第二章發(fā)電廠自動化

1、山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化3第一節(jié)第一節(jié) 概述概述山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化4山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 自動化自動化：采用檢測與控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，代替人工直接操作的措施。 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化5熱工自動化熱工自動化20世紀(jì)世紀(jì)90年代年代增加了發(fā)供電過程的檢測與控制增加了發(fā)供電過程的檢測與控制發(fā)電廠自動化發(fā)電廠自動化熱力生產(chǎn)過程熱力生產(chǎn)過程電廠動力機(jī)械自動控制電廠動力機(jī)械自動控制發(fā)電廠電氣自動化發(fā)電廠電氣

2、自動化發(fā)電廠動力機(jī)械自動控制不屬于本課程的授課范圍山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 保證機(jī)組安全機(jī)組安全起停，正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 提高適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度和負(fù)荷變化的能力 提高綜合判斷、處理事故處理事故能力 減輕勞動強(qiáng)度減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，減少運(yùn)行人員 輔助服務(wù)輔助服務(wù) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化6 一次調(diào)頻 自動發(fā)電控制（AGC) 調(diào)峰 無功調(diào)節(jié)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化7u 自動調(diào)節(jié)裝置自動調(diào)節(jié)裝置u 反事故自動裝置反事故自動裝置u 發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)u 電力系統(tǒng)信息自動傳輸系統(tǒng)電力系統(tǒng)信息自動傳輸系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)自動并列裝置 同步發(fā)電

3、機(jī)勵磁自動控制裝置 調(diào)速器 繼電保護(hù)裝置 快速自動切機(jī)等控制送電端功率過剩的裝置 系統(tǒng)振蕩自動解列裝置 遠(yuǎn)方終端單元RTU 通信通道山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化8 發(fā)電廠電氣自動化設(shè)備和系統(tǒng)涉及多個學(xué)科，多個專業(yè)領(lǐng)域。其中：繼電保護(hù)裝置專門的課程講解電力系統(tǒng)信息自動傳輸系統(tǒng)在調(diào)度自動化章節(jié)講解發(fā)電機(jī)的自動并列設(shè)備發(fā)電機(jī)的自動并列設(shè)備發(fā)電機(jī)的頻率和有功功率調(diào)節(jié)設(shè)備發(fā)電機(jī)的頻率和有功功率調(diào)節(jié)設(shè)備調(diào)速機(jī)調(diào)速機(jī)發(fā)電機(jī)的電壓和無功功率的調(diào)節(jié)設(shè)備發(fā)電機(jī)的電壓和無功功率的調(diào)節(jié)設(shè)備同步同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)本本章章主主

4、要要內(nèi)內(nèi)容容山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化9第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)電機(jī)的自動并列發(fā)電機(jī)的自動并列山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化10山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化11并列操作是電廠的一項重要操作并列操作是電廠的一項重要操作并列操作的準(zhǔn)確度和可靠性對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行意并列操作的準(zhǔn)確度和可靠性對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行意義重大義重大同步發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)解列的兩部分電力系統(tǒng)解列的兩部分進(jìn)行并列運(yùn)行的操作，稱為并列并列或同期操作同期操作山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化12電力系統(tǒng)運(yùn)行中，任一母線電

5、壓瞬時值可表示為：電力系統(tǒng)運(yùn)行中，任一母線電壓瞬時值可表示為：)sin(tUummU式中式中 電壓幅值電壓幅值 電壓的角速度電壓的角速度 初相角初相角 并列操作：并列操作：當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓與并列母線電壓符合當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓與并列母線電壓符合并列條件時才可將斷路器合閘，并網(wǎng)運(yùn)行。并列條件時才可將斷路器合閘，并網(wǎng)運(yùn)行。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化13光伏發(fā)電并網(wǎng)光伏發(fā)電并網(wǎng)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化14風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化15秦山核電站并網(wǎng)秦山核電站并網(wǎng)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電

6、力系統(tǒng)自動化16 沖擊電流小沖擊電流小 并列斷路器合閘時，沖擊電流應(yīng)盡可能地小，并列斷路器合閘時，沖擊電流應(yīng)盡可能地小，其瞬時最大值一般不超過倍的額定電流。其瞬時最大值一般不超過倍的額定電流。 暫態(tài)過程短暫態(tài)過程短 發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對電力系統(tǒng)的擾動。狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以減少對電力系統(tǒng)的擾動。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化17同步發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行方法：同步發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行方法：分為分為自同期并列自同期并列運(yùn)行運(yùn)行和和準(zhǔn)同期并列準(zhǔn)同期并列運(yùn)行兩種運(yùn)行兩種自同期并列：自同期并列：未

7、加勵磁電流的發(fā)電機(jī)升速到接近電未加勵磁電流的發(fā)電機(jī)升速到接近電網(wǎng)頻率，網(wǎng)頻率，不超過允許值，且加速度小于某一給定值不超過允許值，且加速度小于某一給定值的條件下，先合并列斷路器，接著立刻合上勵磁開的條件下，先合并列斷路器，接著立刻合上勵磁開關(guān)，給轉(zhuǎn)子加上勵磁電流，在發(fā)電機(jī)電動勢逐漸增關(guān)，給轉(zhuǎn)子加上勵磁電流，在發(fā)電機(jī)電動勢逐漸增長的過程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā)電機(jī)組拉入同長的過程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā)電機(jī)組拉入同步運(yùn)行。步運(yùn)行。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化18優(yōu)點：優(yōu)點：毋需選擇并列合閘時機(jī)，毋需選擇并列合閘時機(jī)，控制、操作簡單；控制、操作簡單；合閘操作時間短合閘操作時

