第三章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)總述同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)的類型勵(lì)磁系統(tǒng)中的整流電路勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機(jī)組間的無(wú)功分配勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理第一節(jié)概述同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)Eq值的大小發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流IEF電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)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)組間的無(wú)功功率的分配。故障情況，發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，以維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。第一節(jié)概述同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

勵(lì)磁功率單元

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

G發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成1）勵(lì)磁功率單元，它向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電流。2）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它按照發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求，根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功率單元輸出的勵(lì)磁電流。一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)良的勵(lì)磁控制系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行，提供可靠的電能，而且可以有效地提高系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)該承擔(dān)以下任務(wù)：（一）電壓控制（二）控制無(wú)功功率的分配（三）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性（四）改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件（五）水輪發(fā)電機(jī)組要求實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁一發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（一）電壓控制

等值電路相量圖GGEWUEF.IEF.UGIG..xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷波動(dòng)引起電壓波動(dòng)，需要對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)以維持機(jī)端電壓在給定水平。勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了維持電壓水平的任務(wù)。EqIGUGIEF1UGUG2UGNIQIEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP負(fù)荷中的無(wú)功電流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)維持端電壓在給定水平的。

發(fā)電機(jī)的外特性必然是下降的。當(dāng)勵(lì)磁電流一定時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓隨無(wú)功負(fù)荷增大而下降。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（二）控制無(wú)功功率的分配

設(shè)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)：GIG.UG=常數(shù).IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)控制無(wú)功功率的分配由于發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只受調(diào)速器控制，與勵(lì)磁電流的大小無(wú)關(guān)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化只是改變了機(jī)組的無(wú)功功率和功率角的大小。與無(wú)限大母線并聯(lián)的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵(lì)磁電流的大小可以改變無(wú)功功率的數(shù)值。在實(shí)際運(yùn)行中，并聯(lián)目前并非無(wú)窮大母線，母線電壓隨著負(fù)荷的改變而變化。改變一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，不但影響自身的電壓和無(wú)功功率，也影響與之相鄰的節(jié)點(diǎn)的電壓和無(wú)功功率。因此發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功率合理分配的任務(wù)。靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，經(jīng)受微小擾動(dòng)后恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的能力。

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行方式下突然遭受大擾動(dòng)后，能否過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)、或者恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的能力。

（三）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（三）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性1勵(lì)磁對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響發(fā)電機(jī)的輸出功率為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)abc同步發(fā)電機(jī)的功角特性最大可能傳輸?shù)墓β蕵O限為

發(fā)電機(jī)的輸出功率為靜態(tài)穩(wěn)定極限功率Pm和Eq相關(guān)，而Eq與勵(lì)磁有關(guān)。無(wú)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流恒定，Eq＝常數(shù)，此時(shí)的功角特性稱為內(nèi)功率特性。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)若有靈敏和快速勵(lì)調(diào)節(jié)器，可視保持發(fā)電機(jī)端電壓保持不變。外功角特性曲線的最大值出現(xiàn)在大于90度，能使發(fā)電機(jī)在大于90范圍的人工穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行，可提高發(fā)電機(jī)輸送功率極限或提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)2勵(lì)磁對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定等面積法則PGmax*0.750.700.650.500.3500.20.40.60.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.3501234KTe=0.1STe=0.8S要使勵(lì)磁系統(tǒng)在短暫過(guò)程中完成符合要求的控制必須要求勵(lì)磁系統(tǒng)具備快速響應(yīng)的條件。為此，一方面縮小勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，另一方面盡可能提高強(qiáng)行勵(lì)磁的倍數(shù)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（四）強(qiáng)行勵(lì)磁以改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件1改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)2為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件3提高繼電保護(hù)工作的準(zhǔn)確性電力系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)低電壓時(shí)，勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，即大幅度地增加勵(lì)磁以提高系統(tǒng)電壓。1．改善異步電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)條件

1201008060402000102030t(s)U(%)電網(wǎng)發(fā)生短路等故障時(shí)，電網(wǎng)電壓降低，是大多數(shù)用戶的電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。故障切除后，由于電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)需要吸收大量無(wú)功功率，以致延緩了電網(wǎng)電壓的恢復(fù)過(guò)程。發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁可以加速電網(wǎng)電壓的恢復(fù)，有效改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件。3提高繼電保護(hù)裝置的正確性當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不大，若系統(tǒng)此時(shí)發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時(shí)間衰減，以致帶時(shí)限的繼電保護(hù)不能正確工作。勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁以增大短路電流，使繼電保護(hù)正確工作。2．為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件同步發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁時(shí)，需要從系統(tǒng)中吸收大量無(wú)功功率，造成系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。如果系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)組能提供足夠的無(wú)功功率，維持電壓水平，則失磁的發(fā)電機(jī)可以在一定時(shí)間內(nèi)以異步運(yùn)行方式維持運(yùn)行。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（五）水輪發(fā)電機(jī)要求實(shí)行強(qiáng)行減磁當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障突然跳閘時(shí)，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會(huì)使轉(zhuǎn)速急劇上升。

