电力系统自动化 Automation of Power System

1. 电力系统自动化Automation of Power System 杭州电子科技大学 自动化学院

2. 第一节 概述 ========基本知识点======== 一、同步发电机励磁自动控制系统的组成 二、励磁控制系统的基本任务 三、励磁系统的任务与要求

3. 一、同步发电机励磁自动控制系统组成

4. 励磁功率单元 同步发电机 系统 励磁调节器 一、同步发电机励磁自动控制系统组成

5. 二、励磁控制系统的基本任务 • 电压调节 • 无功分配 • 提高发电机运行稳定性 • 提高电力系统运行性能

6. Xd IG UG Eq 1电压调节 （1）基本关系

8. （2）外特性 ①表达式：

9. UG A B C IQ ②曲线 • A：Eq=1.05，xd=0.1，δ=0； • B：Eq=1.05，xd=0.1，δ=20； • C：Eq=1.05，xd=0.1，δ=[0,2]；

10. UG UG1 IEF2 UG2 IEF1 IQ IQ1 IQ2 （3）励磁电流对电压的控制 IEF→Eq→UG：励磁电流可以改变机端电压，通过调节励磁电流维持机端电压恒定

11. 系统 B A ～ 2无功功率的分配 （1）发电机与无穷大系统母线并联 ①向量图 ②解析式

12. ③ IEF对无功功率的控制

13. UG G2 Um1 Um2 G1 IG IQ1 IQ2 I’Q2 I’Q1 （2）并联运行的发电机间的无功功率分配 ①无励磁调节

14. UG G2 Um1 Um2 G1 IG IQ1 IQ2 I’Q1 I’Q2 （2）并联运行的发电机间的无功功率分配 ②有励磁调节

15. 3提高同步发电机并联运行稳定性 （1）稳定性的概念 • 静态稳定：小干扰后恢复到原状态； （如：负荷波动） • 暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态； （如：系统故障） （2）励磁提高静态稳定性 恒定的UG：If变→Eq变→UG不变

16. 4改善电力系统运行条件 • （1）异步电动机——自启动 • （2）同步发电机——异步运行 • （3）继电保护装置——动作 • （4）水轮发电机组——强行励磁

17. 三、励磁系统的任务与要求 1励磁调节器

18. 2励磁功率单元

19. 例2-1 某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？

20. 例2-1解： 一号机额定无功功率为 QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar) 二号机额定无功功率为 QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar) 因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数Kadj也为0.05。 母线电压波动为 ΔU*=-Kadj∑ΔQ ∑*=-0.05×0.2= -0.01

21. 例2-1解（续）： 各机组无功负荷波动量: ΔQ1*= -ΔU* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02 ΔQ1=ΔQ1*QG1=0.02×15.49=3.10(Mvar) ΔQ2*= -ΔU* / Kadj=-( -0.01 / 0.05)=0.02 ΔQ2= ΔQ2*QG2=0.02×30.99=6.20(Mvar) 一号机组无功负荷增加3.10M var, 二号机组的无功负增加6.20M var。因为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。

22. 例2-2 在例2-1中，若一号机的调差系数0.04，二号机调差系数仍为0.05。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？

23. 例2-2 解

24. (Mvar) (Mvar) 例2-2 解（续） 母线电压波动为 各机组的无功增量 一号机组的无功负荷增加3.56M var， 二号机组的无功负荷增加5.73M var。 调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。

25. 第二节 同步发电机励磁系统 ========基本知识点======== • 直流励磁机励磁系统（旋转励磁） • 交流励磁机励磁系统（旋转励磁） • 发电机自并励系统（静止励磁系统）

26. REE IEF IEE IEF G E IEE G UEF UEF 1 原理 一、直流励磁机励磁系统 他励： REE → IEE → UEF 副励→主励→发电机 自励： REE → IEE → UEF 励磁机→发电机

27. 2特点 • 优点：控制方便 • 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护 3应用 • 中小容量机组（≤100MW） • 旧型机组

28. 副励 主励 交流发电机 ~ ~ ~ 起励电源 自励恒压 调节器 励磁调节器 500Hz副励磁机 100Hz主励磁机 50Hz发电机 1 他励交流励磁机励磁系统 （1）原理 二、交流励磁机励磁系统

29. （2）特点 • 优点：响应速度快（相对DC）； 容量较大（相对DC） • 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护 （3）应用 • 中等容量机组（ 100MW ~300MW ） • 我国旧型机组

30. 副励 主励 交流发电机 ~ ~ ~ 励磁调节器 副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转 主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止 发电机： 电枢静止，磁极（励磁）旋转 （1）原理 2 无刷励磁系统

31. （2）特点 • 优点：维护工作量少； 可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长 • 缺点：响应速度慢 不能直接灭磁 对机械性能要求高 因为没有滑动器件 （3）应用 • 大容量机组（ 600MW ）

32. 交流发电机 ~ 起励电源 励磁调节器 三、静止励磁系统 1 原理

33. 2 特点 因为没有转动励磁 • 优点：维护工作量少； 可靠性高 主轴长度短，基建投资少 电压响应速度快 过电压低 • 缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力 继电保护的动作会受一定影响 3 应用 • 大容量机组（ 600MW ） • 水轮机组

34. 第三节 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 ========基本知识点======== • 强励、灭磁的定义及作用； • 强励接线及工作原理； • 灭磁的方法

35. 一、磁场建立 1励磁系统的强励要求 • 转子励磁电压的最大值 顶值电压：UEF,max 强励倍数：UEF,max/ UEF,N≈1.6-2.0 • 转子磁场的建立速度 励磁机的响应速度 转子的响应速度

36. 2励磁机的时间常数 （1）他励 • 回路方程： • 回路电流： • 时间常数：

37. （2）自励 • 回路方程： • 磁化曲线： • 回路电流： • 时间常数：

38. 3转子磁场的建立时间 （1）响应时间

39. （2）电压响应比

40. 二、同步发电机灭磁 1概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度 2要求： 1）灭磁时间要短 2）励磁绕组的电压不应超过允许值。

41. 3灭磁方法 （1）直流励磁机——放电灭磁 在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉。

43. （2）交流励磁机——逆变灭磁 控制角α在90°～150°范围内整流桥处于逆变运行状态。转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量不断减少，这样就达到了灭磁 .

44. 灭磁过程中，磁场电流就以等速衰减，直到为零灭磁过程中，磁场电流就以等速衰减，直到为零 电流在相当大范围内变化时，两端电压保持不变. 1）理想灭磁条件： 2）快速灭磁开关

45. 复习与作业 • 1.何谓强励？说明比例型励磁调节器和补偿型励磁调节器如何实现强励作用？各自的强励效果如何？ • 2.强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？ • 3.继电强行励磁装置在实施接线时应注意哪些原则？ • 4.何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么，并加以比较。

46. 第四节 励磁调节器原理 ========基本知识点======== • 励磁调节器基本功能 • 励磁调节器原理 • 励磁调节器静态工作特性 • 励磁调节器静态工作特性的调整

47. 一、励磁调节器基本功能 • 保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移 无功负荷，不引起对电网的冲击； • 保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。

48. 二、励磁调节器原理 1测量比较单元 • （1）电压测量： • （2）比较整定：

49. 二、励磁调节器原理 2综合放大单元 （1）正竞比电路：励磁信号控制 （2）负竞比电路：电压/频率限制器信号 （3）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅 （4）互补输出电路：提高与下一级负载阻抗匹配能力：

50. 二、励磁调节器原理 3移向触发单元 （1）移向触发： （2）整流输出：