發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理

1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理,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(guò)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)

2、式的，其磁場(chǎng)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)磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長(zhǎng)度長(zhǎng)，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(guò)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)

3、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(zhǎng)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(guò)電壓保護(hù)、起勵(lì)設(shè)備、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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

4、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(yáng)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(wú)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(wú)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(chǎng)繞組

5、是靜止的，即它是一個(gè)磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機(jī)。無(wú)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(wú)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(cè)量等。這些都是需要研究解決的問(wèn)題,旋轉(zhuǎn),勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理圖,移相觸發(fā)器原理：Ut＋Uk＝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

6、 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(wú)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,模擬電路移相原理,數(shù)字移相原理之一1、首先計(jì)算α角；2、將α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α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、

7、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(jiǎn)介,無(wú)功補(bǔ)償（調(diào)差）強(qiáng)勵(lì)電流限制（快速限制）過(guò)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(guò)無(wú)功限制）伏赫限制（V/HZ、U/F）（過(guò)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)差原理與應(yīng)用,全控橋強(qiáng)勵(lì)與強(qiáng)減,按照Ud=1.

8、35U2cosa，一般強(qiáng)勵(lì)α=150 ；強(qiáng)減α=1500,強(qiáng)勵(lì)限制與過(guò)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(yáng)極電壓）；2、電流強(qiáng)勵(lì)能力取決于可控硅電流或者說(shuō)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(guò)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

9、部件可能過(guò)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(guò)限制區(qū)之前將定子電壓升高，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(guò)無(wú)功限制、過(guò)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(lái)確定發(fā)電機(jī)允許輸出無(wú)功功率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即過(guò)無(wú)功限制,當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過(guò)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)

10、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(wú)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(guò)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(guò)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

11、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(wèn)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：ΔP → Δδ1 → Δδ→ 擺動(dòng) → 阻尼 → Δδ2 →穩(wěn)定傳統(tǒng)勵(lì)磁：低增益慢速（沒有能力管閑事

12、） Δδ→ ΔUg →AVR作用小、反應(yīng)慢 → ΔUf小 → ΔIf小 → Δ? → ΔP（力矩象限不明） → 對(duì)Δδ影響極小?，F(xiàn)代勵(lì)磁：高增益快速（管閑事幫倒忙）Δδ→ ΔUg →AVR作用大、反應(yīng)快 → ΔUf大 → ΔIf大 → Δ? → ΔP（力矩第二象限） → 產(chǎn)生負(fù)阻尼使原來(lái)的阻尼變小，對(duì)Δδ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）Δδ→ ΔUg →AVR作用大、反應(yīng)快 → ΔUf大 →

13、ΔIf大， Δ? → ΔP（力矩第一象限） →產(chǎn)生正阻尼使原來(lái)的阻尼變大，對(duì)Δδ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0.5～2.0Hz；區(qū)域間振蕩模式（interarea model、tieline model）：頻率一般在0.1～0.5Hz）。小系統(tǒng)： 0.5～2.5Hz；大系統(tǒng)： 0.2～2.5Hz；全國(guó)聯(lián)網(wǎng)： 0.1～2.0Hz；,,解決勵(lì)磁產(chǎn)生負(fù)阻尼，造

14、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(jiǎn)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δ－ω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ΔPSS:附加勵(lì)磁控制信號(hào)AVR(PID)＋PSS產(chǎn)生的電磁力矩

15、 PSS輸入信號(hào)Δω、Δδ、Pe、ΔP、Δf測(cè)量軸轉(zhuǎn)速Δω，測(cè)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(cè)量過(guò)剩功率ΔP，測(cè)量和處理更加復(fù)雜,輸入信號(hào)多，使用也少測(cè)量電功率Pe，在假定機(jī)械功率不變的情況下，可以得到過(guò)剩功率ΔP，使用廣泛，效果不錯(cuò)。但在原動(dòng)機(jī)功率變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。測(cè)量機(jī)端電壓頻率△f，克服了Δω測(cè)量處理上的困難，但由于發(fā)電機(jī)電抗的影響，△f與頻差Δω不完全一致，因而效果上稍差。,,,