如果不采取措施迅速降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，，則發(fā)電機(jī)電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁。二、對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器:檢測(cè)和綜合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息,以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),經(jīng)放大后控制勵(lì)磁功率單元以得到所要求的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。其基本要求

勵(lì)磁功率單元:受勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制，并向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。其基本要求系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機(jī)電壓高低以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平；同步發(fā)電機(jī)端電壓靜差率：半導(dǎo)體型的<1%，電磁型的<3%。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無(wú)功功率；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率在下列范圍內(nèi)：半導(dǎo)體型的±10%，電磁型的±5%。對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器沒(méi)有失靈區(qū)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件；具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。1對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求返回2對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求

要求勵(lì)磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)依靠勵(lì)磁電流的變化進(jìn)行系統(tǒng)電壓和本身無(wú)功功率的控制。因此，勵(lì)磁功率單元應(yīng)具備足夠的調(diào)節(jié)容量以適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行工況的要求。具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。從改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，希望勵(lì)磁功率單元具有較大的強(qiáng)勵(lì)能力和快速的響應(yīng)能力。因此，在勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度是兩項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。動(dòng)態(tài)特性勵(lì)磁電壓上升速度曲線第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)類型勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)靜止勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源為可控的直流電源。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量。并且具有快速的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度和具有一定的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)的歷史直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（直流發(fā)電機(jī)）

機(jī)械整流子在換流方面遇到了困難，且大功率半導(dǎo)體整流元件制造工藝的日益成熟。交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)(交流發(fā)電機(jī)和半導(dǎo)體整流元件組成)

靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng))

為了縮短主軸長(zhǎng)度，降低造價(jià)，減少環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機(jī)容量不大一直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（100MW以下）

直流勵(lì)磁系統(tǒng)是過(guò)去常用的勵(lì)磁方式。由于靠機(jī)械整流子換向整流的，當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)大時(shí)，換向就很困難。直流勵(lì)磁只能在10萬(wàn)kw以下小容量機(jī)組中采用。直流勵(lì)磁機(jī)大多與發(fā)電機(jī)同軸，是靠剩磁來(lái)建立電壓的。按勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組供電方式的不同

，又可以分為自勵(lì)式和他勵(lì)式兩種。圖2-1直流發(fā)電機(jī)原理圖=G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器IAVRIEEIRIE1自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

DER2他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器IEEIR=IE=IAVRPEDE他勵(lì)方式取消了勵(lì)磁機(jī)的自并勵(lì)，勵(lì)磁單元時(shí)間常數(shù)減小，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓增長(zhǎng)速率。一般用于水輪發(fā)電機(jī)組。直流勵(lì)磁系統(tǒng)具有方便、可靠、波形好，對(duì)電源干擾小等優(yōu)點(diǎn)。直流勵(lì)磁機(jī)有電刷、整流子等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件，運(yùn)行維護(hù)成本高，從可靠性來(lái)講，是勵(lì)磁系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。在直流勵(lì)磁系統(tǒng)中，以往采用電磁型調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器以磁放大器作為功率放大和綜合信號(hào)的元件，反應(yīng)速度較慢，但工作較為可靠。直流勵(lì)磁機(jī)工作容量小，適合小機(jī)組的使用。二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（100MW以上）

