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同步发电机励磁原理培训4


励磁控制与电力系统稳定
清华大学电机系 黎 雄 2004年
1

目 录1
发电机励磁控制的作用 励磁系统分类 励磁系统控制过程 励磁控制在系统稳态时的基本功能 励磁调节对小干扰稳定性的影响 电力系统稳定器(PSS)设计
2

目 录2
线性最优励磁控制LOEC 智能励磁控制器 励磁对大干扰稳定性的影响 励磁对电力系统电压稳定性的影响 保护与限制对稳定性的影响 励磁与系统稳定
3

一、发电机励磁控制的作用
1.

从发电厂角度研究励磁
调节发电机电压 调节发电机无功功率 多台发电机无功功率分配 (成组调节AQC) 安全可靠运行

4

2.

从电力系统角度研究励磁
提高系统的静态稳定性 提高系统的暂态稳定性 改善系统的电压稳定性 二次电压控制 安全可靠运行

5

二、励磁系统分类
1.

三机励磁系统
Iff If UZ1 UZ2 Uff Uf Vg Pg , Qg

组成:

AVR 副励磁机 小功率可控整流桥 主励磁机 大功率二极管整流柜 自动电压调节器(AVR) 转子绕组灭磁开关与过电压保护 优点:它励,励磁电源不受系统电源的影响 缺点:调节速度慢,轴系长度长,易引发轴系振荡
6

2.

三机励磁系统改进型
Iff If UZ1 Uff UZ2 Uf Vg Pg , Qg

组成:
AVR 副励磁机 小功率二极管整流桥 主励磁机 大功率可控硅整流柜 自动电压调节器(AVR) 转子绕组灭磁开关与过电压保护 优点:励磁电源不受系统电源的影响,调节速度快 缺点:需大功率整流柜,增加主励绕组的灭磁与过电压保护
7

3.

开关式三机励磁系统
Iff If UZ1 Uff UZ2 Uf Vg Pg , Qg

组成:
AVR 副励磁机 小功率二极管整流桥 IGBT+续流二极管 主励磁机 大功率二极管整流柜 自动电压调节器(AVR) 转子绕组灭磁开关与过电压保护 优点:它励,模拟式励磁简单 缺点:增加了硬件复杂性,可靠性降低,不能逆变灭磁

8

4.

二机励磁系统
Iff If UZ2 Uff Uf Vg Pg , Qg

组成:
AVR 励磁变压器 小功率二极管整流桥 主励磁机 大功率二极管整流柜 自动电压调节器(AVR) 转子绕组灭磁开关与过电压保护 优点:取消副励磁机,轴系长度缩短 缺点:调节速度慢
9

5.

带自励恒压的二机励磁系统
Iff If

UZ2 Uff Uf

Vg Pg , Qg

组成:
励磁变压器 小功率可控硅整流桥 自励恒压 调节器 自励恒压调节器 主励磁机 大功率二极管整流桥 转子绕组灭磁开关与过电压保护 优点:响应速度快 缺点:结构复杂 AVR

10

6.

带开关管的二机励磁系统
Iff UZ2 Uff Uf If

Vg Pg , Qg

组成:
励磁变压器 小功率可控硅整流桥 IGBT+续流二极管 主励磁机 大功率二极管整流桥 自励电压调节器 转子绕组灭磁开关与过电压保护 优点:模拟式AVR可简化 (同步、脉冲移相可取消) AVR

缺点:增加结构复杂性,可靠性降低

11

7.

自并励系统
If UZ2 Uf Vg Pg , Qg

组成:
励磁变压器 大功率可控硅整流柜 灭磁及过电压保护 起励设备 自动电压调节器 优点:结构简单、响应速度快 缺点:强励时复杂系统电压的影响 AVR

12

8.

直流励磁系统

If

Vg Pg , Qg Uf

组成:
直流副励磁机 小功率可控硅整流桥 直流主励磁机 自动电压调节器 转子绕组灭磁开关与过电压保护 应用场所:小容量机组

AVR

13

9.