8、間短缺點：缺點：沖擊電流大，不能用于兩個系統(tǒng)間的并列操沖擊電流大，不能用于兩個系統(tǒng)間的并列操作作 自同期并列方法現(xiàn)已很少采用。自同期并列方法現(xiàn)已很少采用。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化19 準(zhǔn)同期并列：準(zhǔn)同期并列：發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在并列并列合閘前已勵磁合閘前已勵磁，當(dāng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率、電壓幅值、發(fā)電機(jī)頻率、電壓幅值、電壓相角分別和并列點電壓相角分別和并列點處系統(tǒng)側(cè)的頻率、電壓處系統(tǒng)側(cè)的頻率、電壓幅值、電壓相角接近相幅值、電壓相角接近相等時，將發(fā)電機(jī)斷路器等時，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作。合閘，完成并列操作。(a)(a)電路示意圖；電路示意圖；(b)(b)相量圖；相量圖

9、；(c)(c)等值電路等值電路山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化20u理想條件：理想條件： sGxUUU 斷路器兩側(cè)電壓向量差斷路器兩側(cè)電壓向量差(1)2,2(2)(3)0GxGGxxGxeffffUU，頻率相等，電壓幅值相等，相角差為零0sUu三個條件很難同時滿足。三個條件很難同時滿足。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化21（一）電壓幅值差（一）電壓幅值差/1等于零等于零XGffe假設(shè)并列時：頻率假設(shè)并列時：頻率相角差相角差電壓幅值不等電壓幅值不等則沖擊電流則沖擊電流最大值為：最大值為： max55. 228 . 1dsdxGhXUXUUiUGUx 發(fā)

10、電機(jī)電壓、電網(wǎng)電壓有效值發(fā)電機(jī)電壓、電網(wǎng)電壓有效值Xd 發(fā)電機(jī)直軸次暫態(tài)電抗發(fā)電機(jī)直軸次暫態(tài)電抗山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化22（一）電壓幅值差（一）電壓幅值差/20e（2）沖擊電流的電動力對發(fā)電機(jī)定子繞組危害較大，故沖沖擊電流的電動力對發(fā)電機(jī)定子繞組危害較大，故沖擊電流最大瞬時值限制在擊電流最大瞬時值限制在12倍額定電流以下。倍額定電流以下。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化23fGfxUGUxe2sin255. 2 maxeqxhXUixU qX（二）合閘相角差（二）合閘相角差/1并列時：發(fā)電機(jī)頻率并列時：發(fā)電機(jī)頻率 等于電網(wǎng)頻率等于電網(wǎng)頻率

11、發(fā)電機(jī)電壓幅值發(fā)電機(jī)電壓幅值 等于電網(wǎng)電壓幅值等于電網(wǎng)電壓幅值 相角差相角差 不為零不為零 則沖擊電流的最大值為則沖擊電流的最大值為 系統(tǒng)電壓有效值系統(tǒng)電壓有效值 發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化24（二）合閘相角差（二）合閘相角差/20e山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化251. 頻差、滑差、滑差周期頻差、滑差、滑差周期u頻差頻差 ：u電角速度之差稱為滑差角速度，電角速度之差稱為滑差角速度， 簡稱簡稱滑差滑差，用，用 表示：表示：u滑差周期滑差周期: 它們都是描述兩電壓矢量相對運(yùn)動快慢的一組數(shù)據(jù)。它們都是描述兩

12、電壓矢量相對運(yùn)動快慢的一組數(shù)據(jù)。fsfffxGssxsGsssfT12（三）頻率不相等（三）頻率不相等/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化26并列的同步過程分析并列的同步過程分析（三）頻率不相等（三）頻率不相等/2 合閘后發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)合閘后發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)間進(jìn)行有功功率交換。間進(jìn)行有功功率交換。u發(fā)電機(jī)的電壓發(fā)電機(jī)的電壓 超前電超前電網(wǎng)電壓網(wǎng)電壓 時，發(fā)電機(jī)發(fā)時，發(fā)電機(jī)發(fā)出功率，則發(fā)電機(jī)將制出功率，則發(fā)電機(jī)將制動而減速。動而減速?！鞍l(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)狀態(tài)狀態(tài)”。u 落后落后 時，發(fā)電時，發(fā)電機(jī)吸收功率，則發(fā)電機(jī)機(jī)吸收功率，則發(fā)電機(jī)將加速。將加速。 “電動機(jī)狀電動機(jī)狀態(tài)態(tài)”。GU

13、xUxUGU山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化27斷路器斷路器DL兩側(cè)間電壓差兩側(cè)間電壓差12sin(t)sin(t)sGGxxuUU120GxUU設(shè)設(shè)則則2sin(t)cos(t)22GxGxsGuU（1）（2）令令2sin(t)2GxsGUU則則cos(t)2GxssuU（3） 所以所以 us 波形可以看成是幅值為波形可以看成是幅值為 Us ，頻率接近于工頻的，頻率接近于工頻的交流電壓波形。交流電壓波形。（一）脈動電壓（一）脈動電壓/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化28由于由于相角差可寫為相角差可寫為（1）由此可見，由此可見， 為正弦脈動波，所以

14、又稱為脈動電壓，為正弦脈動波，所以又稱為脈動電壓，其最大幅值為其最大幅值為 （或（或 ）。）。2sin(t)2GxsGUU所以所以（2） 對于對于us 波形幅值波形幅值UsGsxest2sin2sin22sesGGtUUUsu2GU2xU（一）脈動電壓（一）脈動電壓/2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化29的相量圖及其瞬時波形圖的相量圖及其瞬時波形圖sU（一）脈動電壓（一）脈動電壓/3山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化30（一）脈動電壓（一）脈動電壓/4山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化31（一）脈動電壓（一）脈動電壓/5山東理工大學(xué)