容量在100MW以上的同步發(fā)電機(jī)普遍采用交流勵(lì)磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)也是一臺(tái)同步交流發(fā)電機(jī)，其輸出電壓經(jīng)過(guò)大規(guī)模整流器整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的核心是勵(lì)磁機(jī)，輸出頻率和電壓是根據(jù)需要特殊設(shè)計(jì)的，頻率一般為100Hz或更高。按勵(lì)磁供電方式的不同，也可以分為自勵(lì)式和他勵(lì)式兩種。他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)G自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器放大器觸發(fā)器電壓檢測(cè)調(diào)差勵(lì)磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)可控整流器滑環(huán)起勵(lì)電源VSR交流勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸是獨(dú)立的勵(lì)磁電源，不受電網(wǎng)干擾，可靠性高。交流勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)大，為了提高勵(lì)磁系統(tǒng)快速響應(yīng)，頻率采用100Hz～150Hz，勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)可以減少一半。交流副勵(lì)磁機(jī)的頻率為400～500Hz。同軸交流勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)，加長(zhǎng)了發(fā)電機(jī)主軸的長(zhǎng)度，造價(jià)較高。仍有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，需要一定的維護(hù)量。一旦副勵(lì)磁機(jī)或自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，均可導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁，因此可以考慮采用永磁發(fā)電機(jī)作為副勵(lì)磁機(jī)。2他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)(無(wú)刷勵(lì)磁)G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)元件永磁副勵(lì)磁機(jī)晶閘管整流器NS無(wú)炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量減少，特別適用于大型機(jī)組。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁由勵(lì)磁機(jī)獨(dú)立供電，供電可靠性高，并且由于無(wú)刷，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性更高。響應(yīng)速度較慢。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子極其勵(lì)磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，不能接入滅磁設(shè)備，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)常規(guī)的檢測(cè)。要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器有良好的機(jī)械功能，能承受高速的旋轉(zhuǎn)離心力。沒(méi)有接觸部件的磨損，也沒(méi)有炭粉對(duì)電機(jī)繞組的污染，電機(jī)絕緣壽命變長(zhǎng)。1自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)GAVR滑環(huán)自動(dòng)恒壓元件電壓起勵(lì)元件VSAE起勵(lì)電源交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁一般采用晶閘管自勵(lì)恒壓方式。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR直接控制晶閘管整流裝置，時(shí)間常數(shù)小，勵(lì)磁調(diào)節(jié)快速性好。2自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)G

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滑環(huán)電壓起勵(lì)元件VAE起勵(lì)電源勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管整流裝置VS，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。增加了交流勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)回路環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度受到影響。VS靜止勵(lì)磁系統(tǒng)不用勵(lì)磁機(jī)，而由機(jī)端勵(lì)磁變壓器提供給整流裝置。這類勵(lì)磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部分。勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)自身供給。用于大型發(fā)電機(jī)組，特別是水輪發(fā)電機(jī)組。國(guó)外把這種方式列為大型機(jī)組的定型勵(lì)磁方式我國(guó)已經(jīng)在一些機(jī)組上以及引進(jìn)的大型機(jī)組上，采用該勵(lì)磁方式三靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng))三靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng))G

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滑環(huán)電壓起勵(lì)元件VS起勵(lì)電源1)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒(méi)有旋轉(zhuǎn)裝置，可靠性高、造價(jià)低、維護(hù)量小。2)

沒(méi)有勵(lì)磁機(jī)（勵(lì)磁變壓器放置自由），縮短了機(jī)組長(zhǎng)度，可減少電廠土建造價(jià)。3)

直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度。4)由發(fā)電機(jī)端取得勵(lì)磁能量。機(jī)端電壓與機(jī)組的轉(zhuǎn)速一次方成正比，故靜止系統(tǒng)輸出的勵(lì)磁電壓與機(jī)組轉(zhuǎn)速一次方成正比，而同軸勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)輸出的勵(lì)磁電壓與機(jī)組轉(zhuǎn)速二次方成正比。所以當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)靜止系統(tǒng)的過(guò)電壓就低。兩點(diǎn)憂慮：1)

靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的頂值電壓受發(fā)電機(jī)端和系統(tǒng)側(cè)故障的影響。2)

由于短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)能否正確動(dòng)作。對(duì)于大容量機(jī)組，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)較大，轉(zhuǎn)子電流要在短路0.5S后才顯著衰減。在短路開始的0.5S內(nèi)，靜止勵(lì)磁方式和他勵(lì)方式的勵(lì)磁電流是很接近的。至于高壓電網(wǎng)中的重要設(shè)備保護(hù)動(dòng)作都在0.1S內(nèi)，沒(méi)有必要擔(dān)心。至于接在地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)，短路電流衰減很快，繼電保護(hù)的配合較復(fù)雜，要采取一定的技術(shù)措施以保護(hù)正確動(dòng)作。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中整流電路的主要任務(wù)是將交流電壓整流成直流電壓供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組或勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組。大型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路通常采用三相橋式不可控整流電路，在發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)中采用三相橋式全控整流電路；勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路通常采用三相橋式半控整流或三相橋式全控整流電路。整流電路是勵(lì)磁系統(tǒng)中必備部件，它對(duì)運(yùn)行有極其重要的影響。第三節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的整流電路第三節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)中的整流電路

三相橋式不可控整流電路三相橋式半控整流電路三相橋式全控整流電路一三個(gè)基本整流電路二整流電路的換流壓降及外特性

三最小逆變角一、三相橋式不可控整流電路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1工作原理任何時(shí)刻同時(shí)有兩只二極管導(dǎo)通，一只為共陰極連接的二極管，一只為共陽(yáng)極連接的二極管。陽(yáng)極電位最高、陰極電位最低的二極管導(dǎo)通，其他二極管承受反向電壓截止。

