發(fā)電機勵磁系統(tǒng)作用及分類國家電網

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1、,發(fā)電機勵磁系統(tǒng)作用及分類,國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司二00九年三月,1,、勵磁系統(tǒng)的作用,2、勵磁系統(tǒng)的基本分類,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,維持發(fā)電機或其他控制點的電壓在給定水平,控制并聯(lián)運行機組無功功率的合理分配,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,勵磁系統(tǒng)的作用,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,維持發(fā)電機或其他控制點的電壓在給定水平,保證電力系統(tǒng)運行設備的安全。,提高維持發(fā)電機電壓能力的要求和 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求在許多方面 是一致的。,保證發(fā)電機運行的經濟性。,控制并聯(lián)運行機組無功功率的合理分配,發(fā)電機電壓調差率,在自動勵磁調節(jié)器調差單元投入、電壓給定值固定、功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機無功電流從零

2、變化到額定時，用發(fā)電機額定電壓的百分數(shù)表示的發(fā)電機端電壓變化,率,發(fā)電機電壓調差率按下式計算：,D(%)=(Ug0-Ug)/Ug,100%,式中,Ug0-,發(fā)電機無功電流等于,零,時的電壓,Ug,-,發(fā)電機無功電流等于額定無功電流時的電壓,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,控制并聯(lián)運行機組無功功率的合理分配,發(fā)變組單元高壓側并聯(lián)：,變壓器電抗調差（正調差）,+,發(fā)電機調差（負調差）,坑口電站：,長輸電線路調差（正調差）,+,發(fā)電機調差（負調差）,兩機一變擴大單元接線：,發(fā)電機正調差，調差率較大,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,靜態(tài)穩(wěn)定性,動態(tài)穩(wěn)定性,暫態(tài)穩(wěn)定性,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系

3、統(tǒng)的穩(wěn)定性,發(fā)電機輸出電磁功率,發(fā)電機功角向量圖,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,傳輸功率的大小與相位角,密切相關，稱,為“功角”或“功率角”。,傳輸功率與功角,的關系，稱,為“功角特性”或“功率特性”。,功角,除了表征系統(tǒng)的電磁關系之外，還表明了各發(fā)電機轉子之間的相對位置。,角就是感應電勢Eq和電網電壓U之間的夾角，也,稱,為“功角”或“功率角”。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,角是表征電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最重要的量，功角失穩(wěn)指系統(tǒng)中各發(fā)電機之間的相對功角失去穩(wěn)定性的現(xiàn)象。,正常情況下，系統(tǒng)中各發(fā)電機以相同速度旋轉，機間相對轉子角度維持恒定，即處于同步運行狀態(tài)，從而保證系

4、統(tǒng)中任何節(jié)點的電壓幅值和頻率以及任何線路的傳輸功率為恒定值。,如果系統(tǒng)在運行過程中受到某種干擾，干擾的影響將通過互聯(lián)的電力網絡傳到各發(fā)電機節(jié)點，并使發(fā)電機的輸出電功率相應發(fā)生改變，結果是使得在擾動瞬間各發(fā)電機的機械輸入轉矩和輸出的電磁轉矩失去平衡，出現(xiàn)發(fā)電機轉子不同程度的加速或減速，并導致各發(fā)電機之間轉子相對角的變化。,如這種轉子角度的變化過程是隨時間衰減的，并能最終恢復到擾動出現(xiàn)前的正常值或達到一個新的穩(wěn)態(tài)值，則認為在這種運行方式和擾動形式下系統(tǒng)是功角穩(wěn)定的。,如果這種轉子角度的變化隨時間而加劇，并最終導致發(fā)電機間失去同步，則認為系統(tǒng)在該運行方式下對這種擾動形式是功角不穩(wěn)定的。,(1)勵磁系

5、統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性,(Steady Stability),電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復到起始運行狀態(tài)的能力。,靜態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到微小干擾時的穩(wěn)定性問題。假設在電力系統(tǒng)中有一個瞬時性小干擾，如果在擾動消失后系統(tǒng)能夠恢復到原始的運行狀態(tài)，則系統(tǒng)在該運行方式下是靜態(tài)穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是靜態(tài)不穩(wěn)定的。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的判據是發(fā)電機輸出電磁功率對功角的微分dPe/d,是否大于0,。,如左圖所示，采用了自動勵磁調節(jié)的發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定運行的最大電磁功率和最大功率

