水電站勵磁系統(tǒng)原理講義ppt課件

1、同步電機運轉(zhuǎn)時，必需在勵磁繞組中通入直流電流，建立勵磁磁同步電機運轉(zhuǎn)時，必需在勵磁繞組中通入直流電流，建立勵磁磁 場。相應(yīng)的，將場。相應(yīng)的，將供應(yīng)勵磁電流的整個安裝稱為勵磁系統(tǒng)供應(yīng)勵磁電流的整個安裝稱為勵磁系統(tǒng) 建立發(fā)電機機端電壓：發(fā)電機內(nèi)電勢建立發(fā)電機機端電壓：發(fā)電機內(nèi)電勢 Eq=BLV最主要功能：維持發(fā)電機機端電壓恒定、穩(wěn)定，并根據(jù)發(fā)電機所最主要功能：維持發(fā)電機機端電壓恒定、穩(wěn)定，并根據(jù)發(fā)電機所 帶負(fù)荷情況，相應(yīng)帶負(fù)荷情況，相應(yīng)的調(diào)整勵磁電流的調(diào)整勵磁電流 在并列運轉(zhuǎn)的發(fā)電機間合理分配無功功率在并列運轉(zhuǎn)的發(fā)電機間合理分配無功功率添加發(fā)電機的阻尼轉(zhuǎn)矩，提高電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性添加發(fā)電機的阻尼

2、轉(zhuǎn)矩，提高電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性不同工況下，對發(fā)電機實行過勵磁限制和欠勵限制等不同工況下，對發(fā)電機實行過勵磁限制和欠勵限制等第第1部分部分 勵磁系統(tǒng)的根本作用勵磁系統(tǒng)的根本作用2同步發(fā)電機的任務(wù)原理： 原動機帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，給轉(zhuǎn)子通直流電，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，建立起機端電壓，當(dāng)發(fā)電機并網(wǎng)與負(fù)載相連時產(chǎn)生電流，發(fā)出電能。勵磁設(shè)備的根本義務(wù): 給發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電流構(gòu)成磁場。3勵磁系統(tǒng)的主要技術(shù)要求o有足夠的強勵頂值電壓。強勵電壓倍數(shù)普通取1.82.0o具有足夠的強勵電壓上升速度o有足夠的調(diào)理容量：保證勵磁電流在1.1倍額定勵磁電流時能長期運轉(zhuǎn)o運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，任

3、務(wù)可靠，呼應(yīng)快速4 采用可靠性高、控制性能強的勵磁系統(tǒng)，是保證發(fā)電機平安穩(wěn)定運轉(zhuǎn)并提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的經(jīng)濟而有效的措施。5第第2部分部分 勵磁系統(tǒng)的幾種主要類型勵磁系統(tǒng)的幾種主要類型o直流勵磁機勵磁系統(tǒng)：70年代以前；具有公用的直流發(fā)電機6o交流勵磁機勵磁系統(tǒng)：80、90年代，直流勵磁機制造容量有限，大型機組采用。俗稱三機勵磁。7o無刷勵磁系統(tǒng)：這種勵磁方式?jīng)]有專門的勵磁機，而是從發(fā)電機本身獲取勵磁電流，經(jīng)整流后再供發(fā)電機勵磁，因此又稱為自勵式靜止勵磁o 自勵式靜止勵磁又可分為自并勵和自復(fù)勵兩種方式o 最具代表性的當(dāng)屬自并勵勵磁方式，經(jīng)過接在發(fā)電機出口的整流變壓器亦稱為并聯(lián)變壓器T獲得勵磁電流

4、，經(jīng)整流后供發(fā)電機勵磁8o自并勵勵磁系統(tǒng)：自并勵靜止勵磁系統(tǒng)取代直流勵磁機和交流勵磁機勵磁系統(tǒng)是技術(shù)開展的必然。國內(nèi)一切的新建水電站和大部分的火電廠都運用自并勵勵磁系統(tǒng)。9 自并勵勵磁系統(tǒng)是當(dāng)今主流勵磁系統(tǒng)。已在大、中型自并勵勵磁系統(tǒng)是當(dāng)今主流勵磁系統(tǒng)。已在大、中型發(fā)電機組中普遍采用。其主要技術(shù)特點：發(fā)電機組中普遍采用。其主要技術(shù)特點：接線簡單、構(gòu)造緊湊，維護(hù)方便；接線簡單、構(gòu)造緊湊，維護(hù)方便；取消勵磁機，發(fā)電機組長度縮短，減小軸系振動，節(jié)約本錢；取消勵磁機，發(fā)電機組長度縮短，減小軸系振動，節(jié)約本錢；調(diào)理性能優(yōu)越，經(jīng)過附加調(diào)理性能優(yōu)越，經(jīng)過附加PSSPSS控制可以有效提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性?？刂瓶?/p>

