同步发电机与励磁系统PPT课件.ppt

1、1、同步发电机特性；2、同步发电机运行3、励磁系统网源协调；4、发电机调差率、调压精度；5、直流励磁机；6、交流励磁机；7、高起始励磁系统；8、励磁系统分类；9、励磁系统并联校正；10、励磁系统频域和时域分析。电和磁的关系复杂：电和磁的关系复杂：1、通电的导通会产生磁场，磁场会有磁力线；“右手定则右手定则”2、导体在磁力线运动会感生电动势；3、感应电势在闭合的导通中会产生感应电流；“左手定则左手定则”4、感应电流又会产生新的磁场。励磁的作用巨大：励磁的作用巨大：1.1、励磁与同步发电机e=Blv1、发电机分为直流发电机和交流发电机；2、交流发电机分为异步发电机和同步发电机；3、所谓异步或同步，

2、是指发电机的转速是否与电网频率同步，也就是发电机的转速n是否等于60f/p。1.2、同步发电机与励磁n=60f/p对于接入电网频率是50Hz的同步发电机来说，一对磁极的同步转速是3000r/min；2极同步转速是1500r/min，对于溪洛渡水轮发电机来说，p=24，故同步转速n=125转/分钟。具备了同步转速的发电机就能并网发电吗？No具备了同步转速的发电机，必须给转子励磁，才能并网发电。励磁的最大作用就是同步！励磁的最大作用就是同步！只有励磁的电机才是同步电机，包括发电机和电动机！只有励磁的电机才是同步电机，包括发电机和电动机！定子电流建立电枢反应磁场定子电流建立电枢反应磁场转子电流建立主

3、磁场转子电流建立主磁场1.3、并网后的同步作用2 2个磁场合成个磁场合成气隙磁场，气隙磁场，形成像弹簧形成像弹簧一样的磁力一样的磁力线，倾斜方线，倾斜方向和程度表向和程度表示同步发电示同步发电机定转子的机定转子的作用和反作作用和反作用力量大小。用力量大小。E0 0=4.44fN0 00 0，定子感应交流正弦波有效值E0 0，空载电势；1.4、并网前的升压升流曲线1.5、并网前的升压升流参数1.6、同步发电机功角特性1、发电机的功角是发电机电压和内电势之间的角度，电抗是Xd和Xq；2、如果电压取母线电压，则电抗增加主变电抗，如果取远方母线电压，则再增加线路电抗；3、静稳极限Pem、稳定裕度Pem

4、-P运行功角运行功率P1.7、同步发电机结构分类ddqqdq0 0İ1.8、隐极发电机电势向量图0 0İq代替0 0q İq qİd轴q轴qq轴1.9、凸极发电机电势向量图0 0İdİqİ=İd+İq；İd和Xd纵轴同步电抗和电流；İq和Xq横轴同步电抗和电流。q qİdİqd轴q轴qq轴İdİq1.10、凸极发电机Eq和EQ区别、İq İİqq轴d轴q qİdİqİd和İq位置，其实质是不知道功角；İİİd和İq，再根据q qİdİqq qq qİdQq轴d轴İqİqqİd1、转子角速度 =2 f，这里的f是发电机转子速度。在稳态的时候，可以用发电机电压频率替代，但是在电力系统摇摆的过程中，

5、 2 f （电压频率）；2、由于测量计算困难，一般用 Q的频率替代 ，并且这种替代在任何时候都是成立的，因为Q就在q轴上，总是能反映转子的摆动，即；3、由于发电机电压总是随着功率因数或功角的摆动在变化，故PSS不能用电压的频率替代。大型电厂加速功率型PSS输入信号分别取发电机转速、机端电压频率、EQ频率对发电机及电网运行的影响：（1）华中孤网运行时，机组采用机端电压频率为输入信号时，系统阻尼稍有恶化。（2）华北华中联网运行，都采用机端电压频率为输入信号时，在某些运行方式下电网与机组的功率振荡不能平息。(3) 三台PSS采用机端电压频率为输入信号，对阻尼影响不大。（4）EQ频率等同于转速，加速功

