国电南瑞发电机励磁系统培训资料课件.ppt
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1、2022-4-18国电南瑞发电机励磁系统培训资料国电南瑞发电机励磁系国电南瑞发电机励磁系统培训资料统培训资料国电南瑞发电机励磁系统培训资料一、一、 励磁系统的作用与原理励磁系统的作用与原理三、三、 励磁系统的接口励磁系统的接口二、二、 励磁系统的设计励磁系统的设计四、四、 新一代励磁调节器介绍新一代励磁调节器介绍国电南瑞发电机励磁系统培训资料1 1、励磁系统的主要作用、励磁系统的主要作用 2 2、励磁系统的控制原理、励磁系统的控制原理 3 3、励磁系统的调节性能、励磁系统的调节性能 4 4、励磁方式和发展、励磁方式和发展国电南瑞发电机励磁系统培训资料(1 1)维持发电机或其他控制点电压在给定水
2、平)维持发电机或其他控制点电压在给定水平u 维持发电机机端电压维持发电机机端电压u 保持一定精度的自动电压调节保持一定精度的自动电压调节(能力)(能力)u 满足必要的快速电压调节性能满足必要的快速电压调节性能(能力)(能力)u 参与全厂几电网的电压控制参与全厂几电网的电压控制(性能)(性能)u 保证电力系统运行设备的安全。保证电力系统运行设备的安全。u 保证发电机运行的经济性。保证发电机运行的经济性。u 提高电力系统稳定性。提高电力系统稳定性。国电南瑞发电机励磁系统培训资料1、并列运行的必要条件、并列运行的必要条件u并列母线电压相等并列母线电压相等u并列机组的总无功等于各机组无功之和并列机组的
3、总无功等于各机组无功之和2、调差的定义、调差的定义D(%)=(UgD(%)=(Ug0 0-Ug)/Ug-Ug)/Ug100%100% (2 2)保证并列运行机组的无功功率有序分配)保证并列运行机组的无功功率有序分配国电南瑞发电机励磁系统培训资料3、调差的作用、调差的作用图图1:有差和无差并联:有差和无差并联图图2:差小和差大的并联:差小和差大的并联结论:不同容量机组并列调差结论:不同容量机组并列调差相同相同(以机组额定容量为基以机组额定容量为基准值时,不同容量机组的调准值时,不同容量机组的调差曲线应相同差曲线应相同)。图。图3(2 2)保证并列运行机组的无功功率有序分配)保证并列运行机组的无功
4、功率有序分配国电南瑞发电机励磁系统培训资料(3 3)励磁控制系统对电网稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响u 静态稳定性静态稳定性u 暂态稳定性暂态稳定性u 动态稳定性动态稳定性u 电压稳定电压稳定国电南瑞发电机励磁系统培训资料发电机输出电磁功率发电机输出电磁功率发电发电机功机功角向角向量图量图单机双回无穷大系统单机双回无穷大系统励磁控制系统对电网稳定性的影响励磁控制系统对电网稳定性的影响(3 3)励磁控制系统对电网稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响国电南瑞发电机励磁系统培训资料功角功角是表征电力系统稳定性重要的量,功角失稳指是表征电力系统稳定性重要的量,功角失稳指系统中各发
5、电机之间的相对功角失去稳定性的现象。系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。 u系统扰动系统扰动-发电机输发电机输出功率变化出功率变化-转矩平转矩平衡被破坏衡被破坏-发电机发电机转子角摆动转子角摆动u如果发电机转子角的摆如果发电机转子角的摆动能够平息,则称它是动能够平息,则称它是功角稳定的,反之则是功角稳定的,反之则是功角不稳定的。功角不稳定的。(3 3)励磁控制系统对电网稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响国电南瑞发电机励磁系统培训资料电力系统静态稳定性电力系统静态稳定性(Steady Stability)是指电力系统受是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性的失步,自动恢复到