开关式直流励磁控制系统
If Vg Pg , Qg Uf

组成:
直流副励磁机 AVR IGBT+续流二极管 直流主励磁机 自动电压调节器 转子绕组灭磁开关与过电压保护 应用场所:中、小容量机组

14

三、励磁系统控制过程
1.

三机励磁系统控制过程 数学关系
永磁机的输出三相电压

U a = U m sin ωt
π


经过可控硅整流,整流器的输出平均电压为

2π ? ? U b = U m sin? ωt ? ? 3 ? ?

2π ? ? U c = U m sin? ωt + ? 3 ? ?

Ud =

3

π

∫ π
6

2



π? ? 3U m sin ? ω t + ? d (ω t ) = 1 . 35U m cos α 6? ?

输出的直流电流为

Ud Id = R
15

考虑到交流回路电抗XK引起的电压损失,整流电路输出电压的平均值为

U d = 1.35U m cos α ?

3

π

X k Id

设励磁机放大倍数为Kf ,三相电压再经过整流,得到发电机的励磁电压

E fd = 1.35 K f U d ?

3

若发电机的放大倍数为KG,可以得到机端电压Vg与励磁电压Efd 的关系为

π

XkI f

V g = K G E fd

16

2.

三机励磁系统控制过程 波形关系
Ua U b Uc

α = 30°
Ud Id

Ua =
Ub = Uc =

2U m sin ω t
? 2U m sin ? ω t ? ? ? 2U m sin ? ω t + ? 2π 3 2π 3 ? ? ? ? ? ?

U d = 1.35U ab cos α ?

3

π

X k Id

Id =

Ud R

17

α = 60°

α = 90°

18

α = 120 0

α = 180°

19

E fd I f

U Ea U Eb U Ec

UE = K fUd

E fd = 1.35U E ?
If = E fd Rf

3

π

XkI f

20

3.

自并励励磁系统的控制过程 数学关系
可控整流的输入为机端电压和电流
U ga = 2U m sin ωt
2π ? 2π ? ? ? U gb = 2U m sin ? ωt ? U gc = 2U m sin ? ωt + ? ? 3 ? 3 ? ? ?

经过可控硅整流,整流器的输出平均电压为

E fd = 1.35U ab cos α ?

3

π

XkI f

若发电机的放大倍数为KG,机端电压Vg与励磁电压Efd 的关系为
V g = K G E fd

21

4.

自并励励磁系统控制过程 波形关系
U ga U gb U gc

α = 30°

U ga =
U gb = U gc =

2U m sin ω t
? 2U m sin ? ω t ? ? ? 2U m sin ? ω t + ? 2π 3 2π 3 ? ? ? ? ? ?

E fd = 1.35U ab cos α ?
If = E fd Rf

3

π

XkI f

22

四、励磁控制在系统稳态运行时的基本功能
1.

保证发电机机端电压调节精度 —静态误差 定义:稳态运行条件下发电机端电压的要 求值与实际值之差 静差分类: 当系统仅仅受到输入信号的作用而没有任何 扰动时的静差—输入信号引起的静差 输入信号为0而有扰动作用于系统时引起的静 差—扰动引起的静差
23

系统误差的定义
x(t) =Vref

e(t) G(s) b(t) F(s) AVR

y(t)=Vg

Vref :机端电压参考输入 Vg :发电机端电压实际值 G(s):励磁机发电机传函 F(s):AVR的传函
24

误差:

e(t ) = Vref ? V g e(t ) = Vref ? b(t )

静态误差:
ess (t ) = lim e(t )
t →∞

静态误差系数: 从输入信号x(t)到误差信号的传递函数为
e( s ) 1 1 = = x ( s ) 1 + G ( s ) F ( s ) 1 + G0 ( s )

式中

G0 ( s ) = G ( s ) F ( s ) 是系统的开环传递函数
25

由Laplace变换终值定理有
sx ( s ) ess = lim e(t ) = lim se( s ) = lim t →∞ s →0 s →0 1 + G0 ( s )

若输入信号为单位阶跃,即
x( s) = 1 s ess = lim 1 s →0 1 + G0 ( s )