5、以有效提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。缺陷：在發(fā)電機或系統(tǒng)發(fā)生短路時，由于電壓的大幅下降或消逝，導(dǎo)致勵磁電流的下缺陷：在發(fā)電機或系統(tǒng)發(fā)生短路時，由于電壓的大幅下降或消逝，導(dǎo)致勵磁電流的下降或消逝，而此時本應(yīng)大大添加勵磁即強行勵磁來維持電壓的。思索到現(xiàn)代降或消逝，而此時本應(yīng)大大添加勵磁即強行勵磁來維持電壓的。思索到現(xiàn)代大型電網(wǎng)多采用封鎖母線，且高壓電網(wǎng)普通都裝有快速維護(hù)大型電網(wǎng)多采用封鎖母線，且高壓電網(wǎng)普通都裝有快速維護(hù)0.1s0.1s內(nèi)切除短路缺內(nèi)切除短路缺點，以為有足夠的可靠性，故采用自并勵的機組較多。點，以為有足夠的可靠性，故采用自并勵的機組較多。第第3部分部分 自并勵勵磁系統(tǒng)的根本構(gòu)成自并勵勵磁系統(tǒng)

6、的根本構(gòu)成103.1 自并勵勵磁系統(tǒng)的主要組成部分自并勵勵磁系統(tǒng)的主要組成部分113.2 勵磁變壓器勵磁變壓器o將高電壓隔離并轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)牡碗妷?，供整流器運用。普通接線組別：Y/d-11。o勵磁變的額定容量要滿足發(fā)電機1.1倍額定勵磁電流的要求。o勵磁變的二次電壓的大小要滿足勵磁系統(tǒng)強勵的要求。o勵磁變的絕緣等級：F級或H級。o勵磁變的額定最大溫升：80K或100K。123.3 可控硅整流橋可控硅整流橋 可控硅整流橋普通采用三相全控可控硅整流橋的方可控硅整流橋普通采用三相全控可控硅整流橋的方式，實現(xiàn)把交流電轉(zhuǎn)換為可控的直流電的主要義務(wù)，給發(fā)式，實現(xiàn)把交流電轉(zhuǎn)換為可控的直流電的主要義務(wù)，給發(fā)電機

7、提供各種運轉(zhuǎn)情況下所需求的勵磁電流。電機提供各種運轉(zhuǎn)情況下所需求的勵磁電流。13三相全控橋電路構(gòu)造三相全控橋電路構(gòu)造14三相全控橋電路要點三相全控橋電路要點 觸發(fā)控制角的實際范圍0180，超出此范圍外的觸發(fā)信號就會呵斥混亂。觸發(fā)控制角的角度控制是嚴(yán)厲的，普通適用范圍：10150 090：整流形狀； 90180：逆變形狀。 逆變形狀時為什么是負(fù)的？電流方向與原來一致，而電壓方向反，因此功率傳送方向會反轉(zhuǎn)，從整流態(tài)到逆變態(tài)，完成能量耗費。 自并勵情況、發(fā)電機空載形狀下，可實現(xiàn)逆變滅磁。轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過發(fā)電機、勵磁變及轉(zhuǎn)子回路的電阻耗費。滅磁時間較長，10s左右。15三相全控橋電路的三種典型波形三相全控

8、橋電路的三種典型波形=00: 自然換相點，自然換相點， 二極管整流，二極管整流， AC變變DC=0900: 整流形狀，整流形狀， AC變變DC=1500: 逆變形狀，逆變形狀， DC變變AC16o可控硅流過電流，會在可控硅兩端產(chǎn)生電壓降普通12V，呵斥可控硅發(fā)熱，溫度升高?？煽毓鑳?nèi)部的最大接受結(jié)溫PN結(jié)是125。o可控硅散熱方法：可控硅壓裝散熱器，并啟動冷卻風(fēng)機進(jìn)展風(fēng)冷散熱。三相全控橋的散熱三相全控橋的散熱173.4 滅磁系統(tǒng) 滅磁，即是快速把轉(zhuǎn)子電感中儲存的大電流滅磁，即是快速把轉(zhuǎn)子電感中儲存的大電流釋放掉，以保證發(fā)電機平安運轉(zhuǎn)，維護(hù)機組和其釋放掉，以保證發(fā)電機平安運轉(zhuǎn)，維護(hù)機組和其它設(shè)備平