6、起始运到小干扰后,不发生非周期性的失步,自动恢复到起始运行状态的能力。行状态的能力。 静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到静态稳定研究的是电力系统在某一运行方式下受到微小干扰时的稳定性问题。假设在电力系统中有一个瞬时微小干扰时的稳定性问题。假设在电力系统中有一个瞬时性小干扰,如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行性小干扰,如果在扰动消失后系统能够恢复到原始的运行状态,则系统在该运行方式下是静态稳定的,否则系统是状态,则系统在该运行方式下是静态稳定的,否则系统是静态不稳定的。静态不稳定的。(A)提高电力系统的稳定性)提高电力系统的稳定性-静态稳定性静态稳定性(3 3)励磁控制系统对电网
7、稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响国电南瑞发电机励磁系统培训资料 如左图所示,采用了如左图所示,采用了自动励磁调节的发电机自动励磁调节的发电机静态稳定运行的最大电静态稳定运行的最大电磁功率和最大功率角都磁功率和最大功率角都有提高。有提高。 电力系统静态稳定性的判据是发电机输出电磁功率对功角电力系统静态稳定性的判据是发电机输出电磁功率对功角的微分的微分dPe/d是否大于是否大于0 。(A)提高电力系统的稳定性)提高电力系统的稳定性-静态稳定性静态稳定性(3 3)励磁控制系统对电网稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响国电南瑞发电机励磁系统培训资料(B)提高电力系统的稳定性)提高电
8、力系统的稳定性-暂态稳定性暂态稳定性 电力系统暂态稳定性电力系统暂态稳定性 (Transient Stability)是指电力系是指电力系统受到大干扰后,各同步发电机保持同步运行并过渡到新统受到大干扰后,各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定方式的能力。通常指第一或第二振荡的或恢复到原来稳定方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。周期不失步。 如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动,经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行动,经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到一个新的稳态运行方式,则认为系统
9、在这种方式或过渡到一个新的稳态运行方式,则认为系统在这种情况下是暂态稳定的。暂态稳定性不仅与系统在扰动前的情况下是暂态稳定的。暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行方式有关,而且与扰动的类型、地点及持续时间有关。运行方式有关,而且与扰动的类型、地点及持续时间有关。(3 3)励磁控制系统对电网稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响国电南瑞发电机励磁系统培训资料 电力系统暂态稳定性的判据是等面积定则。电力系统暂态稳定性的判据是等面积定则。 左图的功率曲线中,左图的功率曲线中,当功角从当功角从1变化到变化到2时,机械输入功率时,机械输入功率PT与电气输出功率与电气输出功率P3之之间的面积正比于转子
10、间的面积正比于转子动能的变化量。动能的变化量。(3 3)励磁控制系统对电网稳定性的影响)励磁控制系统对电网稳定性的影响国电南瑞发电机励磁系统培训资料等面积定则:等面积定则: 减速面积和加速面积如图所示。减速面积和加速面积如图所示。 如图(如图(a)减速面积加速面积,临界稳定;)减速面积加速面积,临界稳定; 如图(如图(b)减速面积)减速面积加速面积,稳定;加速面积,稳定; 如图(如图(c)减速面积)减速面积0.90.9其他措施其他措施(2 2)功率柜设计功率柜设计均流设计均流设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料晶闸管元件额定电压选择晶闸管元件额定电压选择 :式中:式中:V VRRMRRM为晶闸管
