1、University of South China第五讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析（3）主讲人：盛义发主讲人：盛义发南华大学南华大学电气工程学院电气工程学院University of South Chinapage22023-5-14 第五节第五节 励磁控制系统的调节特性励磁控制系统的调节特性同步发电机同步发电机励磁功率励磁功率单元单元励磁调节器励磁调节器EFIREFUGIGU手动手动自动自动基准基准其他其他信号信号励磁调节器的最基本功能励磁调节器的最基本功能是调节发电机的端电压是调节发电机的端电压输出用于控制励磁功率单元输出用于控制励磁功率单元常用的励磁调节器常用的励磁调节器是比例式
2、调节器是比例式调节器主要输入量是发电机端电压主要输入量是发电机端电压University of South Chinapage32023-5-14比例式励磁调节器闭环控制比例式励磁调节器闭环控制G励磁机励磁机baEFIGUEFIEEIGUGI在电力系统中运行的各种比例式励磁调节器在电力系统中运行的各种比例式励磁调节器都具有都具有负斜率调节特性负斜率调节特性这种调节器可以稳定运行！这种调节器可以稳定运行！University of South Chinapage42023-5-14自动励磁调节器的构成环节自动励磁调节器的构成环节University of South Chinapage52023
3、-5-141 1 励磁调节器的静态工作特性励磁调节器的静态工作特性测量比较K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4REFUGUdeUSMUAVRUGREFdeUUKU1deSMUKU2SMAVRUKKU43University of South Chinapage62023-5-14 励磁调节器的静态工作特性的合成励磁调节器的静态工作特性的合成GUREFUdeUdeUSMUAVRUAVRUGUSMUUniversity of South Chinapage72023-5-14励磁调节器的静态工作特性的调整励磁调节器的静态工作特性的调整GUREFUdeUdeUSMUAVRUAVRUGUSMUUn
4、iversity of South Chinapage82023-5-14励磁调节器的放大系数励磁调节器的放大系数GREFAVRUUUK励磁调节器的特性曲线在工作区的陡度励磁调节器的特性曲线在工作区的陡度是调节器的主要指标之一是调节器的主要指标之一AVRUGU测量比较K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4REFUGUdeUSMUAVRU4321KKKKUUUUUUUUUUKAVRSMdeSMGREFdeGREFAVRREFU励磁调节器的总放大倍数励磁调节器的总放大倍数是各单元放大倍数的乘积是各单元放大倍数的乘积University of South Chinapage92023-5-142
5、2 发电机励磁自动控制系统的静态工作特性发电机励磁自动控制系统的静态工作特性G励励磁磁机机baEFIGUEFIEEIGUGIEFIQI1GUGNGUU23GU321GGGUUU发电机的调节特性就是发电机转子发电机的调节特性就是发电机转子电流电流 与无功负荷电流与无功负荷电流 之间之间的关系的关系EFIQI励磁机定子电流励磁机定子电流 与励与励磁机的励磁电流磁机的励磁电流 之之间是线性关系间是线性关系EFIEEIUniversity of South Chinapage102023-5-14发电机无功调节特性发电机无功调节特性EEI)(EFIGUQIQI发电机发电机转子电转子电流直接流直接用励磁
6、用励磁机的励机的励磁电流磁电流来表示来表示1GU2GUa a a b b b University of South Chinapage112023-5-14发电机调差系数发电机调差系数GUQIa b 发电机带有自动励磁调节器发电机带有自动励磁调节器后，无功电流变化时，发电后，无功电流变化时，发电机机端电压基本维持不变机机端电压基本维持不变 调节特性下倾的程度表征了发电机调节特性下倾的程度表征了发电机励磁控制系统运行特性的一个重要励磁控制系统运行特性的一个重要参数参数调差系数调差系数*2*121GGGGNGGUUUUUU 调差系数表征了无功电流从零调差系数表征了无功电流从零增加到额定值时发电机
7、电压的相增加到额定值时发电机电压的相对变化对变化 调差系数表征了励磁控制系统调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力维持发电机电压的能力当调差单元退出运行时，其当调差单元退出运行时，其固有的无功调节特性也是下固有的无功调节特性也是下倾的，称为自然调差系数倾的，称为自然调差系数University of South Chinapage122023-5-14发电机调节特性发电机调节特性励磁调节器的调整是为了满足运行要求励磁调节器的调整是为了满足运行要求：1、发电机投入和退出运行时，能够平稳地改变无功负荷，不致、发电机投入和退出运行时，能够平稳地改变无功负荷，不致 于发生无功功率的冲击。于发生