6、角都有提高。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,左圖中，橫坐標是功率角，縱坐標是電壓放大系數(shù)。在同一轉子功角下,隨電磁時間常數(shù)Te增加,為保證發(fā)電機穩(wěn)定運行所允許的電壓放大系數(shù)增加;在同一Te下,隨轉子功角的增加所允許的電壓放大系數(shù)減少。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性,(Transient Stability),電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)定方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。,如果電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到某種形式的大擾動，經過一個機電暫態(tài)過程后能夠恢復到原始的穩(wěn)態(tài)運行方式或

7、過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行方式，則認為系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行方式有關，而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間有關。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的判據是等面積定則。,左圖的功率曲線中，當功率角從1變化到2時，PT與P3之間的面積正比于轉子動能的變化量。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,等面積定則的具體內容,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,等面積定則的具體內容,等面積定則：,減速面積和加速面積如圖所示。,如圖（a）減速面積加速面積，臨界穩(wěn)定；,如圖（b）減速面積加速面積，穩(wěn)定；,如圖（c）減速面積加速面積，

8、不穩(wěn)定。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法就要減小加速面積或增大減速面積，具體說來有以下三種方法：,加快故障切除時間,提高勵磁系統(tǒng)勵磁電壓響應比,提高強行勵磁電壓倍數(shù),(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提高暫態(tài)穩(wěn)定性對于勵磁系統(tǒng)而言，就是要提高勵磁系統(tǒng)勵磁電壓響應比和提高強行勵磁電壓倍數(shù)。,提高勵磁系統(tǒng)勵磁電壓響應比,加快勵磁系統(tǒng)電壓響應時間，即從施加階躍信號起，勵磁電壓達到頂值電壓與額定勵磁電壓差的,95%,的瞬間的時間。,提高強行勵磁電壓倍數(shù),提高勵磁系統(tǒng)電壓響應比，即由勵磁系統(tǒng)電壓響應曲線確定的勵磁系統(tǒng)輸出電壓的增量除以額定磁場電壓。,(1)勵磁

9、系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性,(Dynamic Stability),電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增長的振蕩而失步的能力。,擾動后系統(tǒng)在第一或第二振蕩周期內不失步,(,即保持了暫態(tài)穩(wěn)定性,),，但可能由于自動調節(jié)裝置的配置不合適或其他因素，后續(xù)的振蕩周期幅值不斷增大并造成失步。動態(tài)穩(wěn)定問題實際上是指系統(tǒng)在受到小的或大的擾動后，在自動調節(jié)裝置和自動控制裝置的影響下，保持長過程運行穩(wěn)定性的能力。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性目前的主要問題是對系統(tǒng)低頻振蕩的抑制。低頻振蕩是發(fā)生在弱聯(lián)系的互聯(lián)電網之間或發(fā)電機群與電網之

10、間，或發(fā)電機群與發(fā)電機群之間的一種有功振蕩，其振蕩頻率在之間。其原因有：,系統(tǒng)弱阻尼時，受到擾動功率振蕩長久不能平息,系統(tǒng)負阻尼時，系統(tǒng)發(fā)生擾動而振蕩或系統(tǒng)發(fā)生自激,系統(tǒng)振蕩模與某種功率波動的頻率相同，且由于弱阻尼，引起特殊的強迫振蕩,由發(fā)電機轉速變化引起的電磁力矩變化和電氣回路耦合產生的機電振蕩,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,勵磁控制系統(tǒng)對動態(tài)穩(wěn)定的影響,電力系統(tǒng)的固有自然阻尼小，而使用快速勵磁調節(jié)器或使用自并激可控硅快速勵磁系統(tǒng)，又削弱了系統(tǒng)阻尼，甚至使系統(tǒng)產生負阻尼。為了抑制低頻振蕩，在勵磁系統(tǒng)中加入了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的作用是：利用附加控

