电力系统自动调压器与基本框图

第四节电力系统自动调压器的原理与基本框图========基本知识点========自动调压器的功能模拟元件调压器的工作原理自动励磁调节器的静态工作特性自动励磁调节器静态工作特性的调整第四节电力系统自动调压器与基本框图一、自动调压器的功能励磁调节器是一个闭环比例调节器。输入量：发电机电压gU或线路送、受端电压sU、rU输出量：励磁机的励磁电流eI或是线路电流LI功能：①保持发电机的端电压不变②其次是保持并联机组间无功电流的合理分配。第四节电力系统自动调压器与基本框图图2-39励磁系统一例GU=+-ReDEIeIrGG无自动调压器时，如图2-39人工不断调整eR的大小，以达到维持其端电压不变的目的。人工在调压过程中的作用可用图2-40中的ab线段来表示。人工和发电机形成了一个“封闭回路”。图2-40人工调压的作用oUgUgbUgaIeIE.bIE.aab第四节电力系统自动调压器与基本框图规律：当发电机电压GU升高时，人工就使eI减小；反之，gU降低时，就使eI增大。bgagUU..~是发电机正常运行时允许的电压变动范围beaeII..~代表励磁系统必须具备的调整容量的最低值当aggbgUUU..时，发电机超出了正常运行范围线段ab是所有自动调压器共有的基本特性第四节电力系统自动调压器与基本框图◆有自动调压器时，如图2-42工作原理：利用rfgUUU-=作为输入信号，在输出端输出一个与U相反的调整电流eI，使调压器的输入量gU与输出量eI达到图2-40中ab表示的比例关系。具有ab线段的特性的自动励磁调节器的基本框图励磁调整电流，当UG↓IEF↑Ed↑UG重新回到基准值附近反之，UG↑IEF↓Ed↓UG重新回到基准值附近第四节电力系统自动调压器与基本框图典型晶闸管自动调压器框图自动调压装置的功率放大元件就是晶闸管的整流。基本环节：测量、放大、同步、触发功能：实现电压调节和无功功率分配当自动励磁调节器退出工作后，由自动切换装置将手控单元投入。第四节电力系统自动调压器与基本框图典型可控硅自动励磁调节器框图SCRCTPT稳压电源起励手控调差变压器励磁电源G放大反馈附加控制信号测量触发同步第四节电力系统自动调压器与基本框图二、模拟调压器的工作原理1.测量单元（图2-62）◆作用:按比例的反应发电机端电压对给定值的偏差◆构成：测量变压器、整流桥、滤波回路、整定电位器及测量桥◆特性：测量单元输入电压与输出电压之间的关系是线性的，响应速度快，有较高的灵敏度及测量单元的工作不受系统频率变化的影响◆过程：测量发电机端电压并转换为直流电压，与给定的基准电压相比较，取得偏差信号，送给放大单元。第四节电力系统自动调压器与基本框图◆测量桥：由1R、2R和稳压管VD1、VD2组成，如图2-63（a）所示VD1VD2R1R2U2U1AB+a-b+U20-U2U2(2U2)dec工作段0‘图2-63测量桥及其特性曲线（a）电路图（b）特性曲线图第四节电力系统自动调压器与基本框图工作原理：（1）当输入电压ZUU1时，VD1与VD2均未击穿，稳压管电流0=VDI,则12UU-=（2）ZUU1时，VD1与VD2均被击穿，且维持端电压不变，则ZUUU-=12含义：①ZUU21=，02=U，图中e点为额定工作点，NUgU=②ZUU21,02U,NUgU③ZUU21,02U,NUgU第四节电力系统自动调压器与基本框图令ggNZKUUUK2=及则：)(UK)(2ZgggNgUKUUUKU=-=显然利用测量桥的ced段，可以按比例的测量发电机电压对其额定值的偏差。第四节电力系统自动调压器与基本框图◆wR——电压整定电位器，单机运行时，用以改变发电机电压的整定值；在并列运行时，用以调整发电机输出的无功功率的大小。