8、无功功率的冲击。2、保证并联运行的发电机组间的无功功率的合理分配。、保证并联运行的发电机组间的无功功率的合理分配。在励磁调节器中在励磁调节器中设置了设置了电压整定电压整定和和调差单元调差单元University of South Chinapage132023-5-14发电机调节特性的平移发电机调节特性的平移GUQIMU1QI2QIGUQIMU1QI2QI1MU通过调节特性的平移通过调节特性的平移可以实现机组退出时可以实现机组退出时无功功率的不突变无功功率的不突变University of South Chinapage142023-5-143 3 并联发电机组的无功功率分配并联发电机组的无功
9、功率分配 多台发电机并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流不仅影多台发电机并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流不仅影响本机组的无功电流，而且影响同一母线上并联机组的无功电流，响本机组的无功电流，而且影响同一母线上并联机组的无功电流，母线电压也发生变化，这些变化与机组的调差特性有关。母线电压也发生变化，这些变化与机组的调差特性有关。1、一台无差调节特性机组与有差调节特性机组并联运行、一台无差调节特性机组与有差调节特性机组并联运行稳定运行点稳定运行点不稳定运不稳定运行点行点正调差正调差特性特性无差调无差调节特性节特性负调差负调差特性特性 一台无差调节特性的发一台无差调节特性的发电机可以和多台正调
10、差特电机可以和多台正调差特性的发电机并联运行性的发电机并联运行 具有负调差特性的发电具有负调差特性的发电机是不能在公共母线上并机是不能在公共母线上并联运行的联运行的QIGUUniversity of South Chinapage152023-5-14并联发电机组的无功功率分配并联发电机组的无功功率分配2、两台无差调节特性机组并联运行、两台无差调节特性机组并联运行无差调节特性无差调节特性1QIGU无差调节特性无差调节特性2两条曲线分离则无交点，实际运行又很难做到曲线重合，两条曲线分离则无交点，实际运行又很难做到曲线重合，因此，因此，两台无差调节特性机组是不能并联运行两台无差调节特性机组是不能并
11、联运行University of South Chinapage162023-5-14并联发电机组的无功功率分配并联发电机组的无功功率分配3、多台正调差特性机组并联运行、多台正调差特性机组并联运行GU1MU2MUQI1QI2QI1QI2QI1G2G1QI2QIGG1QI2QIQI1、母线电压波动时，发、母线电压波动时，发电机的无功电流增量与电机的无功电流增量与电压偏差成正比，与调电压偏差成正比，与调差系数成反比，与电压差系数成反比，与电压整定值无关。整定值无关。2、在同一母线上并联发、在同一母线上并联发电机，无功负荷波动时，电机，无功负荷波动时，电压偏差相同，调差系电压偏差相同，调差系数小的发
12、电机承担多的数小的发电机承担多的无功电流增量无功电流增量University of South Chinapage172023-5-14并联发电机组的无功功率分配并联发电机组的无功功率分配*GQUI*0*1GGQUUI3、为了满足各台发电、为了满足各台发电机无功负荷的波动量与机无功负荷的波动量与他们的额定容量成正比，他们的额定容量成正比，则要求并联发电机组具则要求并联发电机组具有相同的调差系数。有相同的调差系数。4、需要改变发电机组、需要改变发电机组的无功负荷时，调整的无功负荷时，调整调节器的整定元件，调节器的整定元件，使得特性曲线上下移使得特性曲线上下移动即可。动即可。GUQIMU1QI2Q
13、IUniversity of South Chinapage182023-5-144 4 励磁调节器的辅助控制励磁调节器的辅助控制励磁调节系统辅助控制满足励磁调节系统辅助控制满足：1、发电机在进相运行时，发电机最小励磁电流值应该限制在发、发电机在进相运行时，发电机最小励磁电流值应该限制在发电机静态稳定极限和发电机定子端部发热允许的范围内，为此需电机静态稳定极限和发电机定子端部发热允许的范围内，为此需要设立要设立“最小励磁限制器最小励磁限制器”2、为了提高系统的稳定性，励磁系统具有高起始响应特性，励、为了提高系统的稳定性，励磁系统具有高起始响应特性，励磁电流过大，则会危及发电机的安全，故而需要限
