電力系統(tǒng)自動化-杭州

1、電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 Automation of Power System杭州電子科技大學 自動化學院第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 =基本知識點基本知識點=一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)的組成二、勵磁控制系統(tǒng)的基本任務 三、勵磁系統(tǒng)的任務與要求一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)組成一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)組成勵磁功率單元勵磁調節(jié)器勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)組成一、同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)組成勵磁功率單元勵磁調節(jié)器同步發(fā)電機系統(tǒng)二、勵磁控制系統(tǒng)的基本任務二、勵磁控制系統(tǒng)的基本任務 n電壓調節(jié)電壓調節(jié)n無功分配無功分配n提高發(fā)電機運行穩(wěn)定性提高發(fā)電機運行穩(wěn)定性n提高電力

2、系統(tǒng)運行性能提高電力系統(tǒng)運行性能1電壓調節(jié)電壓調節(jié)（1）基本關系）基本關系 IGUGEqXddGGqXI jUEGdGxI jdQxI jdPxI jGUqEQIPI（2）外特性）外特性 表達式：表達式：dQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXIUE近似：嚴格：cossincos曲線曲線nA：Eq=1.05，xd=0.1，=0；nB：Eq=1.05，xd=0.1，=20；nC：Eq=1.05，xd=0.1，=0,2； ABCIQUG（3）勵磁電流對電壓的控制）勵磁電流對電壓的控制 IEFEqUG：勵磁電流可以改變機端電壓，通過調節(jié)：勵磁電流可以改變機端電壓，通過調節(jié)勵磁電流維持機端電壓恒定勵

3、磁電流維持機端電壓恒定 IEF2IEF1IQUGIQ2IQ1UG1UG22無功功率的分配無功功率的分配 （1）發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)）發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián) 向量圖向量圖 解析式解析式系統(tǒng)AB21sinsincoscosCEXUEPCIIUIUPqdGqGGPGGGG IEF對無功功率的控制對無功功率的控制 不變；不變；變；變；變變，變sincossinsinGGGGGGGGGEFIUPIIUQIII不變；不變；變；變；變變，變sinsincoscosdGGqdGqGGqqEFXUPEXUEUQEEI（2）并聯(lián)運行的發(fā)電機間的無功功率分配）并聯(lián)運行的發(fā)電機間的無功功率分配 無勵磁調節(jié)無

4、勵磁調節(jié) 112121212121212121NNQQNNQQQQQQQQQQQQSSIISSIIIIIIIIIIIIG1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ2 IQ1（2）并聯(lián)運行的發(fā)電機間的無功功率分配）并聯(lián)運行的發(fā)電機間的無功功率分配 有勵磁調節(jié)有勵磁調節(jié) 212121212121QQQQNNQQNNQQIIIISSIISSIIG1G2IGUGIQ2IQ1Um1Um2IQ1 IQ23提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行穩(wěn)定性提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行穩(wěn)定性 （1）穩(wěn)定性的概念）穩(wěn)定性的概念 靜態(tài)穩(wěn)定：小干擾后恢復到原狀態(tài)；靜態(tài)穩(wěn)定：小干擾后恢復到原狀態(tài)；（如：負荷波動）（如：負荷波動）暫態(tài)穩(wěn)定：大干擾

5、后恢復到原狀態(tài)或新狀態(tài)；暫態(tài)穩(wěn)定：大干擾后恢復到原狀態(tài)或新狀態(tài)；（如：系統(tǒng)故障）（如：系統(tǒng)故障）（2）勵磁提高靜態(tài)穩(wěn)定性）勵磁提高靜態(tài)穩(wěn)定性 恒定的恒定的UG：If變變Eq變變UG不變不變 4改善電力系統(tǒng)運行條件改善電力系統(tǒng)運行條件（1）異步電動機）異步電動機自啟動自啟動（2）同步發(fā)電機）同步發(fā)電機異步運行異步運行（3）繼電保護裝置）繼電保護裝置動作動作（4）水輪發(fā)電機組）水輪發(fā)電機組強行勵磁強行勵磁三、勵磁系統(tǒng)的任務與要求三、勵磁系統(tǒng)的任務與要求1勵磁調節(jié)器勵磁調節(jié)器任務任務要求要求迅速響應輸入信息變化時間常數小準確調節(jié)發(fā)電機電壓自然調差系數精確合理分配無功功率電壓調差系數范圍大人工穩(wěn)定區(qū)域

