第二章电力系统电压的自动调节

第二章电力系统电压的自动调节第一节电力系统电压的有关问题一、同步发电机励磁自动控制系统的组成励磁功率单元励磁调节器励磁系统同步发电机二、励磁控制系统的基本任务电压调节无功分配提高发电机运行稳定性提高电力系统运行性能1电压调节（1）基本关系③表达式：GdGqIjXUEIGUGEqXd①等效电路GGIdGxIdGxIjdQxIjdPxIjGUqEQIPI②向量图励磁功率单元励磁调节器同步发电机系统（2）外特性①表达式：dQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXIUE近似：严格：cossincos②曲线IQUGEqxd数学含义自变量应变量截距斜率物理意义只受励磁电流控制只与发电机参数有关A：Eq=1.05，xd=0.1，δ=0；B：Eq=1.05，xd=0.1，δ=20；C：Eq=1.05，xd=0.1，δ=[0,2]；（3）励磁电流对电压的控制IEF→Eq→UG：励磁电流可以改变机端电压，通过调节励磁电流维持机端电压恒定IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG2ABCIQUG2无功功率的分配（1）发电机与无穷大系统母线并联①向量图②解析式21sinsincoscosCEXUEPCIIUIUPqdGqGGPGGGG③分析不变；不变；变；变；变变，变sincossinsinGGGGGGGGGEFIUPIIUQIII不变；不变；变；变；变变，变sinsincoscosdGGqdGqGGqqEFXUPEXUEUQEEI④IEF对无功功率的控制IEF→IQ→QG：调节励磁电流可以改变发电机无功功率（2）并联运行的发电机间的无功功率分配①无励磁调节1''1'''''2121212121212121NNQQNNQQQQQQQQQQQQSSIISSIIIIIIIIIIII②有励磁调节系统～ABG1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2I’Q2I’Q1212121212121''''QQQQNNQQNNQQIIIISSIISSII3提高同步发电机并联运行稳定性（1）稳定性的概念静态稳定：小干扰后恢复到原状态；（如：负荷波动）暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态；（如：系统故障）（2）励磁提高静态稳定性①功角特性sinXUEPqG最大功率：XUEPqm稳定区间：[0，90]②无励磁调节XUEPqM，90③有励磁调节恒定的UG：If变→Eq变→UG不变，UUXXXUUPGGm'''sin'，，''90'XUUPGm，4改善电力系统运行条件（1）异步电动机——自启动（2）同步发电机——异步运行（3）继电保护装置——动作G1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2I’Q1I’Q2（4）水轮发电机组——强行励磁三、励磁系统的任务与要求1励磁调节器任务要求迅速响应输入信息变化时间常数小准确调节发电机电压自然调差系数精确合理分配无功功率电压调差系数范围大人工稳定区域运行无失灵区迅速反映系统故障励磁控制功能2励磁功率单元任务要求调节系统电压和本身无功可靠性、调节容量较强励磁能力頂值电压快速响应能力电压上升速度第二节同步发电机励磁系统一、直流励磁机励磁系统1原理（1）自励（2）他励2特点优点：控制方便缺点：有滑环、电刷GIEEREEUEFIEFREE→IEE→UEF励磁机→发电机EGIEEUEFIEFREE→IEE→UEF副励→主励→发电机易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护3应用中小容量机组（≤100MW）旧型机组二、交流励磁机励磁系统1他励交流励磁机励磁系统（1）原理（2）特点优点：响应速度快（相对DC）；容量较大（相对DC）缺点：有滑环、电刷易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护（3）应用中等容量机组（100MW~300MW）我国旧型机组2无刷励磁系统（1）原理副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止发电机：电枢静止，磁极（励磁）旋转起励电源副励~~~自励恒压调节器励磁调节器主励交流发电机500Hz副励100Hz主励磁机50Hz发电机（2）特点优点：维护工作量少；可靠性高无接触磨损，电机绝缘寿命长缺点：响应速度慢不能直接灭磁对机械性能要求高（3）应用大容量机组（600MW）三、静止励磁系统1原理2特点优点：维护工作量少；可靠性高主轴长度短，基建投资少电压响应速度快副励~~~励磁调节器主励交流发电机起励电源~励磁调节器交流发电机过电压低缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