图2-64（a）分析wR对测量环节的影响eeen=0n=0.5n=1U20-U2Ud(b)R1(a)图2-64测量环节总特性（a）电路图（b）特性曲线图VD1VD2R2U2UdA+a-b+R3U1RwB第四节电力系统自动调压器与基本框图++=-=-=+-=+==-=-=221wd1121wd2wd11wd11212)(11,)(IIIIIRUUUUUUURRUURRUURUIIRUUUUUUZZZ时，时第四节电力系统自动调压器与基本框图RUUIRUURUURUIZZZ231112131-=-+-+=++-=++=RWRZURWRdUURWRRWRZUdUU312)](21[231)(21第四节电力系统自动调压器与基本框图令nRRW=++-=+-=nUnUnUZdd312)21(UU,U(2)1UU,U)1(2Z12Z1则（a）n为不同值时，)(2dUfU=的特性如图2-64（b）所示，可见dU为一定值时改变n的大小，可以改变发电机额定电压值e点的整定值。第四节电力系统自动调压器与基本框图（b）当n值达到某一范围（如n0.5）时，系数n数值的改变对图2-63（b）测量单元特性上的ce工作段的斜率无明显影响，却使e点的整定值发生了较明显的移动。WR的特性可以表示在图2-65中，WR减小，测量单元的输出特性左移，反之，特性右移。Ud（KUg）U2Rw减小Rw加大e1e2e3c1c2c3图2-65Rw的功能第四节电力系统自动调压器与基本框图2.放大单元◆作用：能线性的放大多个控制信号之和，提高励磁装置的灵敏度，以及满足励磁调节的要求。◆元件：运算放大器◆过程：来自测量单元的电压信号及调差单元的电压信号在放大单元与励磁限制、稳定控制及反馈补偿等其他辅助调节信号加以综合放大，用来满足触发单元相位控制所需的控制电压。USM大放合综测量比较励磁系统稳定器电力系统稳定器最小励磁限制器最大励磁限制器第四节电力系统自动调压器与基本框图RfafaIIUR11IR22IU1U2Uou+E-E-K+图2-67运算放大器原理接线图第四节电力系统自动调压器与基本框图0,0==UI则:)(U22112211222221111121URRURRURURURRURUUIRURUUIRURUUIIIIfafaoufaoufaoufaoufafa+-=-=+-=-==-==-==+故：上式说明：运算放大器的输出电压的大小等于多个输入信号按不同比例相加后之和。第四节电力系统自动调压器与基本框图U2Uou0图2-68放大器输入输出特性第四节电力系统自动调压器与基本框图3.触发单元◆作用：将控制信号按照调压器工作特性的要求转换成移相脉冲，并触发晶闸管单元，从而改变可控整流的输出，达到调节发电机励磁的目的。◆构成：同步回路、单稳态触发回路及脉冲输出电路◆同步回路：削波二极管VD1、VD2及微分电容C1组成。单稳态触发器：V1、V2脉冲输出电路：微分电容C5、脉冲变压器T第四节电力系统自动调压器与基本框图移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单元送来的综合控制信号Uk的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整流单元的晶闸管，从而改变可控整流柜的输出，达到调节发电机励磁的目的。移相触发单元原理框图器相移步同脉冲给定基准器Uk综合控制信号器压变步同器生发冲脉步信号三相同整流装置至晶闸管◆过程：第四节电力系统自动调压器与基本框图三．ZTL-1型自动励磁调节装置简介构成：调差、测量、触发、放大、同步、稳压、手动（1）同步变压器：采用Dy5接线方法（2）稳压电源：向调压器提供稳定可靠的直流电源有四组，两组供放大单元使用，其余两组供供触发器和手控单元使用（3）手控单元：调压器在启励、投入、实验和某些单元故障时，需采用手控方式进行励第四节电力系统自动调压器与基本框图调节。本装置采用不完全手控方式手动方式与自动方式切换时，为了能平滑进行，应先测量手控输出电压和放大器输出电压的大小，只有两者相等时，才允许切换，否则会引起较大的电压摆动。四．