15、山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化32（二）利用脈動電壓檢測準(zhǔn)同期的條件（二）利用脈動電壓檢測準(zhǔn)同期的條件/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化33（二）利用脈動電壓檢測準(zhǔn)同期的條件（二）利用脈動電壓檢測準(zhǔn)同期的條件/2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化34（二）利用脈動電壓檢測準(zhǔn)同期的條件（二）利用脈動電壓檢測準(zhǔn)同期的條件/3山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化35（一）原理框圖（一）原理框圖功能如下：功能如下：u自動檢查斷路器自動檢查斷路器兩側(cè)壓差及頻差，兩側(cè)壓差及頻差，并在滿足條件時，并在滿足條件時，自動地提前發(fā)出合自動地

16、提前發(fā)出合閘脈沖，控制斷路閘脈沖，控制斷路器閉合。器閉合。u當(dāng)壓差、頻差不當(dāng)壓差、頻差不合格時，對發(fā)電機(jī)合格時，對發(fā)電機(jī)自動進(jìn)行均壓、均自動進(jìn)行均壓、均頻，加快進(jìn)行自動頻，加快進(jìn)行自動并列的過程并列的過程。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化36（二）控制單元（二）控制單元山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化37（三）自動準(zhǔn)同期裝置按自動化程度分類（三）自動準(zhǔn)同期裝置按自動化程度分類（1）半自動準(zhǔn)同期并列裝置）半自動準(zhǔn)同期并列裝置無頻差調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)功能，只有合閘信號控制單元；無頻差調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)功能，只有合閘信號控制單元；待并發(fā)電機(jī)的頻率和電壓由運(yùn)行人員監(jiān)

17、視和調(diào)整；待并發(fā)電機(jī)的頻率和電壓由運(yùn)行人員監(jiān)視和調(diào)整；當(dāng)頻率和電壓都滿足并列條件時，并列裝置就會在合當(dāng)頻率和電壓都滿足并列條件時，并列裝置就會在合適的時刻發(fā)出合閘信號。適的時刻發(fā)出合閘信號。（2）自動準(zhǔn)同期并列裝置）自動準(zhǔn)同期并列裝置有頻差、電壓差控制單元和合閘信號控制單元；有頻差、電壓差控制單元和合閘信號控制單元；待并發(fā)電機(jī)的頻率或電壓都由并列裝置自動調(diào)節(jié)；待并發(fā)電機(jī)的頻率或電壓都由并列裝置自動調(diào)節(jié)；當(dāng)滿足并列條件時，自動選擇合適時機(jī)發(fā)出合閘信號。當(dāng)滿足并列條件時，自動選擇合適時機(jī)發(fā)出合閘信號。 山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化38（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝

18、置/1 數(shù)字式并列裝置的優(yōu)點數(shù)字式并列裝置的優(yōu)點硬件簡單、編程方便靈活運(yùn)行可靠，技術(shù)上已日趨成熟可以克服模擬式并列裝置由于滑差角速度假設(shè)為恒定可以克服模擬式并列裝置由于滑差角速度假設(shè)為恒定帶來的問題帶來的問題 已成為當(dāng)前自動并列裝置發(fā)展的主流。已成為當(dāng)前自動并列裝置發(fā)展的主流。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化39（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝置/2硬件框圖硬件框圖山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化40（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝置/3一種是一種是直流采樣直流采樣，采用變送器把交流電壓轉(zhuǎn)換為直流，采用變送器把交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后

19、由電壓，然后由A/D采樣電路采樣后送給采樣電路采樣后送給CPU一種是一種是交流采樣交流采樣，即對交流信號直接采樣，由，即對交流信號直接采樣，由CPU通通過計算獲得電壓有效值過計算獲得電壓有效值xGUDDD 當(dāng)當(dāng) 時，即斷路器兩側(cè)電壓幅值差小時，即斷路器兩側(cè)電壓幅值差小于設(shè)定門檻時，允許合閘信號輸出于設(shè)定門檻時，允許合閘信號輸出山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化41（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝置/4測量交流信號波形的周期測量交流信號波形的周期T。把交流電壓正弦信號轉(zhuǎn)化。把交流電壓正弦信號轉(zhuǎn)化為方波，經(jīng)二分頻后，它的半波時間即為交流電壓的周為方波，經(jīng)二分頻后，它的半波

20、時間即為交流電壓的周期期T。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化42（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝置/5把電壓互感器電壓信號轉(zhuǎn)換成同頻、同相的方波。把電壓互感器電壓信號轉(zhuǎn)換成同頻、同相的方波。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化43（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝置/5交流電壓波形交流電壓波形交流電壓對應(yīng)交流電壓對應(yīng)的方波的方波異或門輸出的異或門輸出的相角差波形相角差波形定時器計數(shù)時定時器計數(shù)時間（圖示為每間（圖示為每工頻周期一次）工頻周期一次）定時器計數(shù)時間即可折算為相角差。定時器計數(shù)時間即可折算為相角差。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自

21、動化電力系統(tǒng)自動化44（四）數(shù)字式并列裝置（四）數(shù)字式并列裝置/6數(shù)字式準(zhǔn)同期裝置可計算出更準(zhǔn)確的導(dǎo)前合閘相角數(shù)字式準(zhǔn)同期裝置可計算出更準(zhǔn)確的導(dǎo)前合閘相角模擬式并列裝置假定脈模擬式并列裝置假定脈沖電壓角頻率恒定沖電壓角頻率恒定數(shù)字式并列裝置可計及數(shù)字式并列裝置可計及脈沖電壓角頻率含有加脈沖電壓角頻率含有加速度的情況速度的情況山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化45并列操作是電廠的一項重要操作并列操作是電廠的一項重要操作,分為自同期并分為自同期并列運(yùn)行和準(zhǔn)同期并列運(yùn)行兩種。同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)列運(yùn)行和準(zhǔn)同期并列運(yùn)行兩種。同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行主要采用準(zhǔn)同期并列。通過檢測脈動電壓來判斷行

22、主要采用準(zhǔn)同期并列。通過檢測脈動電壓來判斷是否可以進(jìn)行并列斷路器合閘操作。是否可以進(jìn)行并列斷路器合閘操作。定時器計數(shù)時間山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化46第三節(jié)第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)勵磁自動同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化47山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化48 整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化49（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)