6、率型PSS采用EQ频率作为输入信号与采用转速为输入信号时特性几乎完全相同1.11、f与的关系gqgQIjXVE1.12、同步发电机V形曲线1.13、同步发电机暂态特性当同步发电机出现扰动（突然短路、突然增减负荷）瞬间，纵轴电枢反应磁通突变，但气隙磁通不能突变，励磁绕组突变的部分磁通只能通过漏磁构成回路，由此对应的Xd突然变小，由原来的Xd=Xad+Xs，变为Xd=Xs；电势Eq（f*Xad/Xf）代表于励磁绕组磁链fd（IfXf-IdXd）成比例的一个虚拟量。当同步发电机出现扰动（突然短路、突然增减负荷）瞬间，转子磁链fd是不变的，这样Eq亦将不变。其后随着转子自由分类电流的衰减，励磁绕组的磁

7、链亦随之衰减，与之对应的暂态电势Eq衰减规律相同于fd。1.14、同步发电机PQ区域Turbine GovernorVoltage RegulatorPePSSVtItn, PG3Turbine-VfVtrefPerefhGFrequencyFrequency（f f） Active PowerActive Power（P P）Reactive Power（Q）Terminal Voltage（Ug）GovernorExcitationAVRAVR：Auto Voltrge RegulatorAVR+AVR+PSSPSS2.1、同步发电机的调节框图PSSPSS：Power system sta

8、bilizerG2.2、有功和无功调节的影响调节无功的方法：1、增减本机的励磁、改变E0/Eq；2、改变他机的励磁，影响系统电压， 在E0/Eq不变的情况下，流向系统的无功电流增加，即发出的无功增加。1、调节有功的方法；2、调有功对无功的影响：有功变化，定子电流变化，去磁反应变化， 机端电压也要变化，但是经AVR调节， E0/Eq变化，发电机电压又恢复到原来位置，无功也不变。（ECR模式除外）调无功对有功的影响：调节无功，改变了E0/Eq，功角会摆动，有功也会摆动，但这是瞬时p，由于输入的机械功率不变，这样输出的平均P也不变。比喻：河流必须有一定的水位才能行船，电网必须有充裕的无功功率来保证电

9、压稳定，才能平稳安全的输送有功功率。电压不稳，增减无功使之保持稳定不变；有功稳定传输，需要无功充裕，电压稳定。发电机有功、电压、无功三者关系：船、水位、水发电机有功、电压、无功三者关系：船、水位、水2.3、有功、电压、无功关系2.4、励磁对频率的负面影响POLE COREPOLE CORE大于人工死区的频率变化大于人工死区的频率变化调速器调速器频率有功稳定频率有功稳定AVRAVR无人工死区，灵敏度很高且精度很高无人工死区，灵敏度很高且精度很高小于人工死区的频率变化小于人工死区的频率变化AVRAVR可能可能削弱阻尼削弱阻尼系统低频振荡系统低频振荡由于励磁绕组大电感滞后效应由于励磁绕组大电感滞后效

10、应2.52.5、AVCAVC与励磁无功闭环与励磁无功闭环AVC：通过采集母线电压、母线无功（主变高压侧无功）等实时母线数据，机组有功、无功、定子电压、定子电流、励磁电压、励磁电流，实时计算出电厂侧的系统阻抗，通过特定算法预测出在设定目标电压值下注入电网的母线无功；据机组PQ曲线图，确定机组无功限制，并将无功变化量以母线机组可调无功权系数的方式将机组无功合理分配至各机组控制器。DCS无功闭环：接受AVC指令，对机组无功进行闭环调节，向励磁送出控制命令，通过变更电压给定值，调整机组无功，达到实时调节电厂高压侧母线电压的目的。2.62.6、AVCAVC与励磁无功闭环与励磁无功闭环AVC 运行可能出现