9、安它設(shè)備平安 。 轉(zhuǎn)子電感是大的儲能元件，電感中的電流是轉(zhuǎn)子電感是大的儲能元件，電感中的電流是不能突變的。儲存能量為：不能突變的。儲存能量為： 滅磁系統(tǒng)由滅磁開關(guān)、滅磁電阻及滅磁回路滅磁系統(tǒng)由滅磁開關(guān)、滅磁電阻及滅磁回路開通控制單元組成。滅磁，就是把轉(zhuǎn)子中儲存的開通控制單元組成。滅磁，就是把轉(zhuǎn)子中儲存的能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中，來耗費掉。能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中，來耗費掉。221ffILW 18滅磁系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖滅磁系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖-FR-V62 -V61-QFG-LGE-A61-CT-V63QFG滅磁開關(guān) FRSiC電阻 CT過電壓動作檢測器V61可控硅 V62可控硅 A61可控硅觸發(fā)器19 發(fā)電

10、機正常運轉(zhuǎn)中，勵磁電壓比較小，控制單發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)中，勵磁電壓比較小，控制單元不能觸發(fā)可控硅開通，滅磁電阻回路中沒有電流元不能觸發(fā)可控硅開通，滅磁電阻回路中沒有電流經(jīng)過經(jīng)過 。 當(dāng)滅磁開關(guān)分?jǐn)嗪筮M(jìn)展滅磁時，轉(zhuǎn)子電感兩端當(dāng)滅磁開關(guān)分?jǐn)嗪筮M(jìn)展滅磁時，轉(zhuǎn)子電感兩端出現(xiàn)較大的反向電壓，同時控制單元快速接通反向出現(xiàn)較大的反向電壓，同時控制單元快速接通反向可控硅觸發(fā)回路，把滅磁電阻接入、滅磁電阻回路可控硅觸發(fā)回路，把滅磁電阻接入、滅磁電阻回路開通，轉(zhuǎn)子電流就可以快速轉(zhuǎn)移到滅磁電阻回路，開通，轉(zhuǎn)子電流就可以快速轉(zhuǎn)移到滅磁電阻回路，經(jīng)過滅磁電阻把電流轉(zhuǎn)換為熱量釋放。經(jīng)過滅磁電阻把電流轉(zhuǎn)換為熱量釋放。滅磁系統(tǒng)的

11、根本任務(wù)原理滅磁系統(tǒng)的根本任務(wù)原理20 滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)l滅磁開關(guān)的根本作用：控制轉(zhuǎn)子繞組中勵磁電流的接通、分?jǐn)?；滅磁開關(guān)分?jǐn)嗪?，滅磁開關(guān)的根本作用：控制轉(zhuǎn)子繞組中勵磁電流的接通、分?jǐn)啵粶绱砰_關(guān)分?jǐn)嗪?，配合滅磁電阻完成滅磁的義務(wù)。配合滅磁電阻完成滅磁的義務(wù)。l耗能型滅磁開關(guān)耗能型滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)分?jǐn)鄤畲呕芈泛?，利用開關(guān)斷口將滅磁能量構(gòu)成的滅磁開關(guān)分?jǐn)鄤畲呕芈泛螅瞄_關(guān)斷口將滅磁能量構(gòu)成的電弧引入滅磁開關(guān)的滅弧室內(nèi)熄滅，使電弧能量耗費終了，實現(xiàn)滅磁。滅磁能量電弧引入滅磁開關(guān)的滅弧室內(nèi)熄滅，使電弧能量耗費終了，實現(xiàn)滅磁。滅磁能量有限。很少采用。典型產(chǎn)品：國產(chǎn)有限。很少采用。典型產(chǎn)品：國產(chǎn)DM2型

12、。型。l移能型滅磁開關(guān)移能型滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)分?jǐn)鄤畲呕芈泛?，將轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)移到滅磁電阻上耗滅磁開關(guān)分?jǐn)鄤畲呕芈泛?，將轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)移到滅磁電阻上耗費或吸收，開關(guān)本身根本不吸收滅磁能量。滅磁能量大，滅磁時間快，普遍采用。費或吸收，開關(guān)本身根本不吸收滅磁能量。滅磁能量大，滅磁時間快，普遍采用。典型產(chǎn)品：國產(chǎn)典型產(chǎn)品：國產(chǎn)DM4、DMX，進(jìn)口，進(jìn)口ABB-E、UR、HPB型。型。21o線性電阻，汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)經(jīng)常采用；滅磁時間較長。o氧化鋅ZnO非線性電阻，國內(nèi)消費，運用普遍；滅磁時間短，較為理想。oSiC非線性電阻，國外消費，經(jīng)常采用英國M&I公司的產(chǎn)品，超大型機組運用較多，比如：三峽、龍灘