力继电保护的动作会受一定影响3应用大容量机组（600MW）水轮机组第三节励磁系统中转子磁场的建立与灭磁一、磁场建立1励磁系统的强励要求转子励磁电压的最大值顶值电压：UEF,max强励倍数：UEF,max/UEF,N≈1.6-2.0转子磁场的建立速度励磁机的响应速度转子的响应速度2励磁机的时间常数（1）他励回路方程：EIRdtdILEEEEEEEE回路电流：)1()(tLREEeEtL时间常数：EEEEtRLT（2）自励回路方程：EFEEEEEEEEUIRdtdIL磁化曲线：EEEEEEkIEIIEUE01010EEEEEEEEEEkIEIRdtdII0回路电流：)1()(0tLkREEeEtL时间常数：kRLTEEEEC3转子磁场的建立时间（1）响应时间可求中在无需额外计算，已经含tUtUttttUUUtUEFEFEFNEFNEFMEFN0110)%(95（2）电压响应比可求通常取的实质为磁通变化量，与无法准确计算tUstkdtUkdtUkUUUEFtEFtEFadEF0.5022011二、灭磁1概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度2要求：（1）灭磁时间要短；（2）灭磁过程中励磁绕组的电压不应超过允许值3方法（1）直流励磁机——放电灭磁①电路结构LmEttEERRUeIU000maxmLLRRL②灭磁过程③影响灭磁的因素——灭磁电阻Rm适宜值：（4-5）RGRm越大，灭磁快，e0大；Rm越小，灭磁慢，e0小；④理想灭磁保持为0tdtdi常数，过程会加快（2）交流励磁机——逆变灭磁①基本原理：利用交流输出进行逆变②灭磁条件：α90°，40°≤β90°；ac电源不能消失③灭磁过程：state1逆变灭磁state2电阻灭磁④理想灭磁他励交流励磁系统自并励的交流电取自发电机端，有衰减，速度慢第四节励磁调节器原理一、励磁调节器基本功能保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移，无功负荷，不要引起对电网的冲击；保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配；二、励磁调节器原理1测量比较单元（1）电压测量：)()(直流交流SEGUU（2）比较整定：deREFSEUUU2综合放大单元（1）正竞比电路：励磁信号控制（2）负竞比电路：电压/频率限制器信号（3）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅（4）互补输出电路：提高与下一级负载阻抗匹配能力3移向触发单元（1）移向触发：SYMSMUUarccos（2）整流输出：SYMSMdUUUUU1134.2cos34.2三、励磁调节器静态工作特性1静态工作特性的合成（1）平移发电机的外特性改变RP值，即Uset整定。实现平稳的将发电机投入和退出电网运行（2）改变发电机的外特性的斜率调整调差系数Kadj，保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。2发电机励磁控制系统静态特性（1）同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机电流的无功分量之间的静态特性。此特性通常称为发电机外特性或电压调节特性，也称为电压调差特性。（2）发电机机端电压调差率：在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负荷从零变化到额定值时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机机端电压变化率。0IG·QIAERUG=UG·NIGQUGabRP大RP大RP小RP小12100%GGTGeUUU四、励磁调节器静态工作特性的调整1定义在某一RP值下，无功负荷电流从零变至额定值时，发电机电压的相对变化。22GGNGGGadjUEUUEK发电机的无功电流IGQ也可表示为GQNGNGGGGQIUEUEI2用标幺值表示为adjGadjGGQKUQKUI，即2调差系数的调整（1）改变极性正调差接线负调差接线RIUUCAA'BBUU'RIUUACC'输入线电压：QGPPPPRIUU'（2）改变大小：调整电阻R值。3发电机外特性的平移（1）发电机在退出系统运行时IG.Q1减小到IG.Q2减小到0，只要将发电机外特性由1下移动到3，这样机组就可平稳退出运行，不会发生无功功率的突变，不会引起对电网的冲击。（2）发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性3向上移动，使无功电流逐渐增加到运行要求值。IG·Q0IGQ2IGQ1UGUsys123