每個(gè)二極管導(dǎo)通120度，三相相電壓的交點(diǎn)為換流點(diǎn)（自然換向點(diǎn)）。+-RfeaebecV1V3V5V4V6V21352462輸出電壓的平均值二、三相橋式半控整流電路1工作原理（純電阻性負(fù)載）RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V

任何時(shí)刻同時(shí)有兩只二極管導(dǎo)通，一只為共陰極連接的二極管，一只為共陽(yáng)極連接的二極管。

受觸發(fā)的晶閘管和最低電壓相的二極管導(dǎo)通。晶閘管的導(dǎo)通順序與三相電源的相序相同，觸發(fā)脈沖相位依次相差120度。eaecebteug161232345456161232tut脈沖控制角=0135abacbcbacacbabacbcug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=30°euguLttteaecebabacbcbacacb161232345456ug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=60°uguLtteteaecebacbacb123456導(dǎo)通角120°，為連續(xù)的臨界狀態(tài)。ug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=120°uguLtteteaeceb123456acbacbug1ug3ug5ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=180°uguLtteteaeceb的移相范圍0--180°ug1ug3ug52輸出電壓與控制角關(guān)系脈沖控制角小于60°，負(fù)載電壓波形連續(xù)。脈沖控制角大于60°，負(fù)載電壓波形斷續(xù)。3失控現(xiàn)象和續(xù)流二極管的作用uguLttett3t4t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+(-)-(+)eaecebacbacb123456ug1ug3ug5三、三相橋式全控整流電路ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L六只晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?、2、3、4、5、6。它們的觸發(fā)脈沖相位依次相差60°。同一時(shí)刻有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，需用寬度大于60°的觸發(fā)脈沖，或者用雙窄脈沖◤每個(gè)元件除了在各自的換流點(diǎn)處有一個(gè)脈沖之外，還在60度電角度之后的下一個(gè)導(dǎo)通元件的導(dǎo)通時(shí)刻補(bǔ)了一個(gè)脈沖。所補(bǔ)的脈沖在電流連續(xù)的穩(wěn)態(tài)工作時(shí)并不起任何作用，但它卻是電路啟動(dòng)及在電流斷續(xù)時(shí)使電路正常工作所不可缺少的，這種觸發(fā)方式稱之為“雙窄脈沖觸發(fā)”。

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◤若把上面的雙窄脈沖連成一個(gè)寬脈沖，電路當(dāng)然也可正常工作，這種觸發(fā)方式稱之為“寬脈沖觸發(fā)”

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三相橋式全控整流電路觸發(fā)脈沖的形式ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeuLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=0°工作原理eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=60°euLugtttugt2eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=90°uLtugtugtett1t2eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=60°150°eugtttugtuLt1t2VS6VS1VS3VS2VS4eaeceb1612323456abacbcbaca3輸出電壓與控制角關(guān)系電感性負(fù)載逆變角=180°-uLtugtugtett1t2在<90時(shí)，輸出平均電壓Ud為正，三相全控橋工作在整流狀態(tài)。在>90時(shí)，輸出平均電壓Ud為負(fù)，三相全控橋工作在逆變狀態(tài)。eaeceb電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載uLtugtugtett1t2eaecebabacbcbacacbReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1四整流電路的換流壓降及外特性eaecebabc各相交流回路中存在電感，相間換流不是瞬間突變完成的，前一相的電流從Id逐漸降至0，后一相的電流從0逐漸上升到Id.換流瞬間又三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?？紤]變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca換相壓降——與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少。單相全波m=2單相全橋m=4三相半波m=3三相全橋m=6m為脈波數(shù)，m也可視為器件數(shù)換相重疊角的計(jì)算單相全波、全橋三相半波三相全橋2-67由上述推導(dǎo)過(guò)程，已經(jīng)求得：g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：（1）

Id越大則g越大；（2）XB越大g越大；（3）當(dāng)a≤90時(shí)，越小g越大。三相全控：ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L五最小逆變角晶閘管關(guān)斷角