11、反向可恢复电压为晶闸管反向可恢复电压 V VDRMDRM为晶闸管正向可恢复电压为晶闸管正向可恢复电压 U U2 2为励磁变压器副边二次侧额定电压为励磁变压器副边二次侧额定电压(2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管额定电压选择晶闸管额定电压选择国电南瑞发电机励磁系统培训资料晶闸管通态平均电流计算:晶闸管通态平均电流计算:1)1)正常工作情况下正常工作情况下2)2)退一柜退一柜3)3)退两柜退两柜4)4)短时强励短时强励式中:式中:n n为系统整流为系统整流桥数目桥数目K Ki0i0、1 1、2 2、3 3为不同工为不同工况下整流桥并列运况下整流桥并列运行的均流系数行的均流系数m m为整流桥数目为整
12、流桥数目K Kifif为电流强励倍数为电流强励倍数(2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管平均电流计算晶闸管平均电流计算国电南瑞发电机励磁系统培训资料晶闸管元件结温计算晶闸管元件结温计算 :最大连续运行工况单只晶闸管损耗最大连续运行工况单只晶闸管损耗P PT T计算计算: : 通态损耗:通态损耗:式中:式中:I ITAVTAV通过晶闸管的平均电流通过晶闸管的平均电流 V VT T为晶闸管导通时的门槛电压为晶闸管导通时的门槛电压 R RT T为晶闸管的斜率电阻为晶闸管的斜率电阻(2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管结温计算晶闸管结温计算国电南瑞发电机励磁系统培训资料晶闸管元件结温计算晶闸管元件结温计算
13、 :最大连续运行工况单只晶闸管损耗最大连续运行工况单只晶闸管损耗P PT T计算计算: : 晶闸管开通损耗:晶闸管开通损耗:式中:式中:为晶闸管控制角为晶闸管控制角 L LK K为单相回路交流侧电感为单相回路交流侧电感 npnp为并联支路数为并联支路数 PonPon晶闸管每次的开通损耗晶闸管每次的开通损耗 f f是晶闸管的开关频率是晶闸管的开关频率(2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管结温计算晶闸管结温计算国电南瑞发电机励磁系统培训资料晶闸管元件结温计算晶闸管元件结温计算 :最大连续运行工况单只晶闸管损耗最大连续运行工况单只晶闸管损耗P PT T计算计算: : 晶闸管关断损耗:晶闸管关断损耗:式
14、中:式中:为换流重叠角为换流重叠角 P Poffoff晶闸管每次的关断损耗晶闸管每次的关断损耗(2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管结温计算晶闸管结温计算国电南瑞发电机励磁系统培训资料晶闸管元件结温计算晶闸管元件结温计算 :最大连续运行工况单只晶闸管损耗最大连续运行工况单只晶闸管损耗P PT T计算计算: : 总损耗:总损耗:晶闸管的结温:晶闸管的结温:式中:式中:R R是总热阻是总热阻 R Rjcjc是结到壳的热阻是结到壳的热阻 R Rchschs是壳到散热器的热阻是壳到散热器的热阻 R Rhshs是散热器的热阻是散热器的热阻(2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管结温计算晶闸管结温计算国电南瑞发
15、电机励磁系统培训资料晶闸管快熔选择计算晶闸管快熔选择计算 :快熔额定电流快熔额定电流 (2 2)功率柜设计功率柜设计晶闸管快熔选择晶闸管快熔选择国电南瑞发电机励磁系统培训资料1 1、灭磁方案的确定、灭磁方案的确定确定灭磁电阻确定灭磁电阻确定灭磁最大残压确定灭磁最大残压确定灭磁方案确定灭磁方案确定灭磁主回路确定灭磁主回路2 2、灭磁仿真计算、灭磁仿真计算确定灭磁电阻容量确定灭磁电阻容量根据最大分断能力要求选择磁场断路器根据最大分断能力要求选择磁场断路器(3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料2.1 2.1 同步发电机派克同步发电机派克(Park)(Park)方程组方程组为了