ZTL-1型自动励磁调节装置的工作特性1．空载工作点第四节电力系统自动调压器与基本框图eIdU测量K1放大K2触发K3SCRK4gU2U3U图2-76ZTL-1简化框图（a）测量环节的工作特性)(112gNggUUKUKU-==1K——测量元件的放大系数gNU——发电机电压额定值（特性曲线如图2-77（a））（b）放大环节第四节电力系统自动调压器与基本框图223UKU=2K——放大单元的放大系数，其工作特性如图2-77（b）(c)触发单元的工做特性把特性曲线局部线性化得到33UK=3K——触发单元等值放大系数稳态励磁电流：RURULede==励磁电流与导通角的关系如图2-77（d）在图2-77（d）中，取0eI为发电机空载时励磁电流，在)(afIe=上求出0，一般取0=90°第四节电力系统自动调压器与基本框图图2-77ZTL-1型励磁调节装置开环时各单元特性曲线图（a）测量单元（b）放大单元（c）触发单元（d）励磁电流与导通角33UK=gIU3U3UgUset=常数00eU2(C)(d)（a）（b）Ⅰe0gUKU=12233UKU=RUIe/2cos135.1+=0UgN第四节电力系统自动调压器与基本框图2.ZTL-1型励磁调节装置工作特性的合成图2-78ZTL型励磁调节装置测量及放大单元的合成特性（a）测量单元（b）放大单元（c）测量—放大综合UgUgababba-U2U3Rw加大Rw加大（a）（b）（c）0第四节电力系统自动调压器与基本框图图2-79ZTL型励磁调节装置的工作特性（a）U3=f(Ug）（b）触发单元特性（c）Ⅰe=f()特性（d）Ⅰe=f(Ug）2-79（d）的特性就是ZTL-1型励磁调节装置的工作特性U3Ugabab（a）（c）0eeU1eUk（d）Ⅰeeabbbeaa（b）e第四节电力系统自动调压器与基本框图图2-79（d）说明，在工作特性区内（1）gU升高，eI就急剧下降（2）gU降低，eI就急剧增加（3）当gU降到某一数值时，eI就出现饱和，电流不再增加，可控硅已经全部开放。（4）当gU升高到某一数值时，eI=0，可控硅已经全部关断。（5）工作区ab内发电机电压变化极小，可达到维持发电机端电压水平的目的。自动调节器的工作特性在工作区内的陡度，是调节性能的重要指标之一。即geUIK=K——ZTL-1型励磁调节器在工作区内的放大系数第四节电力系统自动调压器与基本框图将图2-77中各曲线线性化调压器的放大系数等于各个环节的放大系数的乘积3．自动励磁调节器的调差系数（a）发电机额定电压附近的调节特性：发电机转子电流IEF无功负荷电流Iw432143322312KKKKUIKKIUKUKUUKUgeeg======第四节电力系统自动调压器与基本框图（b）图2-80（c）说明，发电机在加装励磁调节器以后，当wI变动时，gU基本维持不变。发电机外特性下倾的程度代表了发电机正常运行特性的一个重要参数，即调差系数，它决定了并联机组间无功电流的分配。=-=-=UUUUUUgN2121gNU——发电机额定电压21UU、——空载、负荷电流的无功分量为额定值时的发电机电压，一般取gNUU=2，见图2-81第四节电力系统自动调压器与基本框图gNUU=2U1UgwNIwI2-81发电机调差系数2-80发电机外特性（a）发电机调整特性（b）无功电流的分配关系（c）发电机外特性wwNIIgNgUU=wIwNIbaabba（a）（b）（c）UgeI第四节电力系统自动调压器与基本框图调差率：%100Uδ%21-=gNUU表示机端电压的变化率定义：调差系数δ表示负荷无功电流从零变至额定值时，发电机电压的相对变化。gNggNWgNggNUUKUIUUUU==-='21Uδδ越小，无功电流的变化就越小，所以，调差系数δ表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。第四节电力系统自动调压器与基本框图将)(IWe