電力系統(tǒng)自動化裝置第三章勵磁系統(tǒng)

第六講同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)（4）主要內容勵磁調節(jié)裝置原理勵磁調節(jié)器的發(fā)展歷程數(shù)字式勵磁調節(jié)器的基本構成1）主控單元，2）信息采集單元，3）調節(jié)控制輸出單元4）人——機接口調節(jié)和控制的數(shù)學模型勵磁調節(jié)器的輔助控制瞬時勵磁電流控制-（轉子電壓極限）最大勵磁限制器OEL-（轉子熱極限）最小勵磁限制器UEL-(穩(wěn)定極限)電壓/頻率限制與保護－(鐵芯飽和過熱)發(fā)電機失磁監(jiān)控數(shù)字式勵磁調節(jié)器的可靠性（雙重化）數(shù)字式勵磁調節(jié)器的軟件2024/4/122第六節(jié)勵磁調節(jié)裝置原理

勵磁調節(jié)單元（自動調壓器）的最基本部分是一個閉環(huán)比例調節(jié)器，它的輸入量是發(fā)電機電壓，輸出量是勵磁機的勵磁電流或者是發(fā)電機的轉子電流他的功能有二：1、保持發(fā)電機端電壓不變2、保持并聯(lián)機組間的無功負荷的合理分配2024/4/1231勵磁調節(jié)器的發(fā)展歷程機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數(shù)字型勵磁調節(jié)器

機電型勵磁調節(jié)器的任務是調節(jié)電壓，其調節(jié)線圈中的電流與發(fā)電機電壓成正比，調節(jié)線圈中產生的磁場力作用于變阻器，從而改變勵磁機磁場電阻以達到調節(jié)電壓的目的。由于它操作中需要克服摩擦力，故而具有不靈敏區(qū)2024/4/1241勵磁調節(jié)器的發(fā)展歷程機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數(shù)字型勵磁調節(jié)器

電磁型勵磁調節(jié)器是以磁放大器為基礎，構成電磁型電壓調節(jié)器，各個單元均由電磁單元構成，時間常數(shù)較大，但是可靠性高，任務是維持電壓水平和無功功率分配2024/4/1251勵磁調節(jié)器的發(fā)展歷程機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數(shù)字型勵磁調節(jié)器

電子型勵磁調節(jié)器是以電子元件為基礎所構成的，沒有時間滯后，綜合放大能力強，發(fā)展成為“對勵磁系統(tǒng)具有多種綜合控制調節(jié)能力的勵磁調節(jié)器”?；旧嫌伞罢{差”“測量比較”“綜合放大”“移相觸發(fā)”等單元組成，實現(xiàn)電壓調節(jié)和無功負荷分配等基本調節(jié)功能2024/4/1261勵磁調節(jié)器的發(fā)展歷程機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數(shù)字型勵磁調節(jié)器

數(shù)字型勵磁調節(jié)器實質上是一臺專用的微型計算機勵磁控制系統(tǒng)，核心是主機，主機通過總線、接口電路與具體的控制對象的過程通道連接，采集發(fā)電機組的運行狀態(tài)信息，輸出脈沖調節(jié)勵磁功率單元（晶閘管），實現(xiàn)對發(fā)電機勵磁的綜合調節(jié)控制。2024/4/1272數(shù)字式勵磁調節(jié)器的基本構成1主機（主控單元）4人——機接口2信息采集單元3調節(jié)控制輸出單元2024/4/128（1）主控單元CPU部分總線接口存儲器部分2024/4/129（1）主控單元CPU部分總線接口存儲器部分

主控單元可以通過總線采集發(fā)電機組的運行信息，存入存儲區(qū)形成實時數(shù)據庫，主機可以從實時庫中調取相關信息進行調節(jié)計算、邏輯判斷等各種控制功能。

在數(shù)字型勵磁調節(jié)器上增設輔助控制功能無需增加特定的硬件設備，這是與電子型相比的最顯著的區(qū)別。2024/4/1210（2）信息采集單元電壓調節(jié)/無功功率分配勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器勵磁系統(tǒng)限制器采集發(fā)電機電壓、電流及反映機組運行的開關量采集發(fā)電機頻率和勵磁機電流等模擬/數(shù)字量過程通道A/D轉換和數(shù)字量輸入總線接口CPU2024/4/1211模擬量輸入通道1、發(fā)電機電壓/電流過程通道發(fā)電機的電壓過程通道：將TV二次側輸出的100V再經過TMV轉換為A/D的量程以內，同時也起到了電氣隔離的作用。發(fā)電機的電流過程通道：將TA二次側的5A轉換為A/D所能接受的電壓信號(中間變流器或者霍爾元件等)，且在其量程以內，也起到了電氣隔離的作用2024/4/1212模擬量輸入通道2、勵磁電流過程通道