逆變失?。孀冾嵏玻?/p>

逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。換相重疊角的影響：圖3-49交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響當(dāng)b>g時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b<g時(shí)（從圖3-49右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322bmin一般取25~30。第四節(jié)勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機(jī)組間無(wú)功分配勵(lì)磁控制系統(tǒng)框圖同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器手動(dòng)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢測(cè)發(fā)電機(jī)的電壓、電流或其它狀態(tài)量，然后按指定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則對(duì)勵(lì)磁功率單元發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制功能。勵(lì)磁系統(tǒng)其他信號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器最基本的功能是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓。常用的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是比例式調(diào)節(jié)器。輸入量是發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；輸出量用來(lái)控制勵(lì)磁功率單元。電壓升高時(shí)輸出減小，電壓降低時(shí)輸出增大。如果發(fā)電機(jī)沒(méi)有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，依靠人工改變直流勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)電阻Rc來(lái)調(diào)整機(jī)端電壓。人工調(diào)節(jié)電壓，可以分解為：測(cè)量判斷執(zhí)行一勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)電壓升高時(shí)，調(diào)節(jié)器經(jīng)測(cè)量后，減小輸出電流。當(dāng)電壓降低時(shí)，增大輸出電流。它與勵(lì)磁機(jī)配合，控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，組成閉合回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本框圖勵(lì)磁功率測(cè)量比較綜合放大二、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)化框圖測(cè)量K1綜合放大K2移相觸發(fā)K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVR（一）靜態(tài)工作特性的合成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)等于各組成單元放大倍數(shù)的乘積勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性與框圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作范圍內(nèi)：UG升高，UAVR急劇減小，UG降低，UAVR急劇增加。線段ab為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作區(qū)。在ab內(nèi)發(fā)電機(jī)電壓變化很小，可維持發(fā)電機(jī)電壓水平。調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性曲線隨給定值的變化而移動(dòng)。0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba測(cè)量單元綜合放大單元輸入輸出單元綜合特性（二）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)靜態(tài)特性發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)由勵(lì)磁系統(tǒng)和被控對(duì)象發(fā)電機(jī)組成。發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流IEF與無(wú)功負(fù)荷電流IQ的關(guān)系。由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用，發(fā)電機(jī)端電壓僅在額定值附近變化。勵(lì)磁機(jī)的工作特性在一般情況下是接近線性的。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流可直接用勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流直接表示。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性UG=f(IQ)曲線說(shuō)明，發(fā)電機(jī)在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后，無(wú)功電流IQ變化時(shí)，電壓UG基本維持不變。調(diào)節(jié)特性略有下頃，下頃的程度表征了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的運(yùn)行特性參數(shù)－調(diào)差系數(shù)。無(wú)功調(diào)節(jié)特性UGUG1UG20IQIQNΔUG勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性調(diào)差系數(shù)表示無(wú)功電流從零到額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化。調(diào)差系數(shù)越小，無(wú)功電流變化時(shí)發(fā)電機(jī)變化越小。調(diào)差系數(shù)表征了勵(lì)磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓的能力。無(wú)功調(diào)節(jié)特性UGUG1UG20IQIQNΔUG對(duì)于按電壓偏差進(jìn)行比例調(diào)節(jié)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)差單元退出工作時(shí)，其固有的無(wú)功調(diào)節(jié)特性也是下降的，稱為自然調(diào)差系數(shù)。對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器特性進(jìn)行調(diào)整主要為了滿足運(yùn)行要求：1平穩(wěn)地改變無(wú)功負(fù)荷；2保證并聯(lián)運(yùn)行地發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率地合理分配。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)置了電壓整定及調(diào)差單元。公共母線的無(wú)功調(diào)節(jié)分配主要決定于各臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)特性。而無(wú)功調(diào)節(jié)特性是用調(diào)差系數(shù)來(lái)表征的。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)特性UGIQδ=0δ<0δ>0UG0δ>0為正調(diào)差系數(shù)，調(diào)節(jié)特性下傾，發(fā)電機(jī)端電壓隨無(wú)功電流增大而降低δ<0為負(fù)調(diào)差系數(shù)，調(diào)節(jié)特性上翹，發(fā)電機(jī)端電壓隨無(wú)功電流增大而上升δ=0為無(wú)差特性，發(fā)電機(jī)端電壓恒為定值（三）發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性的平移調(diào)節(jié)特性1-2-3退出運(yùn)行,IQ減小到零,無(wú)沖擊調(diào)節(jié)特性3-2-1IQ投入運(yùn)行到要求值,無(wú)沖擊UGIQUM123IQ2IQ1發(fā)電機(jī)投入或退出電網(wǎng)時(shí)，要求能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。運(yùn)行人員調(diào)節(jié)機(jī)組的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整定單元的整定值就可以控制無(wú)功調(diào)節(jié)特性上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的轉(zhuǎn)移。一臺(tái)發(fā)電機(jī)帶有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，與無(wú)窮大母線并聯(lián)運(yùn)行。三、并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，改變?nèi)魏我慌_(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，不僅影響自身的無(wú)功電流，而且還影響同一母線上其他并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無(wú)功電流。引起母線電壓變化這些變化與機(jī)組的無(wú)功調(diào)節(jié)特性有關(guān)。1一臺(tái)無(wú)差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組與有差調(diào)節(jié)特性機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2母線電壓保持UⅠ不變。如果電網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷改變，第一臺(tái)發(fā)電機(jī)無(wú)功電流改變，第二臺(tái)維持IQⅡ。移動(dòng)第二臺(tái)發(fā)電機(jī)特性曲線Ⅱ可改變發(fā)電機(jī)間無(wú)功負(fù)荷的分配。若要改變母線電壓，移動(dòng)第一臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)特性曲線Ⅰ。三、并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配無(wú)差調(diào)節(jié)特性