23、行（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化50（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行/25050 一般發(fā)電機(jī)的功率角一般發(fā)電機(jī)的功率角 很小，可近似認(rèn)為很小，可近似認(rèn)為 ，于是，可得簡化的運(yùn)算式為于是，可得簡化的運(yùn)算式為 上式說明，負(fù)荷的上式說明，負(fù)荷的無功電流無功電流 是造成發(fā)電機(jī)電勢和端電是造成發(fā)電機(jī)電勢和端電壓幅值差的主要原因，發(fā)電機(jī)的無功電流越大，兩者之間壓幅值差的主要原因，發(fā)電機(jī)的無功電流越大，兩者之間的差值也越大。的差值也越大。 XIUEqdQGGcosG1cosGdQGqXIUEQI山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動

24、化51（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行/351511,QGeIU22,QGIU1,QGeIU2,QGeIU無功負(fù)荷增大無功負(fù)荷增大勵磁不變勵磁不變曲線曲線1：勵磁電流為：勵磁電流為 a點點b點點曲線曲線2：勵磁電流為：勵磁電流為 1EFI2EFIa點點c點點無功負(fù)荷增大無功負(fù)荷增大勵磁增大勵磁增大山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化52（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行/45252 發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián) 系統(tǒng)ABcoscosGGGGPGPU IU II常數(shù)由于發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只受調(diào)速器控制，與勵磁電流的大小無關(guān)，故si

25、nsinqGGqdE UPEX常數(shù)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化53（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行（一）同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行/55353 發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)不不變變；不不變變；變變；變變；變變變變，變變coscossinsinGGGGGGGGGEFIUPIIUQIII不不變變；不不變變；變變；變變；變變變變，變變sinsincoscosdGqGqdGqGGqqEFXUEPEXUEUQEEI發(fā)電機(jī)勵磁電流的變化只是改變機(jī)組的無功功率和功率發(fā)電機(jī)勵磁電流的變化只是改變機(jī)組的無功功率和功率角值的大小。角值的大小。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電

26、力系統(tǒng)自動化54（二）勵磁控制系統(tǒng)的作用（二）勵磁控制系統(tǒng)的作用5454（1）保持保持發(fā)電機(jī)機(jī)端或電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)機(jī)端或電力系統(tǒng)電壓恒定電壓恒定。（2）并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)）并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷無功負(fù)荷的自動合理的自動合理分配分配。（3）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 （4）限制發(fā)電機(jī)突然卸載時的電壓上升。）限制發(fā)電機(jī)突然卸載時的電壓上升。（5）提高帶時限的繼電保護(hù)的靈敏度。）提高帶時限的繼電保護(hù)的靈敏度。（6）短路切除加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)過程，改善異步電動機(jī)）短路切除加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)過程，改善異步電動機(jī)的自啟動條件。的自啟動條件。（7）當(dāng)發(fā)電機(jī)失去勵磁而轉(zhuǎn)入異步運(yùn)

27、行或發(fā)電機(jī)進(jìn)行自同）當(dāng)發(fā)電機(jī)失去勵磁而轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行或發(fā)電機(jī)進(jìn)行自同期并列時，改善系統(tǒng)的工作條件。期并列時，改善系統(tǒng)的工作條件。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化555555（一）（一）勵磁調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化565656（二）（二）勵磁功率單元勵磁功率單元 山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化575757同步發(fā)電機(jī)的勵磁電源實質(zhì)上是一個可控的直流電源。同步發(fā)電機(jī)的勵磁電源實質(zhì)上是一個可控的直流電源。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化585858（一）直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（一）直流勵磁機(jī)勵磁

28、系統(tǒng)/1（1）自勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)）自勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組由專用的直流勵磁機(jī)供電；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組由專用的直流勵磁機(jī)供電； 調(diào)整勵磁機(jī)磁場電阻，可改變勵磁機(jī)勵磁電流。調(diào)整勵磁機(jī)磁場電阻，可改變勵磁機(jī)勵磁電流。（2）他勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)）他勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 他勵直流勵磁機(jī)的勵磁繞組是由副勵磁機(jī)供電的，比他勵直流勵磁機(jī)的勵磁繞組是由副勵磁機(jī)供電的，比自勵多用了一臺副勵磁機(jī)。自勵多用了一臺副勵磁機(jī)。 時間常數(shù)減小，一般用于水輪發(fā)電機(jī)組。時間常數(shù)減小，一般用于水輪發(fā)電機(jī)組。大多與發(fā)電機(jī)同軸，靠剩磁建立電壓，適用于大多與發(fā)電機(jī)同軸，靠剩磁建立電壓，適用于10萬萬kW以下中小容量機(jī)組

29、。以下中小容量機(jī)組。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化595959（一）直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（一）直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)/2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化606060（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)/1（1）自勵式交流勵磁機(jī)系統(tǒng)）自勵式交流勵磁機(jī)系統(tǒng) 與自勵式直流勵磁機(jī)一樣，自勵式交流勵磁機(jī)的與自勵式直流勵磁機(jī)一樣，自勵式交流勵磁機(jī)的勵磁電源也是從本機(jī)直接獲得的。勵磁電源也是從本機(jī)直接獲得的。 不同是自勵式直流勵磁機(jī)為了調(diào)整電壓需用一個不同是自勵式直流勵磁機(jī)為了調(diào)整電壓需用一個磁場電阻；而自勵式交流勵磁機(jī)為了維持其端電磁場電阻；而自勵式交流

30、勵磁機(jī)為了維持其端電壓恒定，則改用了可控整流元件。壓恒定，則改用了可控整流元件。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化616161（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)/2(2) 他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 主勵磁機(jī)頻率為主勵磁機(jī)頻率為100Hz，副勵磁機(jī)的頻率一般為，副勵磁機(jī)的頻率一般為500Hz，以組成快速的勵磁系統(tǒng)。以組成快速的勵磁系統(tǒng)。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化626262（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)/3(3) 無刷勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng) 副勵磁機(jī)副勵磁機(jī)是永磁發(fā)電機(jī)，其是永磁發(fā)電機(jī)，其磁極是旋轉(zhuǎn)