13、、拉西瓦等；滅磁時間適中。o水輪發(fā)電機要求快速滅磁，普遍采用非線性電阻滅磁方案。o單片ZnO閥片的任務(wù)能容量是15KJ，而單片SiC閥片的任務(wù)能容量為62.5KJ。在超大型水輪發(fā)電機組中，滅磁能量很大，比如10MJ，需求幾百片非線性電阻閥片串、并聯(lián)銜接。并聯(lián)均能或并聯(lián)均流問題突出。 SiC閥片容量大、其伏安特性更適宜并聯(lián)，所以，在超大型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)中普遍運用。滅磁電阻滅磁電阻22o逆變滅磁：正常停機時采用。不需求分?jǐn)鄿绱砰_關(guān)，控制可控硅整流橋處于逆變形狀，使轉(zhuǎn)子繞組中能量經(jīng)過勵磁變反送到發(fā)電機端電源側(cè)及回路電阻中耗費，實現(xiàn)滅磁。在自并勵勵磁系統(tǒng)中，由于在逆變滅磁過程中，發(fā)電機端電壓也在不斷

14、減小，吸收能量不斷減小，所以，逆變滅磁的時間比較長?？蛰d額定形狀下，逆變滅磁時間普通到達(dá)10s。o滅磁系統(tǒng)滅磁：在發(fā)電機事故、過壓或系統(tǒng)缺點情況下停機時，勵磁電流較大，希望能快速滅磁，消除缺點、防止事故擴展化，采用分?jǐn)鄿绱砰_關(guān)的方法將能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中實現(xiàn)快速滅磁。滅磁系統(tǒng)滅磁的時間普通在5s以下。兩種滅磁方法兩種滅磁方法233.5 勵磁調(diào)理器勵磁調(diào)理器AVR 勵磁系統(tǒng)的控制中心，利用自動控制原理，自動控制可控硅整流橋的觸發(fā)角度、快速調(diào)理勵磁電流大小，實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)的各種控制功能，使發(fā)電機組滿足各種發(fā)電工況的運轉(zhuǎn)要求。 典型的控制算法：閉環(huán)負(fù)反響控制、超前滯后補償算法或經(jīng)典PID算法，自動維持

15、發(fā)電機電壓恒定、穩(wěn)定。 附加PSS控制功能，經(jīng)濟、有效地提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。24對自動調(diào)理勵磁安裝AVR的要求任務(wù)可靠 AVR安裝本身發(fā)生缺點，能夠迫使機組停機，甚至能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)呵斥嚴(yán)重影響。有足夠的輸出容量 AVR的容量既要滿足正常運轉(zhuǎn)時調(diào)理的要求，又要滿足發(fā)生短路缺點時強勵的要求。動作迅速 采用快速動作的AVR對改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高保送才干具有重要意義。無失靈區(qū) 沒有失靈區(qū)的AVR有助于提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。25可控硅勵磁調(diào)理安裝的任務(wù)原理 可控硅元件具有放大作用，適宜于作勵磁安裝的放大元件。同時，它本身又是一個整流元件?？煽毓鑴畲虐惭b的構(gòu)成如下圖。調(diào)差單元GST丈量比較綜合放大同步單

16、元手控單元移相觸發(fā)單元 可控硅勵磁調(diào)理器電壓給定26勵磁反響控制的根本任務(wù)原理為：經(jīng)過PT和CT丈量發(fā)電機電壓和無功，與給定電壓Ugn比較后獲得電壓差Ug=Ugn-Ug，經(jīng)綜合放大后得到控制信號Uc。根據(jù)控制信號和同步信號計算可控硅的導(dǎo)同角，從而控制發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機運轉(zhuǎn)在穩(wěn)定形狀。 當(dāng)擾動使發(fā)電機電壓升高時的反響控制過程如下：UgUg=Ug.n-UgUcUg.exUg擾動使Ug升高電壓差減少控制信號減少導(dǎo)通角添加勵磁電壓降低Ug降低27第第3部分部分 勵磁調(diào)理器的主要功能勵磁調(diào)理器的主要功能o自動方式，是勵磁調(diào)理控制的主要運轉(zhuǎn)方式，由兩部分組成：自動電壓調(diào)理器，即AVR；及PSS附加

