發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)作用及分類.ppt

,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)作用及分類 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司 二00九年三月,1、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,2、勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平 控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平,保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。,提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求在許多方面 是一致的。,保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。,控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配,發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率 在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機(jī)無(wú)功電流從零變化到額定時(shí)，用發(fā)電機(jī)額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示的發(fā)電機(jī)端電壓變化率 發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率按下式計(jì)算： D(%)=(Ug0-Ug)/Ug100% 式中 Ug0 -發(fā)電機(jī)無(wú)功電流等于零時(shí)的電壓 Ug -發(fā)電機(jī)無(wú)功電流等于額定無(wú)功電流時(shí)的電壓,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配,發(fā)變組單元高壓側(cè)并聯(lián)： 變壓器電抗調(diào)差（正調(diào)差）+ 發(fā)電機(jī)調(diào)差（負(fù)調(diào)差） 坑口電站： 長(zhǎng)輸電線路調(diào)差（正調(diào)差）+ 發(fā)電機(jī)調(diào)差（負(fù)調(diào)差） 兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線： 發(fā)電機(jī)正調(diào)差，調(diào)差率較大,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,靜態(tài)穩(wěn)定性,動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,暫態(tài)穩(wěn)定性,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,發(fā)電機(jī)輸出電磁功率,發(fā)電機(jī)功角向量圖,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,傳輸功率的大小與相位角密切相關(guān)，稱為“功角”或“功率角”。,傳輸功率與功角的關(guān)系，稱為“功角特性”或“功率特性”。,功角除了表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外，還表明了各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置。,角就是感應(yīng)電勢(shì)Eq和電網(wǎng)電壓U之間的夾角，也稱為“功角”或“功率角”。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,角是表征電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最重要的量，功角失穩(wěn)指系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)功角失去穩(wěn)定性的現(xiàn)象。,正常情況下，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)以相同速度旋轉(zhuǎn)，機(jī)間相對(duì)轉(zhuǎn)子角度維持恒定，即處于同步運(yùn)行狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)中任何節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和頻率以及任何線路的傳輸功率為恒定值。 如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中受到某種干擾，干擾的影響將通過(guò)互聯(lián)的電力網(wǎng)絡(luò)傳到各發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，并使發(fā)電機(jī)的輸出電功率相應(yīng)發(fā)生改變，結(jié)果是使得在擾動(dòng)瞬間各發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩和輸出的電磁轉(zhuǎn)矩失去平衡，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不同程度的加速或減速，并導(dǎo)致各發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)子相對(duì)角的變化。 如這種轉(zhuǎn)子角度的變化過(guò)程是隨時(shí)間衰減的，并能最終恢復(fù)到擾動(dòng)出現(xiàn)前的正常值或達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值，則認(rèn)為在這種運(yùn)行方式和擾動(dòng)形式下系統(tǒng)是功角穩(wěn)定的。 如果這種轉(zhuǎn)子角度的變化隨時(shí)間而加劇，并最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)間失去同步，則認(rèn)為系統(tǒng)在該運(yùn)行方式下對(duì)這種擾動(dòng)形式是功角不穩(wěn)定的。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性 (Steady Stability) 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。 靜態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式下受到微小干擾時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。假設(shè)在電力系統(tǒng)中有一個(gè)瞬時(shí)性小干擾，如果在擾動(dòng)消失后系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原始的運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)在該運(yùn)行方式下是靜態(tài)穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是靜態(tài)不穩(wěn)定的。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)是發(fā)電機(jī)輸出電磁功率對(duì)功角的微分dPe/d是否大于0 。,如左圖所示，采用了自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的最大電磁功率和最大功率角都有提高。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,左圖中，橫坐標(biāo)是功率角，縱坐標(biāo)是電壓放大系數(shù)。在同一轉(zhuǎn)子功角下,隨電磁時(shí)間常數(shù)Te增加,為保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行所允許的電壓放大系數(shù)增加;在同一Te下,隨轉(zhuǎn)子功角的增加所允許的電壓放大系數(shù)減少。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性 (Transient Stability) 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。 如果電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式下受到某種形式的大擾動(dòng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程后能夠恢復(fù)到原始的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式或過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式，則認(rèn)為系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動(dòng)前的運(yùn)行方式有關(guān)，而且與擾動(dòng)的類型、地點(diǎn)及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)是等面積定則。,左圖的功率曲線中，當(dāng)功率角從1變化到2時(shí)，PT與P3之間的面積正比于轉(zhuǎn)子動(dòng)能的變化量。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,等面積定則的具體內(nèi)容,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,等面積定則的具體內(nèi)容,等面積定則： 減速面積和加速面積如圖所示。 如圖（a）減速面積加速面積，臨界穩(wěn)定； 如圖（b）減速面積加速面積，穩(wěn)定； 如圖（c）減速面積加速面積，不穩(wěn)定。