31、的，電樞是靜止磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞是靜止的。的。 交流勵磁機(jī)則正好相反，交流勵磁機(jī)則正好相反，交流勵磁機(jī)的電樞、硅整流元件、發(fā)電機(jī)的交流勵磁機(jī)的電樞、硅整流元件、發(fā)電機(jī)的勵磁繞組都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)勵磁繞組都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與炭刷，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與炭刷等接觸部件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。等接觸部件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化636363（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)/4(3) 無刷勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng) 特別適合大容量機(jī)組特別適合大容量機(jī)組 無炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。無炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作

32、量可大為減少。 發(fā)電機(jī)勵磁由勵磁機(jī)獨立供電，供電可靠性高。并發(fā)電機(jī)勵磁由勵磁機(jī)獨立供電，供電可靠性高。并且由于無刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。且由于無刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。 無接觸部件的磨損，因而沒有炭粉和銅末引起的對無接觸部件的磨損，因而沒有炭粉和銅末引起的對電機(jī)繞組的污染，電機(jī)的絕緣壽命較長。電機(jī)繞組的污染，電機(jī)的絕緣壽命較長。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化646464（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（二）交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)/5(3) 無刷勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其勵磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，故轉(zhuǎn)子回路中不發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其勵磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，故轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備

33、，轉(zhuǎn)子回路無法實現(xiàn)直接滅磁，也無法能接入滅磁設(shè)備，轉(zhuǎn)子回路無法實現(xiàn)直接滅磁，也無法實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子絕緣等），必須采用特殊的測試方法。絕緣等），必須采用特殊的測試方法。 要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機(jī)械性能，能要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機(jī)械性能，能承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。 發(fā)電機(jī)勵磁控制是通過調(diào)節(jié)交流勵磁機(jī)的勵磁實現(xiàn)的，發(fā)電機(jī)勵磁控制是通過調(diào)節(jié)交流勵磁機(jī)的勵磁實現(xiàn)的，因而勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。因而勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化65

34、6565（三）發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)（三）發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)/1該系統(tǒng)勵磁電源不用勵磁機(jī)，直接由同步發(fā)電機(jī)輸出端通過該系統(tǒng)勵磁電源不用勵磁機(jī)，直接由同步發(fā)電機(jī)輸出端通過可控整流器取得勵磁電流。因這種勵磁裝置沒有轉(zhuǎn)動部分，可控整流器取得勵磁電流。因這種勵磁裝置沒有轉(zhuǎn)動部分，故又稱為靜止勵磁系統(tǒng)，適用于故又稱為靜止勵磁系統(tǒng)，適用于300MW以上系統(tǒng)。以上系統(tǒng)。 山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化666666（三）發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)（三）發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)/2（1）勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動部分，設(shè)備維護(hù)）勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動部分，設(shè)備維護(hù)簡單，可靠件高。簡單，可靠件高

35、。（2）取消了勵磁機(jī)，可縮短主軸長度，減少基建投資。）取消了勵磁機(jī)，可縮短主軸長度，減少基建投資。（3）直接利用晶閘管取得勵磁功率控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得較）直接利用晶閘管取得勵磁功率控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得較快的勵磁電壓響應(yīng)速度?？斓膭畲烹妷喉憫?yīng)速度。主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化676767（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖/1輸入量：輸入量：發(fā)電機(jī)電壓發(fā)電機(jī)電壓輸出量：輸出量：勵磁機(jī)的勵磁電流或是轉(zhuǎn)子電流，通稱為勵磁機(jī)的勵磁電流或是轉(zhuǎn)子電流，通稱為功能：功能：一是保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變；其次是保持并聯(lián)一是保持發(fā)電機(jī)的端電壓

36、不變；其次是保持并聯(lián) 機(jī)組間無功電流的合理分配。機(jī)組間無功電流的合理分配。UGIAVR勵磁調(diào)節(jié)器是一個閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。勵磁調(diào)節(jié)器是一個閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化686868（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖/2 人工不斷調(diào)整人工不斷調(diào)整 RP RP 的大小，以達(dá)到維持其端電壓不變的目的的大小，以達(dá)到維持其端電壓不變的目的 人工在調(diào)壓過程中的作用可用右圖中的人工在調(diào)壓過程中的作用可用右圖中的abab線段來表示線段來表示 人工和發(fā)電機(jī)形成了一個人工和發(fā)電機(jī)形成了一個“封閉回路封閉回路”山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化

37、電力系統(tǒng)自動化696969（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖/3自動勵磁系統(tǒng)基本原理框圖自動勵磁系統(tǒng)基本原理框圖山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化707070（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖/4 基本環(huán)節(jié)基本環(huán)節(jié)：測量、放大、同步、觸發(fā)，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)：測量、放大、同步、觸發(fā)，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功功率分配等最基本的調(diào)節(jié)功能。和無功功率分配等最基本的調(diào)節(jié)功能。 輔助控制輔助控制：是為滿足發(fā)電機(jī)不同工況，改善電力系統(tǒng)：是為滿足發(fā)電機(jī)不同工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)特性而設(shè)置的單元。穩(wěn)定性，改善勵磁控制系

38、統(tǒng)動態(tài)特性而設(shè)置的單元。 當(dāng)自動勵磁調(diào)節(jié)器退出后，由自動切換裝置將手控單當(dāng)自動勵磁調(diào)節(jié)器退出后，由自動切換裝置將手控單元投入。元投入。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化717171（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖（一）勵磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖/5 基本控制由測量比較、綜合放大、移相觸發(fā)單元組成基本控制由測量比較、綜合放大、移相觸發(fā)單元組成 測量比較單元測量比較單元：測量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定：測量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓相比較得出電壓的偏差信號。測量比較單元由電的基準(zhǔn)電壓相比較得出電壓的偏差信號。測量比較單元由電壓測量、比較整定環(huán)節(jié)組成。壓