6、運行無失靈區(qū)迅速反映系統(tǒng)故障勵磁控制功能2勵磁功率單元勵磁功率單元 任務任務要求要求調節(jié)系統(tǒng)電壓和本身無功 可靠性、調節(jié)容量較強勵磁能力頂值電壓快速響應能力電壓上升速度例例2-1 某電廠有兩臺發(fā)電機在公共母線上并聯(lián)運行，某電廠有兩臺發(fā)電機在公共母線上并聯(lián)運行，一號機的額定功率為一號機的額定功率為25MW，二號機的額定功率，二號機的額定功率為為50MW。兩臺機組的額定功率因數都是。兩臺機組的額定功率因數都是0.85，調差系數為調差系數為0.05。如果系統(tǒng)無功負荷使電廠無功。如果系統(tǒng)無功負荷使電廠無功功率的增量為它們總無功容量的功率的增量為它們總無功容量的20%，問各機組，問各機組承擔的無功負荷增

7、量是多少？母線上的電壓波動承擔的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？是多少？ 例例2-1解：解：一號機額定無功功率為一號機額定無功功率為QG1=PG1tg1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二號機額定無功功率為二號機額定無功功率為QG2=PG2tg2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因為兩臺機的調差系數均為因為兩臺機的調差系數均為0.05，所以公共母線上等值機，所以公共母線上等值機的調差系數的調差系數Kadj也為也為0.05。母線電壓波動為母線電壓波動為 U*=-KadjQ *=-0.050.2= -0.01例例2-1解（續(xù)）：解（續(xù)）：

8、各機組無功負荷波動量各機組無功負荷波動量:Q1*= -U* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02Q1=Q1*QG1=0.0215.49=3.10(Mvar)Q2*= -U* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02Q2= Q2*QG2=0.0230.99=6.20(Mvar) 一號機組無功負荷增加一號機組無功負荷增加3.10M var, 二號機組的無功負二號機組的無功負增加增加6.20M var。因為調差系數相等，無功負荷的波動量與。因為調差系數相等，無功負荷的波動量與它們的容量成正比。它們的容量成正比。例例2-2 在例在例2-1中，若一號機的調差系數中，若

9、一號機的調差系數0.04，二號機調差，二號機調差系數仍為系數仍為0.05。當系統(tǒng)無功負荷波動時仍使電廠總無功。當系統(tǒng)無功負荷波動時仍使電廠總無功增加增加20%，問各機組的無功負荷增量是多少？母線上的，問各機組的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？電壓波動是多少？例例2-2 解解adjadjGadjGGGadjGadjGGGGGKUKQKQQQUQQKQKQUQQQQQQQ/)/()(221121212211212211046. 005. 099.3004. 049.1599.3049.15)(221121adjGadjGadjKQKQQQK 母線電壓波動為母線電壓波動為 0092. 0

10、2 . 0046. 0QKUadj各機組的無功增量各機組的無功增量 23. 004. 0/0092. 0/11adjKUQ185. 005. 0/0092. 0/22adjKUQ56. 349.1523. 0111GQQQ(Mvar)73. 599.30185. 0222GQQQ(Mvar)一號機組的無功負荷增加一號機組的無功負荷增加3.56M var，二號機組的無功負荷增加二號機組的無功負荷增加5.73M var。調差系數小的機承擔的無功負荷增量較大。調差系數小的機承擔的無功負荷增量較大。 例例2-2 解（續(xù)）解（續(xù)）第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)=基本知識點基本知識點=