11、的问题：AVC 控制与手控机组间的无功协调问题。当部分机组不参与AVC 控制时, 不参与AVC 控制的机组只能接受运行人员的人工监视与控制, 难以与AVC 控制机组的无功进行协调, 可能会产生AVC控制与手控机组间无功进行转移, 无法调整母线电压的不正常现象, 极端情况下可能造成母线电压的波动现象。系统事故时的处理：参与AVC 控制机组采用无功闭环控制, 一般以机组无功分配的方式实现, 形成恒无功控制方式。当系统出现事故时, 恒无功方式并不能抑制电压波动, 甚至加剧电压波动。鉴于AVC 运行可能出现的问题，调度明确规定：AVC控制机组达到一定数量后，经过试验才能投入；AVC退出后DCS无功闭环

12、也要推出运行，即DCS无功闭环不能单独运行；调节器正常运行在AVR模式下，不能投入励磁的无功闭环。3.1、励磁动态运行特性巡检误区：励磁系统很少强励，励磁动态运行特性，主要是快速性看不到。实际：由于电力系统扰动经常发生，一旦引起发电机电压突变，励磁系统立即作出快速反应（强励或强减），可以利用巡检故障录波来发现。诊断分析诊断分析3.2、网源协调：定子电流限制安评项目安评项目3.3、网源协调：过励限制安评项目安评项目3.4、网源协调：欠励限制安评项目安评项目3.5、网源协调：伏赫限制安评项目安评项目UgQ-0+UgQ短路电抗+UgQUgQUgQUgQUgQ陡陡0调差稍陡更陡稍陡负调差ABB：dro

13、opABB：compensation正调差4.2、励磁调节器调差原理调差系数定义D(%)=（Ug0-Ug）/Ugn）100%发电机调差发电机调差D D定义：纯无功电流定义：纯无功电流达到额定定子电流下的发电机达到额定定子电流下的发电机电压与空载电压的差值。电压与空载电压的差值。调差的实施：将调差的实施：将D D值根据不值根据不同无功按比例叠加带给定环同无功按比例叠加带给定环节或测量环节。节或测量环节。(D Q)IqUUgIgnUg0D同一个同一个D D值，加入给定环节或测量环节，其结果相反，一个正调差，另值，加入给定环节或测量环节，其结果相反，一个正调差，另一个就是负调差。一个就是负调差。假设

14、一个正假设一个正(D Q)值（值（3V3V），加入给定环节（），加入给定环节（100V100V），使给定增大），使给定增大（103V103V），其结合是发电机电压升高（），其结合是发电机电压升高（103V103V），是负调差），是负调差3%3%；假设一个正假设一个正(D Q)值（值（3V3V） ，加入测量环节（，加入测量环节（100V100V），使测量增大），使测量增大（103V103V），其结合是发电机电压下降（），其结合是发电机电压下降（97V97V），是正调差（），是正调差（3V3V） 。3V100V103V103V97V100V100V4.3、调差系数计算公式发电机调差率计算公式（无功

15、实名值）：发电机调差率计算公式（无功实名值）：E E（% %）= =（U USnSn）/Q1/Q1其中U=Ugref（%）-Ugact（%） ， Q1是U对应的无功，Sn是视在功率，也是Q标幺的基准值。要求尽量多带无功，Q1与Sn单位一致。调差未投调差未投Ug1=Ugref1Q1Q2Ug2=Ugref2QUg调差已投：调差已投： U2：Q2=D：SnUgactUgrefQ1Q2QUgUgrefSnDU24.4、调压精度与静差率比较二者得出：调压精度考核严格，而静差率试验简单，静差率指标应该比调压精度高。然而，MEC7000给出了相反的观点，使得我不得不追根求源，仔细探讨。电压误差，即静差率调压

16、精度4.5、发电机静差率1、静差是指一个闭环系统在Kp作用下的静态误差；2、励磁静差率也应该是调节器纯比例环节的静态误差。目前规程上的静差率是针对以前没有积分的古老调节器而言。静态误差=给定-反馈3 3、对于现在具有积分环节励磁调节器而言，静差率、对于现在具有积分环节励磁调节器而言，静差率是一个很复杂的试验，属于励磁建模试验。这个试验是一个很复杂的试验，属于励磁建模试验。这个试验要退出积分环节，才能进行测量；要退出积分环节，才能进行测量；4 4、MEC7000MEC7000的静差率是的静差率是1%1%，这是纯比例调节的结果。，这是纯比例调节的结果。如果投入积分，误差会变得更小，调节精度就变为了