11、制，產生附加阻尼轉矩，增加正阻尼抑制低頻振蕩。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,勵磁控制系統(tǒng)對動態(tài)穩(wěn)定的影響,Ut=K5+K6Eq,當K5 0，Mex=DAW+KA,可知：,勵磁調節(jié)器放大倍數(shù)越大，KA越大，Mex幅值越大，負阻尼也越大,勵磁調節(jié)器響應越快，KA越大，Mex幅值越大，負阻尼也越大,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的實現(xiàn),附加控制輸入一個與低頻振蕩相關的電氣量，如-Pe等。經過超前或滯后的相位校正，增益放大，疊加到勵磁調節(jié)環(huán)節(jié)，該附加控制分量在發(fā)電機中產生一附加轉矩，使與同相。從而產生正阻尼，抑制發(fā)電機的低頻振蕩。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用

12、,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS1A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,常用的穩(wěn)定器輸入信號是轉速、頻率或功率。,T6用于表示了變送器時間常數(shù)，穩(wěn)定器增益KS，信號沖洗(Washout 隔直)由時間常數(shù)T5設置。下一方塊中A1和A2允許高頻扭振濾波器（有些穩(wěn)定器用）的一些低頻效應被計入。隨后的2個方塊可允許2級領前一滯后補償，用常數(shù)T1到T4設置。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,常用的穩(wěn)定器輸入信號是轉速、頻率或功率。南瑞集團電控公司選用的為功率和頻率。,函數(shù)的結構和作用大致與PSS1A模型相同。,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS2A型試驗錄波曲線,(1

13、)勵磁系統(tǒng)的作用,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PSS2A型試驗錄波曲線,(1)勵磁系統(tǒng)的作用,1、勵磁系統(tǒng)的作用,2、勵磁系統(tǒng)的基本分類,(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,他勵交流勵磁機系統(tǒng),三機他勵勵磁系統(tǒng),兩機他勵勵磁系統(tǒng),兩機一變勵磁系統(tǒng),無刷勵磁系統(tǒng),自并勵勵磁系統(tǒng)（主流）,其它勵磁系統(tǒng),P,棒勵磁系統(tǒng),直流勵磁機勵磁系統(tǒng),諧波勵磁系統(tǒng),勵磁系統(tǒng)的基本分類,他勵交流勵磁機系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,三機他勵勵磁系統(tǒng),他勵交流勵磁機系統(tǒng),兩機他勵勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,他勵交流勵磁機系統(tǒng),兩機一變勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,他勵交流勵磁機系統(tǒng),無刷勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本

14、分類,交流他勵系統(tǒng)總體說來具有勵磁電壓穩(wěn)定，不受電網影響的優(yōu)點，但是相比自勵系統(tǒng)響應仍然較慢，而且維護復雜。,對其評價,(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,自并勵勵磁系統(tǒng),自并勵勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,自勵系統(tǒng)尤其是自并勵系統(tǒng)，結構簡單，響應快速。但是長期以來被認為在電力系統(tǒng)短路故障時尤其是三相短路時無法支撐起電網電壓。但是近年來隨著封閉母線的大規(guī)模運用和控制理論的成熟，已經成為主流勵磁機型。,對其評價,(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,1 P棒勵磁系統(tǒng),2 直流勵磁機勵磁系統(tǒng),3 諧波勵磁系統(tǒng),其它勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,其它勵磁系統(tǒng),P棒勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,其它勵磁系

15、統(tǒng),P棒勵磁系統(tǒng),即在發(fā)電機定子槽內另嵌一組勵磁專用的線棒，但其輸出仍要接至整流變壓器上。究其原因是發(fā)電機短路時，P棒有一定電流復勵磁能力，對維持故障時機端電壓有利，該系統(tǒng)功率電路有的還采用三相半控可控硅整流橋，比較落后，無法采用逆變滅磁。（例如華能上安電廠GE的P棒）,(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,其它勵磁系統(tǒng),直流勵磁機勵磁系統(tǒng),(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,直流勵磁機系統(tǒng)響應慢，維護困難，且存在電刷問題，現(xiàn)在已經基本不再使用。只在一些小型機組上還有使用。,對其評價,(2)勵磁系統(tǒng)的基本分類,謝 謝！,勵磁系統(tǒng)的作用及基本分類,技術服務熱線：,025-83098016,025-83098017,025-83098018,025-83098019,傳真：,