勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理

勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日

一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

1、維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平

1）保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。2）保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。3）提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)定的要求在許多方面是一致的。

第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

2、控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無功功率合理分配

一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響

式中Eq一發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì);Us一受端電網(wǎng)電壓;XdΣ一發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間的總電抗。

第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓放大倍數(shù)Kou與勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)Te以及轉(zhuǎn)子功角δ間具有圖中所示關(guān)系。在同一轉(zhuǎn)子功角下,隨時(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;在同一時(shí)間常數(shù)Te下,隨轉(zhuǎn)子功角δ的增加所允許的電壓放大系數(shù)減少。

1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響

XΣ=Xd+XT+Xe/2

第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

曲線2表示切除短路故障線路后的功率特性曲線。由于線路阻抗由Xe/2增加到Xe,使功率特性曲線的幅值減小,其中X’Σ=Xd+XT+Xe。曲線3表示故障中的功率特性曲線。2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法：減小加速面積或增大減速面積。

即加快故障切除時(shí)間,或在提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比的同時(shí),提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)。

正常時(shí),發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)在功率特性曲線1的a處；當(dāng)發(fā)生短路事故時(shí),相應(yīng)功率特性曲線為曲線3。若此時(shí)提供強(qiáng)行勵(lì)磁以迅速提高發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)Eq,使功率特性曲線由bc段增加到bc‘段,由此在故障切除前減少了加速面積(由abcd減少到abc’d)。在δ=δc故障切除后亦能增加減速面積(由曲線2的dehg增加到de’h’g)。如面積de‘h’g等于面積def’f,則可使轉(zhuǎn)子功角最大值由δm’降到δm,明顯地提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。勵(lì)磁頂值電壓越高,電壓響應(yīng)比越快,勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。

2）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

3）勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)作用，是造成電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩阻尼變?nèi)?甚至變負(fù))的最重要的原因之一。解決電壓調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間矛盾的有效措施，是在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中增加其它控制信號(hào)。這種控制信號(hào)可以提供正的阻尼作用，使整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限的水平。

第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

4、保護(hù)發(fā)電機(jī)及其相關(guān)設(shè)備

第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

1、交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)

1）它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日

交流主勵(lì)磁機(jī)（ACL）和交流副勵(lì)磁機(jī)（ACFL）都與發(fā)電機(jī)同軸。副勵(lì)磁機(jī)是自勵(lì)式的，其磁場(chǎng)繞組由副勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機(jī)作副勵(lì)磁機(jī)的，亦稱三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

1）它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

2）自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)交流主勵(lì)磁機(jī)經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供勵(lì)磁電流；自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制可控硅，調(diào)整其輸出電流。稱為兩機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)沒有副勵(lì)磁機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)出口電壓經(jīng)勵(lì)磁變壓器后獲得，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角，以調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，亦稱為兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)。

二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日（兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)）二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

3）無刷勵(lì)磁系統(tǒng)第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

2、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)

1）自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日 2)直流側(cè)疊加的自復(fù)激方式在自并勵(lì)的基礎(chǔ)上加一臺(tái)與發(fā)電機(jī)定子回路串聯(lián)的勵(lì)磁變壓器，后者另供給一套硅整流裝置，二者在直流側(cè)疊加，則構(gòu)成直流側(cè)疊加的自勵(lì)方式。疊加方式分為電流疊加（直流側(cè)并聯(lián)）和電壓疊加（直流側(cè)串聯(lián)）兩種方式。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日直流側(cè)并聯(lián)的自復(fù)激方式，在我國(guó)一些中、小型汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)上采用較早，有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但未得到推廣。因?yàn)樵谙到y(tǒng)中短路時(shí)，復(fù)勵(lì)部分與自并勵(lì)部分協(xié)調(diào)配合較差，此外，勵(lì)磁變流器副方尖峰過電壓?jiǎn)栴}也比較嚴(yán)重。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日交流側(cè)并聯(lián)的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

3）交流側(cè)電壓疊加的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日交流側(cè)串聯(lián)的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)

二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

3）交流側(cè)電壓疊加的自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日

3、直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)用專門的直流發(fā)電機(jī)向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供勵(lì)磁電流的系統(tǒng)稱為直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。其中的直流發(fā)電機(jī)被稱為直流勵(lì)磁機(jī)。直流勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸。直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)又分為自勵(lì)與它勵(lì)兩種方式。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1)自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日

2)它勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的基本配置自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁變壓器、可控硅整流橋、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及起勵(lì)裝置、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)與滅磁裝置等組成。二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)分類與配置

第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日FWL/B型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)接線原理及分部組成第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

1、PID調(diào)節(jié)及其算法按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)器,是連續(xù)系統(tǒng)控制中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)，但相對(duì)穩(wěn)定性降低，而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分調(diào)節(jié)可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相應(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。

第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1.1并聯(lián)PID調(diào)節(jié)：(理想PID調(diào)節(jié))輸入輸出之間微分方程為：

Kp-一-比例系數(shù)用于提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度,以減少靜態(tài)偏差;Ti一一積分時(shí)間常數(shù)用于消除靜態(tài)誤差;Td一一微分時(shí)間常數(shù)用于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

對(duì)于計(jì)算機(jī)控制,必須將上式離散化,用差分方程代替微分方程。采用梯形積分來逼近積分,采用后向差分來逼近微分,可得PID數(shù)字控制算法:離散系統(tǒng)全量式差分方程為：離散系統(tǒng)增量式差分方程為：

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日

1.2串聯(lián)PID調(diào)節(jié)：在模擬電路控制中無法采用理想PID控制，而代之以下述串聯(lián)式PID。

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

2、

轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋（勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器ESS）

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日

3、

勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日

3、

勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋

三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制

4、PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)

第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日勵(lì)磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日