第10-11次課第3章(6節(jié))

電力系統(tǒng)自動裝置原理水電學(xué)院電力系王德意3.6勵磁調(diào)節(jié)裝置原理

3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的基本環(huán)節(jié)和構(gòu)成調(diào)節(jié)和控制的數(shù)學(xué)模型勵磁調(diào)節(jié)器的運行3.6.3數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器軟件概述主程序框圖3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（一）機電型電壓調(diào)節(jié)器3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（二）磁放大器型電壓調(diào)節(jié)器3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類典型產(chǎn)品：

KFD-3型相復(fù)勵裝置特點：KFD-3型基于磁放大器原理的相復(fù)勵裝置。

－它響應(yīng)速度慢，動態(tài)性能差； －它的放大倍數(shù)有限，裝置的靜態(tài)特性精度較差； －它的輸出功率較?。凰慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，調(diào)試?yán)щy，且耗費大量金屬材料。

－運行穩(wěn)定性較差，在同一母線上并列運行兩臺機組容易產(chǎn)生“搶無功”的現(xiàn)象。運行情況： －從初步調(diào)查情況來看，90%以上的KFD-3型相復(fù)勵裝置都沒有投入實際運行，只采用手動方式調(diào)節(jié)勵磁。 －己成為技改對象3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（三）電子（半導(dǎo)體）型電壓調(diào)節(jié)器3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類電子型勵磁調(diào)節(jié)器的特點：響應(yīng)速度大大加快，強勵時勵磁電壓上升時間小于01s，稱為高起始響應(yīng)勵磁系統(tǒng)。－結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便；只采用簡單控制規(guī)律，性能指標(biāo)較差；分立元件的熱穩(wěn)定性差，整機故障率較高；經(jīng)常出現(xiàn)觸發(fā)脈沖不對稱、丟失脈沖以及失控等。應(yīng)用情況：從上個世紀(jì)70年代在我國開始推廣應(yīng)用半導(dǎo)體勵磁調(diào)節(jié)器以來,已在許多電站長期使用。3.6.1勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類（四）微機型電壓調(diào)節(jié)器特點：方便實現(xiàn)復(fù)雜的勵磁控制策略；勵磁控制算法由軟件實現(xiàn)，便于修改；可實現(xiàn)完備的勵磁限制和保護功能。應(yīng)用情況：普遍應(yīng)用于各種同步發(fā)電機的勵磁控制。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（一）數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的基本環(huán)節(jié)及構(gòu)成（1）分類非全數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器組成：測量單元，主控制單元，移相觸發(fā)單元和人機接口等以及輔助電路組成。其核心為控制主機和移相觸發(fā)電路。全數(shù)字微機勵磁調(diào)節(jié)器組成：全數(shù)字微機勵磁調(diào)節(jié)器主機和輔助電路組成，其核心是全數(shù)字微機勵磁調(diào)節(jié)器，它是一臺專用計算機控制系統(tǒng)，由硬件和軟件組成。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（2）非全數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（3）全數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（4）測量單元原理濾波、光電隔離、采樣保持、數(shù)據(jù)緩存以及A/D的作用典型的濾波電路：П型、Γ型以及橋式濾波電路3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（5）主控制單元原理主控制單元的輸入信號3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理主控制單元的結(jié)構(gòu)3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（6）移相觸發(fā)單元原理結(jié)構(gòu)：如下圖功能：產(chǎn)生可調(diào)相位的脈沖，用來觸發(fā)晶閘管，使其觸發(fā)角能夠隨著主控制單元輸出的控制值而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流。同步：晶閘管觸發(fā)脈沖與主電路三相電壓信號之間的相位配合關(guān)系，一般由同步變壓器獲得同步電壓信號。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理勵磁調(diào)節(jié)器對移相觸發(fā)單元的要求:觸發(fā)脈沖移相范圍要符合可控硅整流電路的要求觸發(fā)脈沖要有足夠大額功率使晶閘管可靠導(dǎo)通觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡觸發(fā)單元與主電路應(yīng)相互隔離以保證安全在整個移相范圍內(nèi)保證各相的觸發(fā)脈沖控制角一致3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理單相同步整形電路3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理單相同步信號3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理移相觸發(fā)單元原理框圖單相同步信號3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理移相觸發(fā)單元脈沖時序圖3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理脈沖形成及放大雙窄脈沖產(chǎn)生及放大電路SCR1SCR3SCR5SCR4SCR6SCR23.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（7）人機接口功能：程序調(diào)試參數(shù)設(shè)定與維護：PID調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)差系數(shù)等運行操作：起勵、滅磁、增減控制等參數(shù)顯示：監(jiān)測的電壓、電流、功率及功率因素顯示3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（二）調(diào)節(jié)和控制的數(shù)學(xué)模型（1）概述PID原理框圖