11、n直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（旋轉勵磁）直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（旋轉勵磁）n交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（旋轉勵磁）交流勵磁機勵磁系統(tǒng)（旋轉勵磁）n發(fā)電機自并勵系統(tǒng)（靜止勵磁系統(tǒng)）發(fā)電機自并勵系統(tǒng)（靜止勵磁系統(tǒng)）1 原理原理一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自勵：自勵： REE IEE UEF勵磁機勵磁機發(fā)電機發(fā)電機他勵：他勵： REE IEE UEF 副勵副勵主勵主勵發(fā)電機發(fā)電機2特點特點n優(yōu)點：控制方便優(yōu)點：控制方便n缺點：有滑環(huán)、電刷缺點：有滑環(huán)、電刷易產生火花，可靠性不高易產生火花，可靠性不高結構復雜，不易維護結構復雜，不易維護3應用應用n中小容量機

12、組（中小容量機組（100MW）n舊型機組舊型機組1 他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng) （1）原理）原理二、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)二、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)500Hz副勵磁機副勵磁機 100Hz主勵磁機主勵磁機 50Hz發(fā)電機發(fā)電機起勵電源起勵電源副勵副勵自勵恒壓自勵恒壓調節(jié)器調節(jié)器勵磁調節(jié)器勵磁調節(jié)器主勵主勵交流發(fā)電機交流發(fā)電機（2）特點）特點n優(yōu)點：響應速度快（相對優(yōu)點：響應速度快（相對DC）；）； 容量較大（相對容量較大（相對DC）n缺點：有滑環(huán)、電刷缺點：有滑環(huán)、電刷 易產生火花，可靠性不高易產生火花，可靠性不高 結構復雜，不易維護結構復雜，不易維護（3）應用）應用n中等容量機組（中

13、等容量機組（ 100MW 300MW ）n我國舊型機組我國舊型機組（1）原理）原理2 無刷勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng)副勵磁機：電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉主勵磁機：電樞旋轉，磁極（勵磁）靜止發(fā)電機： 電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉副勵副勵勵磁調節(jié)器勵磁調節(jié)器主勵主勵交流發(fā)電機交流發(fā)電機（2）特點）特點n優(yōu)點：維護工作量少；優(yōu)點：維護工作量少； 可靠性高可靠性高 無接觸磨損，電機絕緣壽命長無接觸磨損，電機絕緣壽命長n缺點：響應速度慢缺點：響應速度慢 不能直接滅磁不能直接滅磁 對機械性能要求高對機械性能要求高（3）應用）應用n大容量機組（大容量機組（ 600MW ）因為沒有滑因為沒有滑動器件動器件三、靜止勵磁

14、系統(tǒng)三、靜止勵磁系統(tǒng)1 原理原理起勵電源起勵電源勵磁調節(jié)器勵磁調節(jié)器交流發(fā)電機交流發(fā)電機2 特點特點n優(yōu)點：維護工作量少；優(yōu)點：維護工作量少； 可靠性高可靠性高 主軸長度短，基建投資少主軸長度短，基建投資少 電壓響應速度快電壓響應速度快 過電壓低過電壓低n缺點：發(fā)電機近端端路時，缺乏足夠的強勵能力缺點：發(fā)電機近端端路時，缺乏足夠的強勵能力 繼電保護的動作會受一定影響繼電保護的動作會受一定影響3 應用應用n大容量機組（大容量機組（ 600MW ）n水輪機組水輪機組因為沒有轉因為沒有轉動勵磁動勵磁第三節(jié)第三節(jié) 勵磁系統(tǒng)中轉子磁場的建立與滅磁勵磁系統(tǒng)中轉子磁場的建立與滅磁 =基本知識點基本知識點=n