直接測量法：將直流/直流變送器串入轉子回路中，將直流電流轉換為直流電壓間接測量法：全控整流橋的交流側電流與轉子直流電流成正比，因此，經過TA測量出交流側電流而間接得到轉子電流2024/4/1213模擬量輸入通道3、濾波電路直流濾波電路：保證直流成分，去掉諧波成分交流濾波電路:提取有用信號，濾出諧波和直流等常用濾波電路型式：巴特沃思、鍥比雪夫、貝塞爾2024/4/1214數(shù)字量輸入通道及A/D數(shù)據采集數(shù)字量采集:斷路器狀態(tài)、操作盤上開關狀態(tài)、輸入調節(jié)量增/減控制信息等。一般采用光電耦合器來進行電氣隔離。A/D轉換接口電路主要是將模擬信號轉換為計算機可以接受的二進制數(shù)字信號AD主要技術指標：分辨率、量程、轉換時間、轉換精度。A/D轉換板接口電路由模擬多路切換開關MUX、程控放大器、采樣保持器S/H、A/D轉換器和定時與邏輯控制等部件構成。2024/4/1215（3）調節(jié)控制輸出單元勵磁調節(jié)器輸出的調節(jié)量為控制勵磁功率單元的移相觸發(fā)脈沖，輸出的控制信號有保護跳閘觸點信號、報警信號等。移相觸發(fā)單元的任務：為了使全控（半控）整流橋正常工作，需要使晶閘管按照一定的次序導通，也就需要按照一定的次序對晶閘管門極施加觸發(fā)脈沖移相觸發(fā)單元的要求：1、觸發(fā)脈沖移相范圍要求符合相應的可控整流電路的要求。2、觸發(fā)脈沖具有足夠的功率使晶閘管可靠地導通3、觸發(fā)脈沖上升沿要陡（10微秒），要有一定的寬度4、觸發(fā)單元與主電路相互隔離以保證安全5、在整個移相范圍內保證各相的觸發(fā)脈沖控制角一致2024/4/1216移相觸發(fā)單元

同步整形電路：將同步變壓器二次側電壓整形成方波，其上升沿作為控制角的計時起點。2024/4/1217移相觸發(fā)單元

主控制單元輸出的數(shù)字量數(shù)據裝入到計數(shù)寄存器，同步電壓經過隔離、電平轉換，在電壓過零點處形成正脈沖，加到Gate端，使計數(shù)器開始計數(shù)（作減法），計數(shù)結束時輸出端的低電平信號經過轉換后形成觸發(fā)脈沖輸出，他與同步電壓過零點間的相差的時間就是相移角2024/4/1218移相觸發(fā)單元

整流器接口電路：實現(xiàn)光電電氣隔離，具有測量整流橋輸出電流，并監(jiān)視橋臂電流和部件運行狀態(tài)。

門極驅動電路：用于放大脈沖，使之與晶閘管觸發(fā)水平相當，具有足夠的功率，脈沖具有一定的陡度、幅度和寬度。2024/4/1219（4）人——機接口人—機接口滿足：1、程序調試2、參數(shù)設定與維護3、運行操作2024/4/12203調節(jié)控制的數(shù)學模型PID調節(jié)控制的算法方程式：PID差分變換的離散方程式：2024/4/1221PID調節(jié)位置式增量式

增量式PID調節(jié)算法與位置式并無本質區(qū)別，由于輸出增量，計算誤差或精度對控制量影響較小，控制作用不會發(fā)生大幅度的變化，而且輸出只與最近幾次采樣值有關，容易獲得較好的控制效果2024/4/1222勵磁調節(jié)器的基本調節(jié)方式1、電壓調節(jié)（比例式調節(jié)方式）2、電壓調節(jié)附加無功功率分配2024/4/12234勵磁調節(jié)器的輔助控制勵磁調節(jié)系統(tǒng)輔助控制滿足：1、發(fā)電機在進相運行時，發(fā)電機最小勵磁電流值應該限制在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限和發(fā)電機定子端部發(fā)熱允許的范圍內，為此需要設立“最小勵磁限制器”2、為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，勵磁系統(tǒng)具有高起始響應特性，勵磁電流過大，則會危及發(fā)電機的安全，故而需要限制強勵頂值電流，為此需要設置“瞬時電流限制器”輔助控制與正?？刂频膮^(qū)別在于：輔助控制不參與正常調節(jié)，僅在發(fā)生非正常工況時，特定的限制輔助功能才起作用。輔助控制包括：瞬時勵磁電流控制、最大勵磁限制器、最小勵磁限制器電壓/頻率限制與保護、發(fā)電機失磁監(jiān)控2024/4/1224(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——定轉子熱極限定子電流限制：轉子電流限制：2024/4/1225(0)發(fā)電機運行狀態(tài)－端部熱極限電樞端部熱極限：疊片渦流，進相時，漏磁通增加更加明顯2024/4/1226(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限aSMIB2024/4/1227(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限b2024/4/1228(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限c穩(wěn)定極限δ＝90o2024/4/1229(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限d2024/4/1230發(fā)電機失磁保護-機端測量阻抗判據機端測量阻抗判據等有功圓靜穩(wěn)極限圓RjX-jXd-jXd’jXsP1P2aa?bb’cc?阻抗靜穩(wěn)極限圓PQ靜穩(wěn)極限圓等價否？2024/4/1231兩個靜穩(wěn)極限圓——等價關系阻抗靜穩(wěn)極限圓PQ靜穩(wěn)極限圓等價否？2024/4/1232（1）瞬時勵磁電流控制