xxce(t)Py(t)ID3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理a.位置型PID調(diào)節(jié)算法位置型PID控制算法的基本思路是對連續(xù)PID公式進行離散化。位置型算式每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計算誤差。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理b.增量型PID調(diào)節(jié)算法增量型算式中由于消去了積分項，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時，計算誤差對控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。采用增量型算法時所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計算機發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會對生產(chǎn)造成惡劣影響。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（2）勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)模式恒機端電壓調(diào)節(jié)（自動）模式恒勵磁電流調(diào)節(jié)（手動）模式恒無功功率調(diào)節(jié)模式恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理a.恒機端電壓（自動）調(diào)節(jié)方式不考慮調(diào)差考慮調(diào)差3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理b.恒勵磁電流調(diào)節(jié)（手動）模式3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理c.恒無功功率調(diào)節(jié)模式3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理d.恒功率因素調(diào)節(jié)模式3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（3）勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制輔助勵磁控制的必要性：最小勵磁限制：在發(fā)電機進相運行時，容許吸收的無功功率和發(fā)出的有功功率有關(guān)，此時發(fā)電機最小勵磁電流值應(yīng)限制在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限及發(fā)電機定子端部發(fā)熱允許的范圍內(nèi)。為此，在自動勵磁調(diào)節(jié)器中設(shè)置了最小勵磁限制。瞬時電流限制：大容量發(fā)電機組由于系統(tǒng)穩(wěn)定的要求勵磁系統(tǒng)具有高起始響應(yīng)特性，使發(fā)電機勵磁頂值電壓大大超過其允許值，而勵磁電流超過規(guī)定的強勵電流會危及發(fā)電機的安全，為此，在調(diào)節(jié)器中必須設(shè)置瞬時電流限制器以限制強勵頂值電流。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理輔助勵磁的特征：輔助控制與勵磁調(diào)節(jié)器正常情況下的自動控制的區(qū)別是，輔助控制不參與正常情況下的自動控制，僅在發(fā)生非正常運行工況，需要勵磁調(diào)節(jié)器具有某些特有的限制功能時，通過信號綜合放大電路中的競比電路閉鎖正常的電壓控制使相應(yīng)的限制器起控制作用。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理最小勵磁限制（也稱之為“欠勵磁限制”）因素一、靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制發(fā)電機欠勵磁運行時，發(fā)電機吸收系統(tǒng)的無功功率，這種運行狀態(tài)稱為進相運行。發(fā)電機進相運行時受靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制，這里以單機－無限大系統(tǒng)為例來討論電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限的問題。曲線B外側(cè)的陰影區(qū)屬不穩(wěn)定區(qū)，而圓內(nèi)任意點屬穩(wěn)定區(qū)。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理因素二、防止發(fā)電機定子端部過熱在相同的視在功率和相同的端部冷卻條件下，發(fā)電機隨著功率因數(shù)由滯相向進相轉(zhuǎn)移，發(fā)電機定子端部漏磁磁密值相應(yīng)增高，這將引起定子端部元件的損耗發(fā)熱也趨向嚴(yán)重。因此，隨著發(fā)電機進相程度的增大，要維持發(fā)電機端部元件的溫度不超過允許值，其出力便要相應(yīng)的降低。顯然，防止定子端部過熱，是發(fā)電機進相運行深度的一個限制因素。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理因素三、留有適當(dāng)?shù)脑Ａ吭赑-Q平面上，繪制出發(fā)電機運行容量曲線和臨界失步曲線，再在兩曲線圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚ㄒ粭l最小勵磁限制線。欠勵限制器的任務(wù)就是確保在任何情況下，將發(fā)電機的功率運行點（P、Q）限制在這條最小勵磁限制線之上。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理b.瞬時電流限制唯有采用高勵磁頂值的方法才能提高勵磁機輸出電壓的起始增長速度由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，大容量發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)必須具有高起始響應(yīng)的性能。高值勵磁電壓將會危及勵磁機及發(fā)電機的安全。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理c.最大勵磁限制最大勵磁限制是為了防止發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組長時間過勵磁而采取的安全措施。限制見P92頁表3-1。d.V/Hz（伏/赫）限制V/Hz（伏/赫）限制器，用于防止發(fā)電機的端電壓與頻率的比值過高，避免發(fā)電機及與其相連的主變壓器鐵芯飽和而引起的過熱。最大勵磁限制器反時限特性見P92頁圖3-67。3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（三）勵磁調(diào)節(jié)器的運行（1）對發(fā)電機組運行工況的監(jiān)控（2）增加或減少勵磁，實現(xiàn)對電壓及無功功率的調(diào)節(jié)（3）信號顯示：各種限制動作、保護動作、主要部件故障系統(tǒng)跟蹤Nettracing報警信號Alarmsignal限制動作Limiteraction本機正常Normal本機工作WorkingQ/C模式Q/C-mode電流模式M-mode電壓模式A-modeMS增加INC減少DEC復(fù)位RST電壓A-mode電流M-mode無功Q/C-mode跟蹤Nettracing永州市智達自動控制設(shè)備有限公司操作按鍵顯示與設(shè)置按鍵液晶顯示屏信號指示燈測量參數(shù)顯示設(shè)置參數(shù)顯示限制保護查詢設(shè)置參數(shù)修改■OperatekeyDisplayandsetkeySignallampLCD3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理（4）調(diào)節(jié)器的可靠性主控制單元的雙重化配置勵磁功率單元的雙重化配置勵磁電流測量的雙重化雙重電源的配置PT的雙重化3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理雙調(diào)節(jié)器方案3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理雙調(diào)節(jié)器的硬件結(jié)構(gòu)3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理雙調(diào)節(jié)器的切換電路3.6.2數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理PT斷線的監(jiān)測：電壓突變法