定义误差系数
K p = lim G0 ( s)
s →0

则有
ess = 1 1+ K p
26

通常励磁机和发电机和励磁控制器的开环传函可表示 为0型系统,即
G0 ( s) = K (τ1s + 1)(τ 2 s + 1)L(τ m s + 1) s v (T1s + 1)(T2 s + 1)L(Tn s + 1)

因此

K p = lim G0 ( s ) = K
s →0

ess =

1 1+ K

K为系统的开环放大倍数

若K >>1, 则有
ess = 1 K
27

发电机励磁系统的静态误差的大小与开环放大倍数成反比。

2. 保证并联运行发电机组间无功负荷合理分配 -调差系数
调差系数的定义
U1 ? U 2 δ= × 100% U fe

Uf U1 Ufe=U 2

U1 :发电机空载电压 U2 :额定无功电流时发电机端电压 Ufe :发电机额定电压
IQ I Qe
28

调差系数与无功负荷的关系
Uf

δ<0 δ=0 δ>0

IQ

δ>0 δ=0 δ<0

正调差,即发电机输出无功增大时,端电压下降。 0调差 负调差,即发电机输出无功增加时,端电压上升。
29

调差系数的整定:
发电机直接与系统母线电压相联
应整定为正调差系数

发电机经变压器与系统母线电压相联
Uf

.

Ur

对Uf 应整定为负调差 但对UT仍然为正调差

注意:发电机调差系数的大小严重影响电力系统中无功分布和网损, 因此从理论上应由调度局从全系统出发给出最合理的调差系数值。
30

五 励磁调节对电力系统小干扰稳定性的影响
定义: 电力系统在遭受小干扰后,维持同步运行的能力。 小干扰:系统的响应分析可以由线性化系统确定
电力系统不稳定结果表示为两个方面: 由于缺少同步转矩,发电机功 角逐步增大直至失稳
δ

由于缺少同步转矩,发电机功 角逐步增大直至失稳
δ

t

t
31

发电机励磁控制系统小干扰分析的基础
? ? δ& = ω ? 1 ? & ω = ( P m ? Pe ) ? H ? 1 ? & ′ ′ ′ Eq = [? E q ? ( xd ? xd )I d + u f ] ? Td 0 ?

输出电磁功率的线性化
PG =
' EqU

P

X∑

sin δ
δ0

δ

32

无功电流的线性化
′ Eq V cos δ ? Id = ′ ′ x dΣ x dΣ

Id

用切线代替曲线可得:
? S E ? Sv ? ' & ?ΔPe ? ? Td Sv ω ? ? & Δω ? = ? ? 0 ? ? H ? ΔV ? ? & S ? Sv ? t? ? E' ? Td Rv Sv ? & X = AX + BU Y = CX SE ' D H S E ' ? Sv ? Rv ?

0

δ

Rv S E ? ? RE ' ? ? Td' Sv ? ?ΔP ? ? T e d0 ? ? ? ? ?Δω ? + ?0 ? ΔE f 0 ? ? ? ? ? ? ?ΔVt ? ? RE ' ? ? ? S ? 'E ? ?T R ? Td Sv ? ? d0 v ? ?

G (s) =

Y (s) = C T ( sI ? A) ?1 B U (s)

33

考虑同步发电机励磁绕组动态的单机无穷大系统
考虑励磁动态的发电机微分方程组

& δ = ω0 (ωr ? 1) & ωr = 1 (Tm ? Te ? K D (ωr ? 1)) 2H 1 &q E′ = (? E′ ? (X d ? X′ )I d + E fd ) q d Tdo

其中

Te = Pe = &

E′ Vs q X dΣ
'

sin δ

E′ ? Vs cos δ q Id = X′ Σ d E fd是励磁绕组的输入电压
34

上式的线性化方程:
& Δδ = ω0 Δωr 1 K K K ΔTm ? 1 Δδ ? 2 ΔE′ ? D Δωr q 2H 2H 2H 2H 1 K 1 &q ΔE′ = ? ΔE′ ? 4 Δδ + ΔE fd q ′ Tdo K 3 Tdo Tdo & Δωr =