16、进行分析,计及发电机转子上阻尼绕组效应时,为了进行分析,计及发电机转子上阻尼绕组效应时,在在d d,q q坐标轴下的坐标轴下的ParkPark电压方程如下电压方程如下 : (1)(1)(3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料用实用实 际物理量际物理量 ( (有名值有名值) ) 写出的在写出的在 d d,q q 坐标下坐标下的磁链:的磁链: (2)(2)(3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料将式(将式(2 2)代入式()代入式(1 1),可得),可得(3)(3): (3)(3)(3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料 是是Sim
17、ulinkSimulink习惯用的微分算子习惯用的微分算子 , ,同步速时同步速时有有 , ,在方程在方程(3)(3)中所有定、转子的电量中所有定、转子的电量都用物理量都用物理量( (有名值有名值) ) ,只是在定、转子量间引入,只是在定、转子量间引入了磁链转换因数了磁链转换因数K K。注意为了区分直轴互感定子侧。注意为了区分直轴互感定子侧和转子侧不同的有名值,用和转子侧不同的有名值,用L Ladad代表定子侧直轴互感,代表定子侧直轴互感,用用L Ladad代表转子侧的。用代表转子侧的。用L Laq,aq, L Laqaq分别定分别定, ,转子侧转子侧交轴互感交轴互感. . 应当指出,这里阻尼
18、绕组的应当指出,这里阻尼绕组的i i1d1d ,i ,i1q1q, ,是是已被换算到磁场绕组的电流,由于阻尼绕组中实际已被换算到磁场绕组的电流,由于阻尼绕组中实际电流无法测量,这样做足以反映出它们所起的作用电流无法测量,这样做足以反映出它们所起的作用. .(3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料2.2 2.2 求解微分方程的仿真求解微分方程的仿真 用用 MatlabMatlabSimulink Simulink 解微分方程组,下图表示解微分方程组,下图表示求解发电机起励、空载、突然三相短路、灭磁用求解发电机起励、空载、突然三相短路、灭磁用SimulinkSimulink总
19、结构图,它包括了式总结构图,它包括了式(3)(3)。 (3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料S=p=d/dt 是是Simulink习惯用的微分算子习惯用的微分算子 , 同步同步速时有速时有p=2f, 在方程在方程 (11)(15) 中所有定、中所有定、转子的电量都用物理量转子的电量都用物理量(有名值有名值) ,只是在定、转,只是在定、转子量间引入了磁链转换因数子量间引入了磁链转换因数K。注意为了区分直轴。注意为了区分直轴互感定子侧和转子侧不同的有名值,用互感定子侧和转子侧不同的有名值,用Lad代表定代表定子侧直轴互感,用子侧直轴互感,用Lad代表转子侧的。用代表转子侧的
20、。用Laq, Laq分别定分别定,转子侧交轴互感转子侧交轴互感. 应当指出,这里阻尼绕应当指出,这里阻尼绕组的组的i1d ,i1q,是已被换算到磁场绕组的电流,由于是已被换算到磁场绕组的电流,由于阻尼绕组中实际电流无法测量,这样做足以反映阻尼绕组中实际电流无法测量,这样做足以反映出它们所起的作用出它们所起的作用 (3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料灭磁时灭磁时, , 图中的磁场开关图中的磁场开关FBFB断开断开, ,灭磁电阻灭磁电阻R R投入投入, , 发发电机磁场方程变为:电机磁场方程变为:其中其中 =Ux=Ux是非线性电阻是非线性电阻 R R上的电压降上的电压降.
21、 . 假定假定 =1, R=1, R就成为线性电阻,对非线性电阻就成为线性电阻,对非线性电阻ZnOZnO, =0.046=0.046,SiC =0.28-0.42, kSiC =0.28-0.42, k值的选择取决于灭磁时允许的值的选择取决于灭磁时允许的反向电压反向电压 (3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料 发电机三相突然短路时,转子电流及通过线性电发电机三相突然短路时,转子电流及通过线性电 阻和阻和ZnO电流的仿真波形电流的仿真波形 (3 3)灭磁柜设计)灭磁柜设计国电南瑞发电机励磁系统培训资料 发电机三相突然短路时,灭磁电阻电压的仿真波形发电机三相突然短路时,灭磁
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