15、強勵、滅磁的定義及作用；強勵、滅磁的定義及作用；n強勵接線及工作原理；強勵接線及工作原理；n滅磁的方法滅磁的方法 一、磁場建立一、磁場建立 1勵磁系統(tǒng)的強勵要求勵磁系統(tǒng)的強勵要求n轉子勵磁電壓的最大值轉子勵磁電壓的最大值 頂值電壓：頂值電壓：UEF,max 強勵倍數：強勵倍數：UEF,max/ UEF,N1.6-2.0n轉子磁場的建立速度轉子磁場的建立速度 勵磁機的響應速度勵磁機的響應速度 轉子的響應速度轉子的響應速度2勵磁機的時間常數勵磁機的時間常數（1）他勵）他勵回路方程：回路方程：回路電流：回路電流：時間常數：時間常數：EIRdtdILEEEEEEEE)1 ()(tLREEeEtLEEE

16、EtRLT （2）自勵）自勵回路方程：回路方程：磁化曲線：磁化曲線：回路電流：回路電流：時間常數：時間常數：EFEEEEEEEEUIRdtdILEEEEEEEEEEkIEIRdtdII0)1 ()(0tLkREEeEtLkRLTEEEEC3轉子磁場的建立時間轉子磁場的建立時間（1）響應時間）響應時間可求中在無需額外計算，已經含tUtUttttUUUtUEFEFEFNEFNEFMEFN0110)%(95（2）電壓響應比）電壓響應比 可求通常取的實質為磁通變化量，與無法準確計算tUstkdtUkdtUkUUUEFtEFtEFadEF0.5022011二、同步發(fā)電機滅磁二、同步發(fā)電機滅磁1概念：將勵

17、磁繞組的磁場盡快減小到最小程度概念：將勵磁繞組的磁場盡快減小到最小程度2要求：要求： 1）滅磁時間要短）滅磁時間要短 2）勵磁繞組的電壓不應超過允許值。）勵磁繞組的電壓不應超過允許值。 3滅磁方法滅磁方法（1）直流勵磁機）直流勵磁機放電滅磁放電滅磁 在勵磁繞組中接入一常數電阻在勵磁繞組中接入一常數電阻Rm，將勵磁繞，將勵磁繞組所儲存的能量轉變?yōu)闊崮芏牡簟＝M所儲存的能量轉變?yōu)闊崮芏牡簟?LmEttEERRUeIU000maxmLLRRL（2）交流勵磁機）交流勵磁機逆變滅磁逆變滅磁 控制角控制角在在90150范圍內整流橋處于逆范圍內整流橋處于逆變運行狀態(tài)。轉子儲存的磁場能量就以續(xù)流形式變運

18、行狀態(tài)。轉子儲存的磁場能量就以續(xù)流形式經全控橋的逆變狀態(tài)反送到交流電源，使轉子磁經全控橋的逆變狀態(tài)反送到交流電源，使轉子磁場能量不斷減少，這樣就達到了滅磁場能量不斷減少，這樣就達到了滅磁 . 1）理想滅磁條件：）理想滅磁條件： 電流在相當大范圍內變化時，兩端電壓保持不變 .2）快速滅磁開關）快速滅磁開關滅磁過程中，磁場電流就以等速衰減，直到為零 復習與作業(yè)復習與作業(yè) n1.何謂強勵？說明比例型勵磁調節(jié)器和補償型勵磁調何謂強勵？說明比例型勵磁調節(jié)器和補償型勵磁調節(jié)器如何實現(xiàn)強勵作用？各自的強勵效果如何？節(jié)器如何實現(xiàn)強勵作用？各自的強勵效果如何？n2.強勵的基本作用是什么？衡量強勵性能的指標是什強