1無(wú)差+有差有困難無(wú)法穩(wěn)定UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2一臺(tái)無(wú)差調(diào)節(jié)特性發(fā)電機(jī)和多臺(tái)正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。但實(shí)際運(yùn)行中，有差調(diào)節(jié)特性的發(fā)電機(jī)將承擔(dān)無(wú)功功率的全部增量，一方面一臺(tái)機(jī)組的容量有限，另一方面機(jī)組間無(wú)功功率的分配也不合理，所以這種方式很難采用。三、并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配不能并聯(lián)運(yùn)行

2無(wú)差+無(wú)差

UGIQⅠⅡUⅠUⅡUⅠ為第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓整定值，UⅡ?yàn)榈诙_(tái)發(fā)電機(jī)的電壓整定值，實(shí)際調(diào)試很難做到UⅠ

、UⅡ正好重合，所以他們不能并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配有差調(diào)節(jié)特性UGUGⅠUGⅡ0IQI’QⅠⅠⅡUG0UGNIQⅠIQⅡI’QⅡIQN機(jī)組間的無(wú)功負(fù)荷的分配取決于各自的調(diào)差系數(shù)。兩臺(tái)正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行。UGⅡIQⅠIQⅡ假定無(wú)功負(fù)荷增加，母線電壓下降，調(diào)節(jié)器動(dòng)作，增加勵(lì)磁電流，新的穩(wěn)態(tài)電壓UGⅡ。母線電壓波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)無(wú)功電流的增量與電壓偏差成正比，與調(diào)差系數(shù)成反比，而與電壓整定值無(wú)關(guān)。負(fù)號(hào)表示在正調(diào)差情況下，當(dāng)母線電壓降低時(shí)，發(fā)電機(jī)無(wú)功電流將增加。正調(diào)差情況下，無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，并聯(lián)發(fā)電機(jī)電壓偏差相同，調(diào)差系數(shù)小的發(fā)電機(jī)承擔(dān)較多的無(wú)功電流增量。通常要求各臺(tái)發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)量與額定容量成正比，也就是無(wú)功電流波動(dòng)量的標(biāo)幺值相等，也就是要求并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)具有相同的調(diào)差系數(shù)。

例3-1某電廠有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行，一號(hào)機(jī)的額定功率為25MW，二號(hào)機(jī)的額定功率為50MW。兩臺(tái)機(jī)組的額定功率因數(shù)都是0.85，調(diào)差系數(shù)為0.05。如果系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷使電廠無(wú)功功率的增量為它們總無(wú)功容量的20%，問(wèn)各機(jī)組承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的電壓波動(dòng)是多少？

1號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率2號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率因?yàn)閮膳_(tái)機(jī)的調(diào)查系數(shù)均為0.05，所以公共母線上等值機(jī)的調(diào)查系數(shù)也為0.05。母線電壓波動(dòng)一號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加3.10M

var，二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加6.20M

var。調(diào)差系數(shù)相等，無(wú)功的波動(dòng)量與它們的容量成比例。

各機(jī)組無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)量(Mvar)(Mvar)

例3-2在例3-1中，若一號(hào)機(jī)的調(diào)差系數(shù)為0.04，二號(hào)機(jī)調(diào)差系數(shù)仍為0.05。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)時(shí)仍使電廠總無(wú)功增加20%，問(wèn)各機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的電壓波動(dòng)是多少？

解：首先應(yīng)求出公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)，為此推導(dǎo)如下：

母線電壓波動(dòng)為

各機(jī)組的無(wú)功增量

(Mvar)(Mvar)一號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加3.56M

var，二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加5.73M

var。調(diào)差系數(shù)小的機(jī)承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量較大。

一、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的原理及發(fā)展

（一）電壓調(diào)節(jié)的原理按調(diào)節(jié)原理可分為反饋型和補(bǔ)償型。反饋型電壓調(diào)節(jié)器按被調(diào)量（發(fā)電機(jī)電壓）與給定量（設(shè)定值）之間的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，閉環(huán)反饋，能較好地維持電壓水平，得到了廣泛應(yīng)用。