39、測量、比較整定環(huán)節(jié)組成。 綜合放大單元綜合放大單元：輸入信號中，除基本控制部分電壓偏差信號：輸入信號中，除基本控制部分電壓偏差信號外，為適應(yīng)發(fā)電機(jī)各種工況的工作，還需要多種輔助控制信外，為適應(yīng)發(fā)電機(jī)各種工況的工作，還需要多種輔助控制信號，如最大、最小勵磁限制信號等。號，如最大、最小勵磁限制信號等。 移相觸發(fā)單元移相觸發(fā)單元：輸出單元，根據(jù)綜合放大單元送來的綜合控：輸出單元，根據(jù)綜合放大單元送來的綜合控制信號的變化，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，用以觸發(fā)功率整流單元的晶制信號的變化，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，用以觸發(fā)功率整流單元的晶閘管，從而改變可控整流電路的輸出。閘管，從而改變可控整流電路的輸出。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué)

40、 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化727272（二）勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性（二）勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性/1 靜態(tài)工作特性的合成如圖，圖中的靜態(tài)工作特性的合成如圖，圖中的K1、K2、K3、K4分別表示各單元的增益。分別表示各單元的增益。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化737373（二）勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性（二）勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性/2調(diào)節(jié)器的放大調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)倍數(shù)K等于各等于各組成單元放大組成單元放大倍數(shù)的乘積。倍數(shù)的乘積。AVRGREGUKUU山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控

41、制系統(tǒng)靜態(tài)特性/1發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)= =勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)+ +發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)()EFQIf I()GQUf I山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性/2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性/3()GQUf I調(diào)節(jié)特性稍有下傾，下傾的程度是調(diào)節(jié)特性稍有下傾，下傾的程度是表征發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)運(yùn)行特性表征發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)運(yùn)行特性的一個重要參數(shù)的一個重要參數(shù)調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)。121*2*GGGGG

42、GNUUUUUU為發(fā)電機(jī)額定電壓為發(fā)電機(jī)額定電壓為空載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)電壓為空載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)電壓帶額定無功電流時的發(fā)電機(jī)電壓帶額定無功電流時的發(fā)電機(jī)電壓GNU1GU2GU山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（三）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性/4山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（四）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（四）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性/5發(fā)電機(jī)投發(fā)電機(jī)投入或退出入或退出電網(wǎng)運(yùn)行電網(wǎng)運(yùn)行時，要求時，要求能平穩(wěn)地能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移負(fù)荷，轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不要引起不要引起對電網(wǎng)的對電網(wǎng)的沖擊。沖擊。 山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電

43、力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（四）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（四）發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性/6山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)反饋型電壓反饋型電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器補(bǔ)償型電壓補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器按被調(diào)量（發(fā)電機(jī)電壓）按被調(diào)量（發(fā)電機(jī)電壓）與給定量（設(shè)定值）之間與給定量（設(shè)定值）之間的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，屬于的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，屬于閉閉環(huán)反饋控制環(huán)反饋控制，能較好的維，能較好的維持電壓水平，持電壓水平，廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用。由于補(bǔ)償?shù)木窒扌?，很難由于補(bǔ)償?shù)木窒扌裕茈y獲得理想補(bǔ)償，不能維持獲得理想補(bǔ)償，不能維持電壓水平。電壓水平。電子型電子型發(fā)展階段：發(fā)展階段：機(jī)電型

44、機(jī)電型數(shù)字式數(shù)字式山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（一）機(jī)電型電壓調(diào)節(jié)器（一）機(jī)電型電壓調(diào)節(jié)器 只調(diào)節(jié)電壓只調(diào)節(jié)電壓 調(diào)節(jié)線圈中的電流調(diào)節(jié)線圈中的電流與發(fā)電機(jī)電壓成正與發(fā)電機(jī)電壓成正比，調(diào)節(jié)線圈中的比，調(diào)節(jié)線圈中的電流產(chǎn)生磁場力作電流產(chǎn)生磁場力作用于變阻器，從而用于變阻器，從而改變勵磁機(jī)磁場電改變勵磁機(jī)磁場電阻來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的阻來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓電壓山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）電子型勵磁調(diào)節(jié)器（二）電子型勵磁調(diào)節(jié)器山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）電子型勵磁調(diào)節(jié)器（二）電子型勵磁調(diào)節(jié)器 基本控制基本控制實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和

45、無功功率分配等基本的調(diào)實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功功率分配等基本的調(diào)節(jié)功能。節(jié)功能。 輔助功能輔助功能是為了滿足發(fā)電機(jī)的不同運(yùn)行工況，改善是為了滿足發(fā)電機(jī)的不同運(yùn)行工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)性能而設(shè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)性能而設(shè)置的單元，如勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和置的單元，如勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和勵磁限制器等。勵磁限制器等。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器（三）數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器 功能全面功能全面 靈活性強(qiáng)靈活性強(qiáng) 廣泛使用廣泛使用山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化85電壓是電能的兩大質(zhì)量指

46、標(biāo)之一。發(fā)電機(jī)勵磁電壓是電能的兩大質(zhì)量指標(biāo)之一。發(fā)電機(jī)勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配。同時，同步發(fā)電機(jī)勵磁的自組間無功功率的分配。同時，同步發(fā)電機(jī)勵磁的自動控制在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提動控制在保證電能質(zhì)量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面都起看十分重要的作高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面都起看十分重要的作用。用。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。定時器計數(shù)時間山東理工