其中

K1 = K2 = K3 = K4 =

E′ Vs qo X dΣ
'

cos δ 0

Vs sin δ 0 ′Σ Xd X dΣ X′ Σ d X d ? X′ d Vs sin δ 0 X′ Σ d
35

其小信号框图为

图中 由
若 E ′ 恒定 q

′ T3 = Tdo K 3 = Td

Δ Te = K 1Δ δ + K 2 Δ E ′ q
Δ Te Δδ Δ Te K2 = ΔE ′ q K1 =

若 δ恒定

36

因为转矩分量 K 1 Δ δ 与 Δ δ 同相位,称其为同步转矩分量 当励磁不调节,即 Δ E fd = 0,由框图可导出

K 2K 3K 4 Δ Te =? ′ Δδ 1 + S Td

由 Δ E ′q引起的

因为
E ′q =

L ad ψ fd L ffd
s = jω → 0

注: ① 当振荡频率非常低时,即
由 Δ E ′q 调节引起的电磁矩阵

Δ Te = ? K 2 K 3 K 4 Δ δ

是一个负的同步转矩

37

定义同步转矩系数K3,若
K 3 = K1 ? K 2 K 3 K 4 > 0 K 3 = K1 ? K 2 K 3 K 4 = 0 K 3 = K1 ? K 2 K 3 K 4 < 0
系统稳定 系统临界稳定 系统单调失稳

② 当振荡频率 s = jω >>

1 Td
'

时, 则由ΔE′q调节引起的电磁矩阵

K 2K 3K 4 K 2K3K 4 ΔTe ≈ ? Δδ = jΔδ ′ ′ jωTd ωTd
与Δωr同相位,因此由ΔE′ 调节产生的电磁转矩称为阻尼转矩。 q
38

③ 产生正阻尼或负阻尼取决于系数K4。 若精确计算,考虑输电线的电阻,则
K4 = R e2 (X d ? X′ )VS d [(X q + X e ) sin δ 0 ? re cos δ 0 ] + (X q + X e )(X′ + X e ) d

(若Re=0时,上述系数与前面导出的K4是相同的)

39

励磁控制的作用
实际中,励磁控制对改善电力系统稳定性是非常重要的。 为分析方便起见,通常采用以下的简化控制:

它的线性化方程

& fd = ? 1 ΔE fd + K A (ΔVref ? ΔE t ) ΔE TR TR

40

因为相端电压 E t 可表示为 δ 和 E ′q 函数,故
Δ E t = K 5 Δ δ + K 6 Δ E 'q

其中

V s X d E tqo A ?E t = K5 = [ R e cos δ 0 ? ( X q + X e ) sin δ 0 ] ?δ E to ? K6 A = V s X q E tdo A E to [( X ′d + X e ) cos δ 0 + R e sin δ 0 ]

E tqo ?E t E ′d ( X q + X e )] ? tdo AX q R e = = [1 ? A X ? E ′q E to E to 1 R e 2 + ( X q + X e )( X ′ + X e ) d
41

若采用可控硅快速励磁 G ex (s) = K A
由图可以导出由ΔE′ 变化引起的电磁转矩变化 q

? K 2 K 3 [K 4 (1 + STR ) + K 5 K A ] ΔTe = 2 S TR T3 + S(TR + T3 ) + 1 + K 3 K 4 K A

42

某单机无穷大系统的参数有
K 1 = 1 . 591 , K 2 = 1 .5 , K 6 = 0 .3 , K D = 0 .0 K 3 = 0 . 333 , T3 = 1 . 91 , K 4 = 1 .8 TR = 0 . 02 K 5 = ? 0 . 12 , H = 3 .0 ,