17、如果投入积分，误差会变得更小，调节精度就变为了0.5%0.5%；5 5、所以，建模试验测量静差，工程上则只需进行简、所以，建模试验测量静差，工程上则只需进行简单的调压精度试验，以满足日益增多的检查要求。单的调压精度试验，以满足日益增多的检查要求。4.6、调压精度计算公式发电机调压精度计算公式（无功实名值）：发电机调压精度计算公式（无功实名值）：D D（% %）= =（U USnSn）/P2/P2其中U=Ugref（%）-Ugact（%） ， P1是U对应的无功，Sn是视在功率，也是P标幺的基准值。要求尽量多带有功，P1与Sn单位一致。调差已退：调差已退： U U：P2=EP2=E：SnSnP1

18、PUgUgrefSnEUUgact要求尽量有功变化大，可以利用机组甩负荷或进相试验进行，要求调差退出、励磁不进行增减磁，可将励磁置现地，用高精度表计测量发电机电压。5、直流励磁机5.1、直流励磁机励磁系统5.2、直流励磁机强励强减电阻强励和强减继电器THANK YOUSUCCESS2022-5-11可编辑5.3、磁放大器直流励磁机系统5.4、其他类型直流励磁机系统永磁机的优点：1、同轴，可靠性高；2、他励，不受电网影响；3、可以用提供频率方法来减少励磁回路时间常数。6、交流励磁机6.1、交流励磁机特性简介d轴q轴6.2、交流励磁机饱和特性6.3、交流励磁机外特性6.4、交流励磁机标准I模型6.

19、5、交流励磁机AC2模型6.6、交流励磁机参数7.1、励磁电压响应比7.2、励磁电压响应时间7.3、高起始响应方案高强励倍数低强励倍数7.4、高起始无刷励磁的优点直流励磁同步发电机：直流励磁同步发电机：改变直流励磁，无功改变，有功的瞬时值改变，但有功的平均值不变，亦即发电机输出的有功功率不变！交流励磁同步发电机：交流励磁同步发电机：改变交流励磁的相位和大小，无功改变，有功小范围改变！双轴直流励磁发电机：双轴直流励磁发电机：改变d轴直流励磁，无功改变，改变q轴直流励磁，有功小范围改变！直流励磁发电机，亦即单轴（直流励磁发电机，亦即单轴（d d）直流励磁同步发电机）直流励磁同步发电机8、励磁系统按

20、照发电机分类8.1、水轮发电机定子和转子FIELDWINDINGSTATORCORESTATOR WINDINGAIR GAPPOLECOREDAMPER WINDING转子定子NSd轴 q轴 d轴 直流励磁系统属于d轴励磁，但调整的是q轴电势8.2、水轮发电机转子绕组POLE END PLATEPOLE COREDAMPER WINDING阻尼绕组转子磁极与阻尼绕组转子绕组有2个：励磁绕组和阻尼绕组8.3、阻尼绕组的双轴作用励磁绕组（励磁绕组（d d轴只影响电压和无功）轴只影响电压和无功）阻尼绕组（阻尼绕组（d d轴和轴和q q轴既影响电压和轴既影响电压和无功，又影响频率和有功）无功，又影响

21、频率和有功）阻尼绕组感应电流路径阻尼绕组感应电流路径电压无功频率有功阻尼&惯性d d轴感应轴感应电流电流q q轴感应轴感应电流电流8.4、交流励磁风力发电机电网侧变换器转子侧变换器Q、P双馈感应风力发电机双馈感应风力发电机8.5、抽水蓄能机组励磁系统直流励磁同步水轮发电机交流励磁同步水轮发电机8.6、抽水蓄能交流励磁调速9、励磁系统数学模式分类励磁系统数学模型分类：励磁系统数学模型分类：n 按照范围分为：按照范围分为：AVRAVR模型、调节器模型、励磁系统模型（包括整模型、调节器模型、励磁系统模型（包括整流桥）、励磁控制系统模型（包括励磁机、发电机）；流桥）、励磁控制系统模型（包括励磁机、发电