補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器補(bǔ)某些因素引起的發(fā)電機(jī)電壓的變動(dòng)，由于補(bǔ)償?shù)木窒扌?，很難獲得理想補(bǔ)償，不能維持電壓水平。第五節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理（二）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類機(jī)械式機(jī)電型磁放大器電磁型電子模擬放大器電子型CPU存儲(chǔ)邏輯數(shù)字型20世紀(jì)初1950s’1960s’1990s’1、機(jī)電型電壓調(diào)節(jié)器電磁型調(diào)節(jié)器，各單元由電磁元件構(gòu)成，具有較大的時(shí)間常數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求。早期的機(jī)電型電壓調(diào)節(jié)器，，需要克服摩擦，具有不靈敏區(qū)。2、電磁型電壓調(diào)節(jié)器3、電子型電壓調(diào)節(jié)器電子元件幾乎沒(méi)有時(shí)滯，功率放大倍數(shù)較高，得到廣泛應(yīng)用。電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，由基本控制和輔助控制兩部分組成。

基本控制由調(diào)差、測(cè)量比較、綜合放大、移相觸發(fā)組成，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無(wú)功功率分配等基本調(diào)節(jié)功能。

輔助控制為了滿足發(fā)電機(jī)不同運(yùn)行工況、改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能而設(shè)置的單元，包括勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、勵(lì)磁限制等人—機(jī)接口調(diào)節(jié)控制輸出勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理基本控制電壓調(diào)節(jié)無(wú)功分配輔助控制瞬時(shí)電流限制最大勵(lì)磁電流限制最小勵(lì)磁電流限制電壓/頻率保護(hù)失磁監(jiān)控勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS等等數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件+軟件信息采集單元主控制單元二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（一）數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理框圖1主控制單元（主機(jī)）（3）存儲(chǔ)器部分（2）總線接口部分（1）中央處理（CPU）單元基本功能需要測(cè)量信息：機(jī)端電壓、電流，以及反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)量信息。輔助功能需要測(cè)量信息：頻率、勵(lì)磁電流等信息。測(cè)量單元的任務(wù)是將所需測(cè)量的各類電量值的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算和數(shù)據(jù)緩存，經(jīng)數(shù)據(jù)總線供給主控制單元。信息采集由接口電路和輸入過(guò)程通道兩部分組成。2信息采集單元

晶閘管構(gòu)成的全控整流橋是勵(lì)磁系統(tǒng)的功率單元。

晶閘管需要按照一定的次序?qū)?，需要按照一定的次序?qū)чl管的門極施加觸發(fā)脈沖，這是移相觸發(fā)單元的任務(wù)。移相觸發(fā)單元產(chǎn)生可調(diào)相位的脈沖，用來(lái)觸發(fā)晶閘管，使其觸發(fā)角能隨著主控制單元輸出的控制數(shù)據(jù)而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。3移相觸發(fā)單元三相橋式全控整流電路中，觸發(fā)脈沖：+A->-C->+B->-A->+C->-B勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)移相觸發(fā)單元的要求：1）觸發(fā)脈沖移相范圍要符合相應(yīng)可控整流電路的要求。2）觸發(fā)脈沖要有足夠的功率（對(duì)電壓、電流幅度有要求），使晶閘管元件可靠的導(dǎo)通。3）觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡，上升時(shí)間10us左右。觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，一般寬度要不小于100us，通常為1ms（相當(dāng)于50Hz正弦波的18度）4）觸發(fā)單元與主電路隔離，以保證安全。5）整個(gè)移相范圍保證各相觸發(fā)角一致，一般各相脈沖相位差應(yīng)小于10度，三相橋式全控則小于5度。（1）程序調(diào)試：面向軟件專職人員（2）參數(shù)設(shè)定與維護(hù)：面向電廠技術(shù)人員（3）運(yùn)行操作：面向值班運(yùn)行人員數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的人－機(jī)接口主要考慮滿足現(xiàn)場(chǎng)人員的要求，更具有智能化的優(yōu)勢(shì)。4人機(jī)接口二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（二）調(diào)節(jié)和控制的數(shù)學(xué)模型

1.PID模型: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)控制系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種調(diào)節(jié)器。PID參數(shù)可以在線整定。PID調(diào)節(jié)算法可用微分方程表示為：二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理離散化為

為位置式PID；u（KT）是全量輸出，是絕對(duì)值大小，與過(guò)去的狀態(tài)值有關(guān)，位置式算法的計(jì)算量較大，需要對(duì)e(KT)做累積。另一種是增量式PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量輸出是增量二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理控制的數(shù)學(xué)模型增量式PID調(diào)節(jié)

