励磁系统基本原理.ppt

励磁系统基本原理一、励磁系统的基本作用G建立发电机机端电压：电磁感应原理最主要功能：维持发电机机端电压恒定、稳定交流输电系统的输送功率极限公式：在并列运行的发电机间合理分配无功功率提高电力系统的运行稳定性电力系统稳定简介功角稳定比喻电力系统稳定器（PSS）可以增加电力系统正阻尼，用于抑制电力系统低频振荡。PSS的原理快速励磁及较高的强励倍数，可以提高电力系统暂态稳定极限。采用可靠性高、控制性能强的励磁系统，是保证发电机安全稳定运行并提高电力系统稳定性的经济而有效的措施。二、励磁系统的几种主要类型三、自并励励磁系统的基本构成3.1自并励励磁系统的主要组成部分3.2励磁变压器3.3可控硅整流桥晶闸管的伏安特性晶闸管的导通与关断条件三相全控桥电路结构Ud=1.35U2cosa，a为整流桥触发控制角I2＝0.816IdUd、Id－－直流输出侧电压、电流；U2、I2－－交流输入侧线电压、相电流；三相全控桥电路的典型波形可控硅流过电流，会在可控硅两端产生电压降（一般1～2V），造成可控硅发热，温度升高。可控硅内部的最大承受结温（PN结）是125℃。可控硅散热方法：可控硅压装散热器，并启动冷却风机进行风冷散热。可控硅过流保护：每可控硅串联快速熔断器。可控硅换相尖峰过电压保护：可控硅两端并联R、C吸收电路，或采用集中式阻容保护。由于可控硅换相尖峰电压产生于励磁变的漏感，集中式阻容保护可以直接吸收，保护效果更好。三相全控桥的集中式阻容保护电路：C1主要吸收3.4灭磁系统灭磁系统的构成原理图发电机正常运行中，励磁电压比较小，控制单元不能触发可控硅开通，灭磁电阻回路中没有电流通过。当灭磁开关分断后进行灭磁时，转子电感两端出现较大的反向电压，同时控制单元快速接通反向可控硅触发回路，把灭磁电阻接入、灭磁电阻回路开通，转子电流就可以快速转移到灭磁电阻回路，通过灭磁电阻把电流转换为热量释放。灭磁过程中，移能成功的条件：灭磁开关要有足够高的弧压，才能顺利实现移能。UR、HPB型灭磁开关的弧压，都在4000V以上。线性电阻，汽轮发电机励磁系统经常采用；灭磁时间较长。氧化锌ZnO非线性电阻，国内生产，应用普遍；灭磁时间短，较为理想。SiC非线性电阻，国外生产，经常采用英国M&I公司的产品，超大型机组应用较多，比如：三峡、龙滩、拉西瓦等；灭磁时间适中。水轮发电机要求快速灭磁，普遍采用非线性电阻灭磁方案。单片ZnO阀片的工作能容量是15KJ，而单片SiC阀片的工作能容量为62.5KJ。在超大型水轮发电机组中，灭磁能量很大，比如10MJ，需要几百片非线性电阻阀片串、并联连接。并联均能或并联均流问题突出。SiC阀片容量大、其伏安特性更适合并联，所以，在超大型发电机的励磁系统中普遍使用。逆变灭磁：正常停机时采用。不需要分断灭磁开关，控制可控硅整流桥处于逆变状态，使转子绕组中能量通过励磁变反送到发电机端电源侧及回路电阻中消耗，实现灭磁。在自并励励磁系统中，由于在逆变灭磁过程中，发电机端电压也在不断减小，吸收能量不断减小，所以，逆变灭磁的时间比较长。空载额定状态下，逆变灭磁时间一般达到10s。灭磁系统灭磁：在发电机事故、过压或系统故障情况下停机时，励磁电流较大，希望能快速灭磁，消除故障、防止事故扩大化，采用分断灭磁开关的方法将能量转移到灭磁电阻中实现快速灭磁。灭磁系统灭磁的时间一般在5s以下。3.5励磁调节器励磁调节器硬件构成四、励磁调节器的主要功能自动方式，是励磁调节控制的主要运行方式，由两部分组成：自动电压调节器，即AVR；及PSS附加控制。AVR为机端电压负反馈闭环控制，用于自动维持机端电压恒定、稳定。为使励磁系统有良好的静、动态性能，AVR可采用两级超前－滞后校正环节。PSS（电力系统稳定器）做为AVR的附加控制，用于增加电力系统的正阻尼，从而抑制电力系统有功低频振荡。它不降低励磁系统AVR调节的增益，不影响励磁控制系统的暂态性能。PSS已成为励磁调节器的标配环节，在国内外电力系统中都得到了广泛应用。AVR的数学控制模型PID控制Kavr关系到发电机端电压的调节精度。在保证AVR闭环调节稳定的前提下，Kavr越大，机端电压的调节精度越高，越能维持机端电压的恒定。超前－滞后环节的参数整定，保证AVR闭环控制稳定，并有良好的动态特性。通过励磁标准中机端电压阶跃试验的指标来验证。励磁标准中要求机端电压的调节精度为0.5％。即，在AVR给定值Uref不变的情况下，发电机输出从空载到满载的过程中，机端电压的变化不超过发电机额定电压的0.5％。PSS的数学控制模型：PSS2BPSS数学模型说明励磁调节器的手动方式FCR，为励磁电流负反馈闭环控制，用于维持励磁电流恒定、稳定。FCR，是励磁调节控制的辅助运行方式。在发电机端PT回路出现故障、自动方式采集的机端电压出现异常情况时，励磁