① 稳定的同步转矩系数
当 s = j ω = 0时, 由 Δ E ′q引起的同步转矩系数

Δ Te =

0 . 06 K A ? 0 . 9 Δδ 1 + 0 . 1K A


K S( ΔE ′ ) =
q

0 . 06 K A ? 0 . 9 1 + 0 . 1K A
0 . 06 K A ? 0 . 9 1 + 0 . 1K A

总的同步转矩系数
K S = K 1 + K S ( Δ E ′ ) = 1 . 591 +
q

43

当 K A = 15 时 K S = K1 即 K S( ΔE ′ ) = 0
q

当 K A > 15 时 K S = K1 + K S( ΔE′ ) > K1
q

提供正的同步转矩

当 K A < 15 时 K S = K1 + K S( ΔE′ ) < K1
q

提供负的同步转矩
AVR提供负的同步转矩
44

当 K 5 由负变正的时候

② 在振荡时的阻尼和同步转矩分析
ΔTe

ΔE ′ q

=

1.5( ?0.6 ? 0.333 K 5 K A ? 0.012S) Δδ 2 0.0382 S + 1.93S + 1 + 0.1K A
时,即 f = 10 2 π = 1.6 Hz , &

s = jω = j10

ΔTe

ΔE ′ q

=

? 0.9 ? 0.5K 5 K A ? j0.18 Δδ ? 2.82 + 0.1K A + j19 .3



K 5 = ?0.12 , K A = 200

ΔTe

ΔE ′ q

=

11 .1 ? j0.18 Δδ 17 .18 + j19 .3 = 0.2804 Δδ ? 0.3255 ( jΔδ) = K S ( ΔE ′ ) + K D ( ΔE ′ )
q q

45

总的同步转矩系数为
K S = K1 + K S( ΔE ′ ) = 1.591 + 0.2804 = 1.8714
q

阻尼转矩分量

K D ( ΔE ′ ) = ?0.3255( jΔδ)
q



Δωr = sΔδ / ω0 = jωΔδ / ω0 K D ( ΔE ′q ) = ?0.3255 ω0 Δωr ω 2πf = ?0.3255 Δωr 10



阻尼转矩系数

K D = ?12.27

46

对于不同的K5和KA值有如下表

47

基本结论
当发电机与系统的外接电抗较小,并且发电机的输 出功率较低时,系数K5为正,这时AVR的作用是引 入了一个负的同步转矩和一个正的阻尼转矩 当发电机与系统的外接电抗较大,并且发电机的输 出功率较高时,系数K5为负,这时AVR的作用是引 入了一个正的同步转矩和一个负的阻尼转矩 解决这一问题的方法是附加控制,即电力系统稳定 器,线性最优励磁控制器,各种智能控制器。

48

六 电力系统稳定器(PSS)设计
PSS基本功能是通过引入附加信号控制励磁,以提供 正的阻尼矩阵,抑制电力系统的振荡。 其框图如下图所示

49

′ 引入PSS环节后,PSS信号引起的暂态电势变化 ΔEq
可以表示为
′ ΔE q = K3K A ′ ( ? K 6 ΔE q + Δ v s ) 1 + T3 S

上式可以变为
′ ΔE q Δv s = K3K A T3 S + K 3 K 6 K A + 1

50

对于某一台发电机的典型参数
K1 = 1.591 , K 2 = 1.5 , K 3 = 0.333 , K D = 0 H = 3.0 , T3 = 1.91 , K 5 = ?0.12 , K 6 = 0.3 Gex ( s ) = K A = 200

′ ΔE q Δv s

=

K3K A 66.66 = T3 S + K 3 K 6 K A + 1 1.91s + 21

若发电机的振荡为 S = jω = j10 ( f = 则 PSS产生阻尼转矩所需的相位补偿

10 = 1.6 Hz ) , 2π

ΔTPSS 66.66 1.5 × 66.66 = K2 ( )= = 3.522∠ ? 42.3o Δv s 1.91s + 21 1.91s + 21
51

其中 幅值为PSS的增益 相角为PSS需补偿的角度 设计相位超前环节和增益,如图

52

使v s 信号在f = 1.6 Hz振荡频率下达到相位超前θ=42.3o

首先知道系统的振荡频率 计算PSS需补偿的相位和增益 设计相位超前环节 仿真与实验
注意: 对于不同的振荡频率,需要有不同的相位补偿和增益。

53

七 线性最优励磁控制
对于发电机励磁系统的线性化模型
& x = Ax + Bu f

希望设计励磁控制uf ‘使得

min J =
u

1 ∞ T ( x Qx + u T Ru )dt ∫ 2 0

以上目标函数的物理解析是,当电力系统发生振荡时,希望 设计最优励磁控制uf,使得以下的振荡尽可能快的稳定。
′ x ( t ) ( δ , ω r , E q , Pe , V g )