47、大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化86第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)電機(jī)有功功率的自動發(fā)電機(jī)有功功率的自動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化87山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（一）電力系統(tǒng)的頻率（一）電力系統(tǒng)的頻率/1 頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一 在穩(wěn)態(tài)條件下，電力系統(tǒng)的頻率是一個全系統(tǒng)一致在穩(wěn)態(tài)條件下，電力系統(tǒng)的頻率是一個全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。的運(yùn)行參數(shù)。 在穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)中，在穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)中，機(jī)組發(fā)出的功率機(jī)組發(fā)出的功率與整個系統(tǒng)的與整個系統(tǒng)的負(fù)荷功率負(fù)荷功率加系統(tǒng)總損耗之和是加系統(tǒng)總損耗之和是相等相等的。的。

48、當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷功率增加時，系統(tǒng)就出現(xiàn)了功率缺額。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷功率增加時，系統(tǒng)就出現(xiàn)了功率缺額。此時，機(jī)組的轉(zhuǎn)速下降，整個系統(tǒng)的頻率降低。此時，機(jī)組的轉(zhuǎn)速下降，整個系統(tǒng)的頻率降低。調(diào)頻就是通過調(diào)整各機(jī)組的出力來達(dá)到系統(tǒng)有功平衡的措施調(diào)頻就是通過調(diào)整各機(jī)組的出力來達(dá)到系統(tǒng)有功平衡的措施山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）電力系統(tǒng)的負(fù)荷（二）電力系統(tǒng)的負(fù)荷/1負(fù)荷總的變化情況負(fù)荷總的變化情況 隨機(jī)分量隨機(jī)分量 脈沖分量脈沖分量 持續(xù)分量持續(xù)分量山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）電力系統(tǒng)的負(fù)荷（二）電力系統(tǒng)的負(fù)荷/ 2 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化90

49、系統(tǒng)負(fù)荷可看作以下三種不同變化規(guī)律的變動負(fù)荷組成：系統(tǒng)負(fù)荷可看作以下三種不同變化規(guī)律的變動負(fù)荷組成：（1 1）變動周期小于）變動周期小于10s10s，變化幅度小，變化幅度小: :小操作、線路搖擺等小操作、線路搖擺等（3 3）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律（2 2）變動周期在（）變動周期在（10s10s，180s180s），變化幅度較大：大電機(jī)、），變化幅度較大：大電機(jī)、 電爐啟停電爐啟停調(diào)速器調(diào)速器頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整根據(jù)預(yù)測負(fù)根據(jù)預(yù)測負(fù)荷，在各機(jī)荷，在各機(jī)組間進(jìn)行最組間進(jìn)行最優(yōu)

50、負(fù)荷分配優(yōu)負(fù)荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度（發(fā)電計劃）（發(fā)電計劃）山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）電力系統(tǒng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)（二）電力系統(tǒng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)負(fù)荷的功率負(fù)荷的功率頻率特性頻率特性可表示為可表示為2012()()()nLLNLNLNnLNNNNfffPa Pa Pa Pa Pfff 頻率上升時，負(fù)荷需求功率隨之增加，阻止頻率的上升頻率上升時，負(fù)荷需求功率隨之增加，阻止頻率的上升 頻率下降時，負(fù)荷需求功率跟著下降，抑止頻率的下降頻率下降時，負(fù)荷需求功率跟著下降，抑止頻率的下降山東理工大學(xué)山東理工大學(xué)系統(tǒng)負(fù)荷增加系統(tǒng)負(fù)荷增加頻率下降頻率下降 電力

51、系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）發(fā)電機(jī)組的功率（三）發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性頻率特性/1 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由原動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)原動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。 發(fā)電機(jī)組的功率發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性取決于調(diào)速系統(tǒng)的特性。頻率特性取決于調(diào)速系統(tǒng)的特性。(,)GaNPf1(,)GbPfa點點b點點發(fā)電機(jī)在調(diào)速器作用發(fā)電機(jī)在調(diào)速器作用下輸出功率增加下輸出功率增加山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）發(fā)電機(jī)組的功率（三）發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性頻率特性/2GfRP */NGGNGfffRPPP *1GGPKRf 山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)

52、自動化（四）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系（四）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（四）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系（四）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系/2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（五）電力系統(tǒng)的頻率特性（五）電力系統(tǒng)的頻率特性/1電力系統(tǒng)功率電力系統(tǒng)功率頻率關(guān)系頻率關(guān)系 電力系統(tǒng)功率頻率特性可以看成由上面兩個環(huán)節(jié)構(gòu)成電力系統(tǒng)功率頻率特性可以看成由上面兩個環(huán)節(jié)構(gòu)成的一個閉環(huán)系統(tǒng)的特性的一個閉環(huán)系統(tǒng)的特性 發(fā)電機(jī)組的功率發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性曲線與負(fù)荷的功率頻率特性曲線與負(fù)荷的功率頻率頻率特性曲

53、線的交點就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點特性曲線的交點就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（五）電力系統(tǒng)的頻率特性（五）電力系統(tǒng)的頻率特性/2電力系統(tǒng)頻率特性電力系統(tǒng)頻率特性山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（五）電力系統(tǒng)的頻率特性（五）電力系統(tǒng)的頻率特性/3電力系統(tǒng)頻率特性電力系統(tǒng)頻率特性山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（五）電力系統(tǒng)的頻率特性（五）電力系統(tǒng)的頻率特性/4電力系統(tǒng)頻率特性電力系統(tǒng)頻率特性山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（五）電力系統(tǒng)的頻率特性（五）電力系統(tǒng)的頻率特性/5