17、控制。oAVR為機端電壓負(fù)反響閉環(huán)控制，用于自動維持機端電壓恒定、穩(wěn)定。為使勵磁系統(tǒng)有良好的靜、動態(tài)性能，AVR可采用兩級超前滯后校正環(huán)節(jié)。oPSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器做為AVR的附加控制，用于添加電力系統(tǒng)的正阻尼，從而抑制電力系統(tǒng)有功低頻振蕩。它不降低勵磁系統(tǒng)AVR調(diào)理的增益，不影響勵磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能 。PSS已成為勵磁調(diào)理器的標(biāo)配環(huán)節(jié)，在國內(nèi)外電力系統(tǒng)中都得到了廣泛運用。 28AVR的數(shù)學(xué)控制模型的數(shù)學(xué)控制模型29oKavr關(guān)系到發(fā)電機端電壓的調(diào)理精度。在保證AVR閉環(huán)調(diào)理穩(wěn)定的前提下，Kavr越大，機端電壓的調(diào)理精度越高，越能維持機端電壓的恒定。o超前滯后環(huán)節(jié)的參數(shù)整定，保證AVR閉環(huán)控制

18、穩(wěn)定，并有良好的動態(tài)特性。經(jīng)過勵磁規(guī)范中機端電壓階躍實驗的目的來驗證。o勵磁規(guī)范中要求機端電壓的調(diào)理精度為0.5。即，在AVR給定值Uref不變的情況下，發(fā)電機輸出從空載到滿載的過程中，機端電壓的變化不超越發(fā)電機額定電壓的0.5。AVR數(shù)學(xué)模型中的放大倍數(shù)數(shù)學(xué)模型中的放大倍數(shù)Kavr30PSS的數(shù)學(xué)控制模型：的數(shù)學(xué)控制模型：PSS2A31PSS數(shù)學(xué)模型闡明數(shù)學(xué)模型闡明oPSS2A以轉(zhuǎn)速信號與電功率信號合成的加速功率做為PSS的輸入量，在處理“反調(diào)問題的同時，不影響PSS的阻尼效果。o經(jīng)過PSS實現(xiàn)的主要目的就是：獲得一個附加的電磁力矩，在電力系統(tǒng)低頻振蕩區(qū)0.12.0Hz內(nèi)使該力矩向量對應(yīng)軸在

19、超前10滯后45以內(nèi)，并使本機振蕩頻率下的力矩向量對應(yīng)軸在0滯后30以內(nèi)，以盡能夠的提供較大的正阻尼力矩，抑制低頻振蕩。oPSS環(huán)節(jié)的參數(shù)，需求經(jīng)過電網(wǎng)公司認(rèn)可、具有資質(zhì)的第三 方實驗單位普通是各電網(wǎng)的電科院進(jìn)展現(xiàn)場實驗后給出。32l勵磁調(diào)理器的手動方式FCR，為勵磁電流負(fù)反響閉環(huán)控制，用于維持勵磁電流恒定、穩(wěn)定。lFCR，是勵磁調(diào)理控制的輔助運轉(zhuǎn)方式。在發(fā)電機端PT回路出現(xiàn)缺點、自動方式采集的機端電壓出現(xiàn)異常情況時，勵磁調(diào)理器自動切換為手動方式運轉(zhuǎn)，防止勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)誤強勵。手動方式手動方式FCR控制控制 1+TbS1 1+TB2S1+TB1SKiIL(S)IgdUK2(S)電流反饋電流給定圖

20、3 勵磁電流調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)模型33自動方式自動方式AVR控制的整體模型描畫控制的整體模型描畫34o無功調(diào)差是勵磁調(diào)理器自動方式的附加控制之一，可以根據(jù)發(fā)電機無功的變化對機端電壓進(jìn)展必要的微調(diào)。o正調(diào)差：實現(xiàn)機端直接并列銜接的發(fā)電機間無功的合理分配。當(dāng)發(fā)電機無功輸出添加時，正調(diào)差使得發(fā)電機端電壓適當(dāng)降低，防止并列運轉(zhuǎn)的發(fā)電機間無功互搶。o負(fù)調(diào)差：當(dāng)發(fā)電機無功輸出添加時，負(fù)調(diào)差使得發(fā)電機端電壓適當(dāng)提高，用于補償單機單變方式下主變的壓降損失。o從系統(tǒng)母線側(cè)看，單機單變方式下的整體調(diào)差，應(yīng)表現(xiàn)為正調(diào)差。無功調(diào)差控制無功調(diào)差控制35 防止發(fā)電機因勵磁電流過度減小而引起失步以及因機組過度進(jìn)相引起定子端部過熱。確保機組在并網(wǎng)運轉(zhuǎn)時，將發(fā)電機的功率運轉(zhuǎn)點P、Q限制在欠勵限制曲線上方。 正常情況下，發(fā)電機輸出的無