14、制强励顶值电磁电流过大，则会危及发电机的安全，故而需要限制强励顶值电流，为此需要设置流，为此需要设置“瞬时电流限制器瞬时电流限制器”辅助控制与正常控制的区别在于：辅助控制与正常控制的区别在于：辅助控制不参与正常调节，仅在发生非正常工况时，特定的辅助控制不参与正常调节，仅在发生非正常工况时，特定的限制辅助功能才起作用。限制辅助功能才起作用。辅助控制包括辅助控制包括：瞬时励磁电流控制、最大励磁限制器、最小励磁限制器瞬时励磁电流控制、最大励磁限制器、最小励磁限制器电压电压/频率限制与保护、发电机失磁监控频率限制与保护、发电机失磁监控University of South Chinapage19202
15、3-5-14（1 1）瞬时励磁电流控制）瞬时励磁电流控制 为了满足电力系统稳定性的要求，大容量发电机的励磁系统为了满足电力系统稳定性的要求，大容量发电机的励磁系统必须具有高起始响应的性能。必须具有高起始响应的性能。通常采用高励磁顶值的方通常采用高励磁顶值的方法来提高励磁机输出电压的法来提高励磁机输出电压的起始增长速度起始增长速度 高值励磁电压将会危及励磁高值励磁电压将会危及励磁机及发电机的安全，为此设机及发电机的安全，为此设置了置了“瞬时励磁电流控制器瞬时励磁电流控制器”具体控制具体控制当励磁电流超当励磁电流超过发电机允许的励磁顶值，过发电机允许的励磁顶值，立即限制励磁电流为立即限制励磁电流为
16、max.fIUniversity of South Chinapage202023-5-14（2 2）最大励磁限制器）最大励磁限制器最大励磁限制最大励磁限制是为了防止转子绕组是为了防止转子绕组长时间过励磁长时间过励磁而采取的措施。而采取的措施。为了保证发电机转子发热的安全，励磁系统强励时间不允许超过为了保证发电机转子发热的安全，励磁系统强励时间不允许超过规定值。若超过允许时间，励磁电流仍然降不下来，则执行最大规定值。若超过允许时间，励磁电流仍然降不下来，则执行最大励磁限制。励磁限制。他有两个设定值：他有两个设定值：1、强励顶值电流限制值、强励顶值电流限制值 2、连续运行允许的过热限制值、连续运
17、行允许的过热限制值maxIrIUniversity of South Chinapage212023-5-14（2 2）最大励磁限制器）最大励磁限制器 只要励磁电流超过过热限制值，励磁调节器就会启动一个过只要励磁电流超过过热限制值，励磁调节器就会启动一个过热电力积分器：热电力积分器：dtIIKdtiKWrfRR22erRTIKW2maxmaxWWmaxWW励磁电流限制值为励磁电流限制值为调节器按恒励磁电流调节器按恒励磁电流 运行运行max.fImax.fI励磁电流限制值为励磁电流限制值为rI调节器按恒励磁电流调节器按恒励磁电流 运行运行rIUniversity of South Chinapa
18、ge222023-5-14（3 3）最小励磁限制器）最小励磁限制器发电机在实现欠励限制时，考虑留有发电机在实现欠励限制时，考虑留有一定的稳定储备后，限制值为一直线一定的稳定储备后，限制值为一直线1QPKQKP1QPKQKP调节器发出欠励限制信号，调节器发出欠励限制信号，励磁电流不再减少励磁电流不再减少University of South Chinapage232023-5-14（4 4）电压）电压/频率限制与保护频率限制与保护通常情况下，并网发电机的电压通常情况下，并网发电机的电压/频率比不会超过限制值，出现频率比不会超过限制值，出现这种现象的原因：这种现象的原因：1、发电机甩负荷或者解列、
19、发电机甩负荷或者解列2、发电机组启动时误投励磁开关、发电机组启动时误投励磁开关3、系统故障使频率降低、系统故障使频率降低*06.1GGfU*06.1GGfU*1.1GGfU*06.1GGfU在规定的时间内，仍然在规定的时间内，仍然 ，则跳主开关灭磁，则跳主开关灭磁*1.1GGfUUniversity of South Chinapage242023-5-14（5 5）发电机失磁监控）发电机失磁监控 发电机发电机“失磁失磁”是指发电机在运行中是指发电机在运行中全部或者部分失去励磁全部或者部分失去励磁电流电流，使转子磁场减弱或者消失，这是发电机运行中可能发生，使转子磁场减弱或者消失，这是发电机运行
20、中可能发生的一种故障状态。的一种故障状态。造成发电机失磁的原因造成发电机失磁的原因：1、励磁开关误跳闸、励磁开关误跳闸2、励磁机或晶闸管励磁系统元件损坏或发生故障、励磁机或晶闸管励磁系统元件损坏或发生故障3、自动灭磁开关误跳闸、自动灭磁开关误跳闸4、转子回路某处断线及误操作、转子回路某处断线及误操作发电机组均配置有失磁保护，还设置了失磁监视功能发电机组均配置有失磁保护，还设置了失磁监视功能University of South Chinapage252023-5-14小结小结1、励磁调节器的静态工作特性、励磁调节器的静态工作特性2、励磁调节特性的调整、励磁调节特性的调整3、发电机励磁自动控制系统的调节特性及调整、发电机励磁自动控制系统的调节特性及调整4、并联发电机组的无功功率的分配、并联发电机组的无功功率的分配5、调差系数、调差系数6、励磁调节器的辅助控制、励磁调节器的辅助控制7、瞬时电流限制、瞬时电流限制8、最大励磁限制、最大励磁限制9、最小励磁限制、最小励磁限制10、电压、电压/频率限制频率限制