54、并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組都裝有調(diào)速器并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組都裝有調(diào)速器 系統(tǒng)負(fù)荷變化時，系統(tǒng)負(fù)荷變化時，有可調(diào)容量的發(fā)電機(jī)組有可調(diào)容量的發(fā)電機(jī)組均按各自的均按各自的頻率調(diào)節(jié)特性頻率調(diào)節(jié)特性參加頻率的一次調(diào)節(jié)參加頻率的一次調(diào)節(jié) 頻率的頻率的二次調(diào)節(jié)只有部分發(fā)電廠二次調(diào)節(jié)只有部分發(fā)電廠（或發(fā)電機(jī)組）承擔(dān)，（或發(fā)電機(jī)組）承擔(dān)，稱為調(diào)頻廠。稱為調(diào)頻廠。 非調(diào)頻廠只參加頻率的一次調(diào)節(jié)任務(wù)，或只按調(diào)度中非調(diào)頻廠只參加頻率的一次調(diào)節(jié)任務(wù)，或只按調(diào)度中心預(yù)先安排的負(fù)荷曲線運(yùn)行，不參加頻率的二次調(diào)節(jié)。心預(yù)先安排的負(fù)荷曲線運(yùn)行，不參加頻率的二次調(diào)節(jié)。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化電氣液壓調(diào)速器電氣液

55、壓調(diào)速器調(diào)速器調(diào)速器機(jī)械液壓調(diào)速器機(jī)械液壓調(diào)速器按其控制準(zhǔn)則來劃分按其控制準(zhǔn)則來劃分比例比例積分積分微分（微分（PID）調(diào)速器）調(diào)速器調(diào)速器調(diào)速器比例積分（比例積分（PI）調(diào)速器）調(diào)速器山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（一）機(jī)械液壓調(diào)速器（一）機(jī)械液壓調(diào)速器/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（一）機(jī)械液壓調(diào)速器（一）機(jī)械液壓調(diào)速器/2山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（一）機(jī)械液壓調(diào)速器（一）機(jī)械液壓調(diào)速器/3山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（一）機(jī)械液壓調(diào)速器（一）機(jī)械液壓調(diào)速器/4山東理工大學(xué)山東理工大

56、學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）功率（二）功率-頻率電液調(diào)速器頻率電液調(diào)速器/1山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（二）功率（二）功率-頻率電液調(diào)速器頻率電液調(diào)速器/2 轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速測量由磁阻發(fā)送器和頻率由磁阻發(fā)送器和頻率電壓變送器完成。電壓變送器完成。磁阻發(fā)送器的作用是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓磁阻發(fā)送器的作用是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓信號。信號。 功率測量功率測量通常用磁性乘法器和霍爾效應(yīng)原理等將發(fā)通常用磁性乘法器和霍爾效應(yīng)原理等將發(fā)電機(jī)的有功功率轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流電壓。電機(jī)的有功功率轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流電壓。 電液轉(zhuǎn)換器及液壓系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)換器及液壓系統(tǒng)把調(diào)

57、節(jié)量由電量轉(zhuǎn)換為非電把調(diào)節(jié)量由電量轉(zhuǎn)換為非電量油壓。量油壓。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）數(shù)字式電液調(diào)速器（三）數(shù)字式電液調(diào)速器/1已廣泛應(yīng)用，它已廣泛應(yīng)用，它與模擬電液調(diào)速與模擬電液調(diào)速器的主要區(qū)別是器的主要區(qū)別是控制電路部分的控制電路部分的功能用微機(jī)來實功能用微機(jī)來實現(xiàn)現(xiàn)。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 調(diào)速器的調(diào)節(jié)控制規(guī)律由計算機(jī)實現(xiàn)調(diào)速器的調(diào)節(jié)控制規(guī)律由計算機(jī)實現(xiàn) 使用了使用了CPU主機(jī)后，可以充分發(fā)揮計算機(jī)高速運(yùn)算和邏輯主機(jī)后，可以充分發(fā)揮計算機(jī)高速運(yùn)算和邏輯判斷優(yōu)勢，除了完成調(diào)速和負(fù)載控制功能外，還可實現(xiàn)機(jī)判斷優(yōu)勢，除了完成調(diào)速和負(fù)載控制功能外，還可實現(xiàn)機(jī)組

58、自啟動控制功能組自啟動控制功能 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化（三）數(shù)字式電液調(diào)速器（三）數(shù)字式電液調(diào)速器/1極大地提高了電廠自動化程度。極大地提高了電廠自動化程度。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化110頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，系統(tǒng)頻率的頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，系統(tǒng)頻率的變化是由于發(fā)電機(jī)的負(fù)荷功率與原動機(jī)輸入功率之變化是由于發(fā)電機(jī)的負(fù)荷功率與原動機(jī)輸入功率之間失去平衡所致。間失去平衡所致。調(diào)頻就是通過調(diào)整各機(jī)組的出力來達(dá)到系統(tǒng)有調(diào)頻就是通過調(diào)整各機(jī)組的出力來達(dá)到系統(tǒng)有功平衡的措施。發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻通過調(diào)速器實現(xiàn)。功平衡的措施。發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻通過調(diào)速器實現(xiàn)。定時器計

59、數(shù)時間山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化111第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化112山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 發(fā)電廠綜合自動化是一種發(fā)電廠綜合自動化是一種集控制、管理、決策為一體集控制、管理、決策為一體的全的全局自動化局自動化 采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點如下：采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點如下：（1）可提高機(jī)組、全廠和電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率；）可提高機(jī)組、全廠和電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率；（2）可進(jìn)行電力系統(tǒng)的安全分析、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等，可減少）可進(jìn)行電力系統(tǒng)的安全分析、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等，可減少事故，

60、避免重大事故和事故擴(kuò)大；事故，避免重大事故和事故擴(kuò)大；（3）控制方式靈活，控制質(zhì)量提高；）控制方式靈活，控制質(zhì)量提高；（4）減輕勞動強(qiáng)度，減員增效，提高管理水平；）減輕勞動強(qiáng)度，減員增效，提高管理水平；（5）提高電能質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。）提高電能質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 在發(fā)電廠廣泛應(yīng)用了在發(fā)電廠廣泛應(yīng)用了分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)，也稱為，也稱為集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCS是一個由是一個由過程控制級過程控制級和和過程監(jiān)控級過程監(jiān)控級組成的以組成的以通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)