t
54

由线性最优控制理论可以找到发电机的最优励磁控制,如图
Vref
Vg

1 1 + TV S

KV

Pe

1 1 + TP S

Te S 1 + Te S

Kp

uf

ωr

1 1 + Tr S

TωS 1 + Tω S



55

八 智能励磁控制器
对于PSS,由于超前相位补偿环节的设计参数与发电机的 振荡频率有关,因此,希望引入智能设计方法自动识别系 统的振荡频率,在线确定PSS的各参数。 对于线性最优励磁控制,由于Kv,Kp和Kω与加权矩阵选 择有关,因此希望引入智能设计方法找到最佳的权矩阵, 使系统的振荡得到最大的改善。 直接从发电机的振荡特性中提取特征参数,实现智能励 磁控制,如模糊控制,神经网络励磁控制等。
56

九 励磁调节对电力系统大干扰稳定性的影响 暂态稳定性的定义和概念
定义: 在电力系统遭受大扰动时,如 输电设备上的故障、发电机跳闸或失掉 大的负荷等,电力系统保持同步的能力。 特点: 在电力系统遭受大扰动时,由于系统的电压、 电流、有功、无功、发电机转子角等的摆动幅 度较大,因此不能用线性化方法来研究它。 概念: 面积定则
57

58

在电力系统中,应用发电机励磁改善电力系统的暂 态稳定性有两条途径:
增加发电机的强励能力,可以减少发电机的加速面积和增 加发电机的减速面积 基于发电机的非线性动态方程设计发电机的非线性励磁控 制
? ? & ?δ = ω ? ′ E qU 1 ? & ( Pm ? sin δ ) ω = ? X ∑ H ? ? ′ & ′ = 1 [ ? E ′ ? ( x ? x ′ )( E q ? V cos δ ) + u ] ?Eq f q d d ′ ′ ? Td 0 x dΣ x dΣ ?
59

非线性励磁系统控制问题:
& x = f (x) + ∑gi (x)ui
i =1 n
P

J = ∫ L(x, u)dt
0
δ0 δ



ΔTPSS K 2 K3K A = Δvs T3 S + K 3 K 6 K A + 1

理论上,在发电机的任何运行点和任意振荡频率下,可以得到以下的 坐标变换和励磁非线性控制,将非线性励磁控制系统变为线性系统

Z = T ( x) α ( x) 1 u=? + v β ( x) β ( x)

& z = Az + Bv
60

对于该系统,若建立以下二次型性能指标:

1 ∞ T T J = ∫ ( Z QZ + V RV )dt 2 0
由LQR理论可知最优控制律为:

V = ?R B PZ
*

?1 T

最后可得非线性最优控制律为:

1 α ( x) u=? ? R ?1BT PT ( x) β ( x) β ( x )
61

发电机非线性励磁控制规律

62

十 励磁调节对电力系统电压稳定性的影响
定义: 电压稳定性是一个电力系统在正常条件下受扰动后, 维持系统中所有母线电压在可接受水平的能力。

分类: (a) 暂态电压稳定性: 当系统发生短路、失去大负荷或机组 电源扰动下,系统维持电压的能力。 电压稳定性分析的目的: (a) 电压不稳定的接近程度:系统离电压不稳定有多近? (b) 电压不稳定的机理: 怎么及为何发生不稳定? 引发不稳定的关键因素是什么? 哪里是电压薄弱环节?
63 什么措施对改善电压稳定最有效?