22、机）；n n 按照校正方式分为：仅有串联校正环节的模型、具有并联校正环按照校正方式分为：仅有串联校正环节的模型、具有并联校正环节的模型；节的模型；n n 并联校正环节分为：负软反馈并联校正、负硬反馈并联校正。并联校正环节分为：负软反馈并联校正、负硬反馈并联校正。1 1、数学模型：用数学语言来描述励磁及其系统，主要用传递函、数学模型：用数学语言来描述励磁及其系统，主要用传递函数来描述；数来描述；2 2、励磁模型不仅要描述、励磁模型不仅要描述PIDPID主环，还要将各种限制器等辅助辅环主环，还要将各种限制器等辅助辅环一并考虑；一并考虑；3 3、辅环进入主环的方式有三种：、辅环进入主环的方式有三种：

23、叠加叠加、竞比门竞比门（最大或最小二（最大或最小二者选一）、者选一）、限幅限幅（限制其最大或最小值）。（限制其最大或最小值）。)(sH)(sF)(sE)(sX)(sY前向通道)()(1)()()()()()()()()(1)()()()()(sFsHsHsXsYsGsXsHsYsFsHsFsYsXsHsY9.1、并联校正传递函数VGEXPKfeIP I DfdECU励磁机并联校正反馈通道主要适用于励磁机励磁系统n 并联校正的作用-负硬反馈（比例系数）esT11fK)(sX)(sYfefefefeKTsKsGsTKsTKsTsGsFsHsHsXsYsG1111)(111111)()()(1)()

24、()()(Te减小1+Kf倍放大倍数减少1+Kf倍与微分D等效0 . 4:fK例如9.2、负硬反馈并联校正9.3、励磁电压硬负反馈1、交流励磁机励磁系统中，在提高晶闸管电源电压的同时，采用励磁机输出电压或励磁机励磁电流硬负反馈，以减小励磁机时间常数。2、对于快速励磁系统，如静态励磁系统，励磁时间常数本已很小，再采用励磁电压硬负反馈就没有必要了。 具有硬负反馈并联校正的励磁系统模型（AVR+励磁机）9.4、硬负反馈投退比较n 并联校正的作用并联校正的作用-负软反馈（不完全微分）负软反馈（不完全微分）esT11sTsTKwwf1)(sX)(sYsTKsTKsTsGsTTsTKKTsTsGsTTsT

25、KTsTsGTsKsTsTsTsGsTsTKsTsTsGwfwfewewffewwewfewwfwewwwfee)1 (11111)()1 (111)()1 (11)()1)(1 (1)(111111)(22Te减小1+Kf倍动态放大倍数减少1+Kf倍静态倍数不变0 . 2, 5 . 0, 0 . 4:wefTTK例如9.5、负软反馈并联校正9.6、转子电压软负反馈PSSKATTBCss11TKEEs1TAs11TKGGs1TKFFs1EFDUrefVT1、也称为励磁系统稳定器ESS； 2、自动电压调节器Kp增大将造成励磁控制回路的不稳定，在发电机空载运行时可能导致发电机电压振荡；3、ESS的

26、主要作用是使暂态时的增益降低，以防止发电机空载时励磁控制回路振荡，这在一定程度上可改善电力系统动态稳定特性。 具有软负反馈并联校正的励磁控制系统模型（AVR+励磁机+发电机）10.1、励磁开环频域响应特性10.2、励磁闭环频域响应特性10.3、自并励和励磁机频域特性1、自并励c=10.5rad/s，其对应频率为1.67Hz；2、励磁机c=4.4rad/s，其频率为0.7Hz;3、自并励比励磁机系统的频率范围大，其相角裕度和增益裕度也大。1、弧度rad；弧长等于圆半径的弧所对的圆心角为1弧度；360等于2弧度；2、角速度是电动机每秒转过的角度的弧度数，单位是弧度每秒即rad/s；3、频率、角频率和周期的关系为 = 2f = 2/T。10.4、励磁系统的稳定性分析10.5、励磁系统时域响应分析10.6、自并励和励磁机阶跃试验自并励比励磁机励磁系统的响应快、超调小。中国励磁专业网 励磁陈小明的博客http:/ YOUSUCCESS2022-5-11可编辑