增量式PID調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)閿?shù)字調(diào)節(jié)器只輸出增量，所以計(jì)算誤差或精度對(duì)控制量影響較小，控制的作用不會(huì)發(fā)生大幅度變化。且增量算式只與最近幾次采樣值有關(guān)，容易獲得較好的控制效果。二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理2勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)方式維持電壓恒定，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)組間的無(wú)功功率合理分配，是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本任務(wù)，也是正常運(yùn)行的調(diào)節(jié)方式。

二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理3勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制

瞬時(shí)電流限制最大勵(lì)磁限制器最小勵(lì)磁限制器電壓／頻率（V/Hz）限制和保護(hù)發(fā)電機(jī)失磁監(jiān)控輔助控制不參與正常情況下的自動(dòng)控制，僅僅在發(fā)生非正常狀況時(shí)，需要?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器某些特有的限制功能起相應(yīng)的控制左右。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的輔助控制對(duì)提高勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定及保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器、勵(lì)磁機(jī)的安全運(yùn)行有極其重要的作用。

(1)瞬時(shí)電流限制

勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓對(duì)勵(lì)磁機(jī)電壓的影響

1

值越高，勵(lì)磁機(jī)輸出電壓

值起始增長(zhǎng)速度越快但高值勵(lì)磁電壓將會(huì)危及勵(lì)磁機(jī)及發(fā)電機(jī)安全當(dāng)勵(lì)磁機(jī)電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)電壓允許的勵(lì)磁頂值電壓倍數(shù)時(shí)，應(yīng)立即對(duì)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流加以限制。(2)最大勵(lì)磁電流限制為防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組長(zhǎng)時(shí)間過(guò)勵(lì)磁限制而采取的安全措施。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓下降至80%-85%額定電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁應(yīng)迅速?gòu)?qiáng)勵(lì)至頂值電流，一般為1.6-2額定勵(lì)磁電流。由于受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱的限制，強(qiáng)力時(shí)間不能超過(guò)規(guī)定值。最大勵(lì)磁限制的反時(shí)限特性最大勵(lì)磁限制器有兩個(gè)不同的設(shè)定值：強(qiáng)勵(lì)頂值電流限制值連續(xù)運(yùn)行允許的過(guò)熱限制值過(guò)熱限制值由轉(zhuǎn)子的等效過(guò)熱時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)子的等效冷卻時(shí)間常數(shù)控制，勵(lì)磁繞組的最大允許熱能：正常運(yùn)行，限制器不起作用。有效控制點(diǎn)是頂值電流限制值。故障強(qiáng)勵(lì)時(shí)，過(guò)熱電力積分器：勵(lì)磁電流限值為勵(lì)磁電流限值為離散后的恒勵(lì)磁調(diào)節(jié)數(shù)學(xué)模型為二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理（3）最小勵(lì)磁限制在超高壓電力系統(tǒng)中輸電線路的電壓等級(jí)很高，輸電線路的電容電流也增大。當(dāng)線路輸送功率較小時(shí)，線路的容性電流引起的剩余無(wú)功功率使系統(tǒng)電壓上升，以致超過(guò)允許的電壓范圍。

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，由滯后的功率因數(shù)變?yōu)槌暗墓β室驍?shù)。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，允許吸收的無(wú)功功率和發(fā)出的有功功率有關(guān)。

吸收的無(wú)功功率隨勵(lì)磁電流的減小而增加，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行受靜態(tài)穩(wěn)定極限和發(fā)電機(jī)定子端部發(fā)熱允許限制。二、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理功率圓M為靜態(tài)穩(wěn)定功率極限考慮實(shí)際運(yùn)行因素，最小勵(lì)磁限制應(yīng)在N’之內(nèi)當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在Q<0的部分時(shí)，發(fā)電機(jī)為進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)欠勵(lì)數(shù)據(jù)表，對(duì)無(wú)功進(jìn)行控制。如發(fā)電機(jī)帶有功50MW時(shí)，無(wú)功限制值不能超過(guò)-35Mvar，當(dāng)Q>35Mvar時(shí)，欠勵(lì)限制發(fā)出指令，迅速增磁，使發(fā)電機(jī)吸收的無(wú)功限制在35Mvar之內(nèi)。實(shí)現(xiàn)欠勵(lì)限制時(shí)，用直線作為限制線，對(duì)如圖直線：(4)電壓/頻率限制和保護(hù)電壓/頻率限制器稱為磁通限制器，作用是限制發(fā)電機(jī)端電壓和頻率的比值，防止發(fā)電機(jī)和變壓器由于電壓過(guò)高和頻率過(guò)低，引起鐵芯飽和發(fā)熱。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電壓/頻率限制模塊應(yīng)具有限制與保護(hù)動(dòng)作特性。(5)