為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，大容量發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)必須具有高起始響應的性能。

通常采用高勵磁頂值的方法來提高勵磁機輸出電壓的起始增長速度(斜率大)高值勵磁電壓將會危及勵磁機及發(fā)電機的安全，為此設置了“瞬時勵磁電流控制器”具體控制——當勵磁電流超過發(fā)電機允許的勵磁頂值，立即限制勵磁電流為2024/4/1233（2）最大勵磁限制器最大勵磁限制是為了防止轉子繞組長時間過勵磁而采取的措施。為了保證發(fā)電機轉子發(fā)熱的安全，勵磁系統(tǒng)強勵時間不允許超過規(guī)定值。若超過允許時間，勵磁電流仍然降不下來，則執(zhí)行最大勵磁限制。他有兩個設定值：1、強勵頂值電流限制值

2、連續(xù)運行允許的過熱限制值轉子電壓標么值允許時間(s)轉子電壓標么值允許時間(s)1.121201.46301.25602.08102024/4/1234（2）最大勵磁限制器(OEL)

只要勵磁電流超過過熱限制值，勵磁調節(jié)器就會啟動一個過熱電力積分器：勵磁電流限制值為調節(jié)器按恒勵磁電流運行勵磁電流限制值為調節(jié)器按恒勵磁電流運行2024/4/1235（3）最小勵磁限制器(UEL)Q增加（AC）失去穩(wěn)定穩(wěn)定極限考慮裕度的穩(wěn)定極限P增加（AB）失去穩(wěn)定需要增加最小勵磁限制2024/4/1236（3）最小勵磁限制器(UEL)發(fā)電機在實現(xiàn)欠勵限制時，考慮留有一定的穩(wěn)定儲備后，限制值為一直線調節(jié)器發(fā)出欠勵限制信號，勵磁電流不再減少2024/4/1237UEL考慮的三個限制欠勵限制器失磁繼電器小信號穩(wěn)定靜態(tài)極限過勵欠勵容量極限2024/4/1238（4）電壓/頻率限制與保護U/f比超過限制值的原因：1、發(fā)電機甩負荷或者解列2、發(fā)電機組啟動時誤投勵磁開關3、系統(tǒng)故障使頻率降低在規(guī)定的時間內，仍然，則跳主開關滅磁延時滅磁。限制限制磁通限制器：防止發(fā)電機/變壓器鐵心過熱2024/4/1239（5）發(fā)電機失磁監(jiān)控

發(fā)電機“失磁”是指發(fā)電機在運行中全部或者部分失去勵磁電流，使轉子磁場減弱或者消失，這是發(fā)電機運行中可能發(fā)生的一種故障狀態(tài)。造成發(fā)電機失磁的原因：1、勵磁開關誤跳閘2、勵磁機或晶閘管勵磁系統(tǒng)元件損壞或發(fā)生故障3、自動滅磁開關誤跳閘4、轉子回路某處斷線及誤操作發(fā)電機組均配置有失磁保護，還設置了失磁監(jiān)視功能2024/4/1240發(fā)電機失磁保護低電壓判據逆無功判據機端測量阻抗判據等有功圓靜穩(wěn)極限圓RjX-jXd-jXd’jXsP1P2aa?bb’cc?2024/4/12415數(shù)字式勵磁調節(jié)器的可靠性1、主控單元雙重化配置2、勵磁功率單元雙重化3、勵磁電流測量雙重化4、雙電源配置5、TV/TA的雙重化可靠性提高多少？(1)單套(2)雙套不切換(3)雙套切換2024/4/12426數(shù)字式勵磁調節(jié)器的軟件時間安排：一個周期內,考慮裕度18