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法就要減小加速面積或增大減速面積，具體說(shuō)來(lái)有以下三種方法：,加快故障切除時(shí)間 提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比 提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù),(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提高暫態(tài)穩(wěn)定性對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)而言，就是要提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比和提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)。,提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比 加快勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間，即從施加階躍信號(hào)起，勵(lì)磁電壓達(dá)到頂值電壓與額定勵(lì)磁電壓差的95%的瞬間的時(shí)間。 提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù) 提高勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)比，即由勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)曲線確定的勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電壓的增量除以額定磁場(chǎng)電壓。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 (Dynamic Stability) 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增長(zhǎng)的振蕩而失步的能力。 擾動(dòng)后系統(tǒng)在第一或第二振蕩周期內(nèi)不失步(即保持了暫態(tài)穩(wěn)定性)，但可能由于自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的配置不合適或其他因素，后續(xù)的振蕩周期幅值不斷增大并造成失步。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題實(shí)際上是指系統(tǒng)在受到小的或大的擾動(dòng)后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)控制裝置的影響下，保持長(zhǎng)過(guò)程運(yùn)行穩(wěn)定性的能力。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性目前的主要問(wèn)題是對(duì)系統(tǒng)低頻振蕩的抑制。低頻振蕩是發(fā)生在弱聯(lián)系的互聯(lián)電網(wǎng)之間或發(fā)電機(jī)群與電網(wǎng)之間，或發(fā)電機(jī)群與發(fā)電機(jī)群之間的一種有功振蕩，其振蕩頻率在0.1-2.5Hz之間。其原因有： 系統(tǒng)弱阻尼時(shí)，受到擾動(dòng)功率振蕩長(zhǎng)久不能平息 系統(tǒng)負(fù)阻尼時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)而振蕩或系統(tǒng)發(fā)生自激 系統(tǒng)振蕩模與某種功率波動(dòng)的頻率相同，且由于弱阻尼，引起特殊的強(qiáng)迫振蕩 由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化引起的電磁力矩變化和電氣回路耦合產(chǎn)生的機(jī)電振蕩,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響,電力系統(tǒng)的固有自然阻尼小，而使用快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)器或使用自并激可控硅快速勵(lì)磁系統(tǒng)，又削弱了系統(tǒng)阻尼，甚至使系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)阻尼。為了抑制低頻振蕩，在勵(lì)磁系統(tǒng)中加入了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的作用是：利用附加控制，產(chǎn)生附加阻尼轉(zhuǎn)矩，增加正阻尼抑制低頻振蕩。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響 Ut=K5+K6Eq 當(dāng)K5 0，Mex=DAW+KA 可知： 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)越大， KA越大， Mex幅值越大，負(fù)阻尼也越大 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器響應(yīng)越快，KA越大， Mex幅值越大，負(fù)阻尼也越大,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的實(shí)現(xiàn) 附加控制輸入一個(gè)與低頻振蕩相關(guān)的電氣量，如-Pe等。經(jīng)過(guò)超前或滯后的相位校正，增益放大，疊加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，該附加控制分量在發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生一附加轉(zhuǎn)矩，使與同相。從而產(chǎn)生正阻尼，抑制發(fā)電機(jī)的低頻振蕩。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS1A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,常用的穩(wěn)定器輸入信號(hào)是轉(zhuǎn)速、頻率或功率。 T6用于表示了變送器時(shí)間常數(shù)，穩(wěn)定器增益KS，信號(hào)沖洗(Washout 隔直)由時(shí)間常數(shù)T5設(shè)置。下一方塊中A1和A2允許高頻扭振濾波器（有些穩(wěn)定器用）的一些低頻效應(yīng)被計(jì)入。隨后的2個(gè)方塊可允許2級(jí)領(lǐng)前一滯后補(bǔ)償，用常數(shù)T1到T4設(shè)置。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,常用的穩(wěn)定器輸入信號(hào)是轉(zhuǎn)速、頻率或功率。南瑞集團(tuán)電控公司選用的為功率和頻率。 函數(shù)的結(jié)構(gòu)和作用大致與PSS1A模型相同。,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS2A型試驗(yàn)錄波曲線,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS2A型試驗(yàn)錄波曲線,(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,1、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用,2、勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng) 三機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 兩機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng) 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)（主流） 其它勵(lì)磁系統(tǒng) P棒勵(lì)磁系統(tǒng) 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 諧波勵(lì)磁系統(tǒng),勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,三機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng),兩機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng),兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng),無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,交流他勵(lì)系統(tǒng)總體說(shuō)來(lái)具有勵(lì)磁電壓穩(wěn)定，不受電網(wǎng)影響的優(yōu)點(diǎn)，但是相比自勵(lì)系統(tǒng)響應(yīng)仍然較慢，而且維護(hù)復(fù)雜。,對(duì)其評(píng)價(jià),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,自勵(lì)系統(tǒng)尤其是自并勵(lì)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速。但是長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為在電力系統(tǒng)短路故障時(shí)尤其是三相短路時(shí)無(wú)法支撐起電網(wǎng)電壓。但是近年來(lái)隨著封閉母線的大規(guī)模運(yùn)用和控制理論的成熟，已經(jīng)成為主流勵(lì)磁機(jī)型。,對(duì)其評(píng)價(jià),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,1 P棒勵(lì)磁系統(tǒng) 2 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 3 諧波勵(lì)磁系統(tǒng),其它勵(lì)磁系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,其它勵(lì)磁系統(tǒng),P棒勵(lì)磁系統(tǒng),(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類,其它勵(lì)磁系統(tǒng),P棒勵(lì)磁系統(tǒng),即在發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)另嵌一組勵(lì)磁專用的線棒，但其輸出仍要接至整流變壓器上。究其原因是發(fā)電機(jī)短路時(shí)，P棒有一定電流復(fù)勵(lì)磁能力，對(duì)維持故障時(shí)機(jī)端電壓有利，該系統(tǒng)功率電路有的還采用三相半控可控硅整流橋，比較落后，無(wú)法采用逆變滅磁。（例如華能上安