减小， 从而使无功平衡，使电压恢复到正常 状态 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 3 3 3 3 晶闸管开关电容器晶闸管开关电容器晶闸管开关电容器晶闸管开关电容器（（（（Thyristor Switched Capacitor，，，，TSC）））） 又一种SVC 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 • 机械开关投切电容器存在的问题： 由于电容电压不能突变，在投切时会产生过电压震荡和电弧重燃问题， 传统方法采用机械开关（接触器或断路器）投切电容器，开关触头易受电弧 作用而损坏。

据调查，采用这种投切的装置在使用3年后损坏率达75％ • TSC及其原理： 晶闸管响应速度 快且可频繁动作， 但承受电流冲击的 能力较小，因此需 要在电容电压与母 线电压相等时投 入，或串接一个小电抗以减弱冲击这种LC电路会在晶闸管导通瞬间出现 高频震荡产生高次谐波，给电网造成不利影响 由于电容是分组投入的，因此TSC无法平稳调压，一般采用TSC与TCR 结合的方式（图2-61）TCR可以无级调节，因此可以平稳调压 4 4 4 4 模拟元件模拟元件模拟元件模拟元件AVRAVRAVRAVR工作原理工作原理工作原理工作原理 也以半控桥作为功率放大元件由测量单元、功率放大单元、触发单元 组成 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 ①测量单元： •组成：测量变压器、 整流桥、滤波电路、 整定电位器和测量 桥 •作用：得到与发电 机机端电压成比例 的信号 •基本原理：测量变压器为Ddy接线，二次侧两个绕组分别接一个整流 桥，两绕组相位差为30度，使输出电压为六相全波整流波形，从而初 步平滑了波形，降低了对滤波电路的要求，减小滤波电路的时滞。

测量桥的输入电压U1正比于发电机电压，输出电压U2与U1的关系是 U1=Uz时： U2=U1-2Uz， Uz为稳压管击穿电压 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 ②放大单元： •组成：运算放大器与辅助元件 •作用：将测量信号放大，提高励磁 装置的灵敏度 •理想运放性质：虚短（地）、虚断 •运放输入输出特性： fafa ou12 12 RR UUU RR  = −+   •调压器放大单元输入与输 出特性：测量单元的输出 U2反向后作为放大单元的 输入 第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 ③触发单元： •作用：按照调压器工作特性的要求将控制信号（放大单元的输出） 转换为移相脉冲，并触发晶闸管 •触发器分类：单稳、单晶、磁放大 •单稳触发器原理： 单稳处于稳态时，V1 导通、V2截止，C2被充 电，C5无电压，脉冲变 压器T无输出 同步脉冲到达，触发 器翻转（称暂稳态）， 同步电路 单稳触发电路 脉冲输出电路 控制信号在此处加入 电源经Rc1、VD6对C5充电，C2则放电（经R6、V2或经R3、VD5、 Uk、Rw）。

C2放电结束，触发器再翻转，C5经VD7、V1对T放电， 产生触发脉冲单稳恢复到稳态，等待下一次同步脉冲到来 故从 同步脉冲发出到触发脉冲发出所需时间，由C2的放电时间决定，该时 间除与C2、R6、R3参数有关外，还与Uk、Uset有关因此改变Uk或 Uset即可控制触发角的大小。