19、勵的基本作用是什么？衡量強勵性能的指標是什么？么？n3.繼電強行勵磁裝置在實施接線時應注意哪些原則？繼電強行勵磁裝置在實施接線時應注意哪些原則？n4.何謂滅磁？常見的三種滅磁方法是什么，并加以比何謂滅磁？常見的三種滅磁方法是什么，并加以比較。較。 第四節(jié)第四節(jié) 勵磁調節(jié)器原理勵磁調節(jié)器原理 =基本知識點基本知識點=n勵磁調節(jié)器基本功能勵磁調節(jié)器基本功能 n勵磁調節(jié)器原理勵磁調節(jié)器原理 n勵磁調節(jié)器靜態(tài)工作特性勵磁調節(jié)器靜態(tài)工作特性 n勵磁調節(jié)器靜態(tài)工作特性的調整勵磁調節(jié)器靜態(tài)工作特性的調整 一、勵磁調節(jié)器基本功能一、勵磁調節(jié)器基本功能 保證發(fā)電機在投入和退出電網運行時能保證發(fā)電機在投入和退出電

20、網運行時能平穩(wěn)的轉移平穩(wěn)的轉移 無功負荷，不引起對電網無功負荷，不引起對電網的沖擊；的沖擊； 保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的合理分配。合理分配。二、勵磁調節(jié)器原理二、勵磁調節(jié)器原理 1測量比較單元測量比較單元（1）電壓測量：）電壓測量：（2）比較整定：）比較整定：)()(直流交流SEGUUdeREFSEUUU二、勵磁調節(jié)器原理二、勵磁調節(jié)器原理 2綜合放大單元綜合放大單元 （1）正競比電路：勵磁信號控制）正競比電路：勵磁信號控制（2）負競比電路：電壓）負競比電路：電壓/頻率限制器信號頻率限制器信號（3）信號綜合放大電路：線性放大，雙向限幅）信號綜合放大電路

21、：線性放大，雙向限幅（4）互補輸出電路：提高與下一級負載阻抗匹）互補輸出電路：提高與下一級負載阻抗匹配能力配能力 ：二、勵磁調節(jié)器原理二、勵磁調節(jié)器原理 3移向觸發(fā)單元移向觸發(fā)單元 （1）移向觸發(fā)：）移向觸發(fā)： （2）整流輸出）整流輸出 ：SYMSMUUarccosSYMSMdUUUUU1134. 2cos34. 2三、勵磁調節(jié)靜態(tài)工作特性三、勵磁調節(jié)靜態(tài)工作特性1靜態(tài)工作特性的合成靜態(tài)工作特性的合成（1）平移發(fā)電機的外特性）平移發(fā)電機的外特性 改變改變RP值，即值，即Uset整定。實現(xiàn)平穩(wěn)的將發(fā)電整定。實現(xiàn)平穩(wěn)的將發(fā)電機投入和退出電網運行機投入和退出電網運行（2）改變發(fā)電機的外特性的斜率）改

22、變發(fā)電機的外特性的斜率 調整調差系數調整調差系數Kadj，保證并聯(lián)運行的發(fā)電機，保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的合理分配。組間無功功率的合理分配。 2發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性 （1）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性是指在沒有人工參與調節(jié)的情況下，發(fā)電機機是指在沒有人工參與調節(jié)的情況下，發(fā)電機機端電壓與發(fā)電機電流的無功分量之間的靜態(tài)特端電壓與發(fā)電機電流的無功分量之間的靜態(tài)特性。此特性通常稱為發(fā)電機外特性或電壓調節(jié)性。此特性通常稱為發(fā)電機外特性或電壓調節(jié)特性，也稱為電壓調差特性。特性，也稱為電壓調差特性。 0IGQIAERUG= UGNIGQUGabRP大大RP大大RP小小RP小?。?）發(fā)電機機端電壓調差率：）發(fā)電機機端電壓調差率： 在自動勵磁調節(jié)器的調差單元投入、電壓給在自動勵磁調節(jié)器的調差單元投入、電壓給定值固定、發(fā)電機功率因數為零的情況下，發(fā)電定值固定、發(fā)電機功率因數為零的情況下，發(fā)電機無功負荷從零變化到額定值時，用發(fā)電機額定機無功負荷從零變化到額定值時，用發(fā)電機額定電壓的百分數表示的發(fā)電機機端電壓變化率。電壓的百分數表示的發(fā)電機機端電壓變化率。 12100%GGTGeUUU22G