(b) 静态电压稳定性: 当系统发生小扰动后,系统维持电压的能力。

发电机无功功率调节特性
在讨论电压稳定性时,必须清楚发电机无功功率调节特性, 即无功与电压的V-Q关系。 发电机的无功电压特性
① 电枢电流极限(定子绕组发热) 由发电机的额定容量 ~ ~? S = P + jQ = E t It
= E t I t (cos φ + j sin φ)
64

可知

电枢电流极限在P-Q平面上是以额定MVA为半径的圆

65

② 励磁电流极限(转子绕组发热) 由发电机的功率方程
P= Q= EqE t Xd EqE t Xd sin δi E cos δ i ? t Xd
2

因为 故

E q = X ad i fd X ad E t P= i fd sin δi Xd X ad E t Et2 Q= i fd cos δ i ? Xd Xd
66

对于给定的 i fd ,有功与无 功之间的关系是一个圆。

E ? t 处, 圆心在 Xd X ad E t i fd 半径为 Xd

2



电枢电流极限与磁场电流极限两圆的交点A,即为发电机的 额定MVA。
67

下图是一个实际发电机的无功容量极限曲线

PSIG为氢压单位

68

发电机励磁电流限制器的影响
励磁电流限制器的调节框

69

P = 0.75 + 0.25n 2GV 2
G=1
对于高比例的电动机负荷,考虑电枢电流限制器后,P-V曲线为

70

P = 0.25 + 0.75n 2GV 2
对于高比例的电阻性负荷,考虑电枢电流限制器后, P-V曲线为 (a: n=1.0; b:n=1.1; c: n=1.1, G=1.2)

71

十一、 励磁系统的保护与限制对稳定性的影响
1.

强励顶值限制
影响电力系统暂态稳定性,保护转子绝缘和发电机安全

2.

强励反时限
根据转子发热情况决定动作时间,调节励磁电流使其恢复到设定值
2.0

1.05

30s

t
72

3.

励磁电流限制
影响电力系统的电压稳定性,根据励磁过电流决定动作时间
I fd
I FLM 1 = 1 . 6 FLC
FLC=满载电流

I FLM 2 = 1 . 05 FLC
30s

73

4.

低励限制
影响电力系统的静态稳定性,限制发电机进相无功大小

低励限制

小干扰稳定极限

图3 低励限制和稳定性关系

74

5.

电压/频率限制(VF限制)
按电压/频率曲线限制励磁参考电压
f (Hz)

52 50 48 0.96 1.0 1.04 图4 VF=1时的曲线
Vt
VF = Vt f / f0

75

6.

过无功限制和定子过电流限制
根据发电机过无功和过电流减磁,保证发电机的 长期稳定运行

7.

PT断线保护
检测PT是否断线并切换手动调节开关,防止由于 PT断线造成机端电压测量值降低,造成误强励

76

十二、励磁与系统稳定

为什么有电力系统稳定问题?
功率的不平衡 阻尼不足 Pm = Pe ?

励磁为什么能改善电力系统稳定?
通过改变电压Ut间接改变Pe,使Pm = Pe 附加控制提供阻尼(PSS) 快速连续控制
77

基本公式 单机无穷大系统的有 功与无功
VtVs sin δ Pe = X∑
P

Uf

.

Ur

Vt (Vt ? Vs cos δ ) Qe = X∑

δ0

δ

78

公式推导过程1
I = (Vt∠δ ? Vs∠0°) / jX ∑

= [Vt (cos δ + j sin δ ) ? Vs ] / jX ∑

= (Vt cos δ ? Vs + jVt sin δ ) / jX ∑

= ?[?Vt sin δ + j (Vt cos δ ? Vs)] / X ∑
= [Vt sin δ + j (Vs ? Vt cos δ )] / X ∑

79

公式推导过程2

S = Vt∠δ × I

*

= Pe + jQe

= Vt (cos δ + j sin δ )[Vt sin δ + j (Vt cos δ ? Vs)] / X ∑

= Vt[Vt sin δ cos δ ? Vt sin δ cos δ + Vs sin δ + j (Vt sin δ + Vt cos δ ? Vs cos δ )] / X ∑
2 2

= Vt[Vs sin δ + j (Vt ? Vs cos δ )] / X ∑

= VtVs sin δ / X ∑ + jVt (Vt ? Vs cos δ ) / X ∑
80

几个基本概念

平衡点-稳定平衡点与不稳定平衡点 静态稳定极限(参考资料2:4.2.1) 面积定则与暂态稳定极限 强励的作用 附加阻尼控制

81


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