电力系统自动化教学课件作者李俊瑞第3章.ppt

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1、第3章同步发电机励磁自动控制1243353.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求3.2同步发电机励磁系统3.3励磁系统中转子磁场的建立和灭磁3.4励磁调节器原理3.5发电机励磁调节器静态特性的调整下一页返回第3章同步发电机励磁自动控制63.6同步发电机励磁系统的动态特性上一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求同步发电机的运行特性与其空载电动势有关，而空载电动势主要取决于发电机的励磁电流，改变励磁电流可以影响同步发电机在电力系统中的运行特性。电力系统正常运行时，调节发电机励磁电流以改变电网电压水平和并列机组间无功功率的分配，而在系统发生故障时，往

2、往也要求迅速控制励磁电流以维持电网电压及稳定性。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行、提高电能质量，而且能够保证系统稳定和经济合理地分配无功功率。3.1.1励磁系统的构成同步发电机的励磁系统一般由两部分构成，如图3-1所示。下一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流，以建立直流磁场。第二部分是励磁控制部分，这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和灭磁等，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。整个自动控制励磁系统是由励磁调节器，励磁

3、功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。3.1.2励磁控制系统的主要任务1.电压控制电力系统正常运行时，负荷总是经常波动，为了满足负荷变化的需求，同步发电机的功率也要相应地变化，电压也就跟着发生变化。上一页下一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求要保证电力系统电压在允许范围内，需对励磁电流进行调节，使系统发电机极端或某一点的电压在给定的范围。电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在额定值附近;其次是控制电力系统各节点电压在允许范围之内。为说明基本概念，我们以发电机单机带负荷运行系统进行分析，图3-

4、2(a)是同步发电机运行原理图。由图3-2(b)可知其关系式为:图3-2(c)是发电机的相量图，之间的夹角，即发电机的功率角;根据图中所示相量关系，可以得出:上一页下一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求一般δ值很小，可近似认为发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。2.合理分配并联运行发电机间的无功功率现代电力系统是由许多发电厂、变电所及线路组成的庞大而复杂的系统，系统中的有功功率电源是各类发电厂中的发电机;无功功率电源除发电机外，还有电容器、调相机及静止补偿器等，为了保证整个系统的电压质量和无功潮流的合理分配，将它们分散设置在各变

5、电所中。上一页下一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求由于发电机是系统中主要的无功电源，因此合理控制电力系统中并联运行发电机输出的无功功率，对保证电力系统运行电压水平具有十分重要的作用。发电机无功功率的控制原理:以同步发电机接于无穷大电力系统为例说明发电机无功功率的控制原理。其接线图与相量图如图3-3所示，因系统为无穷大，系统电压Ux、恒定不变，发电机端电压私UG=UX、亦恒定不变，另外在调整发电机无功功率时不会引起发电机有功功率的改变，即发电机输出的有功功率PG为一常数。在忽略发电机定子损耗及凸极效应时，发电机输出的有功功率为:上一页下一页返

6、回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求因为发电机端电压为定值，所以发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。即当励磁电流增加时，发电机无功功率就增加，当励磁电流减少时，发电机发出的无功功率会减少，这就是无功功率调节原理。上一页下一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求在实际运行中，与发电机并列运行的母线并不是无限大容量母线，即系统等值阻抗并不等于零，母线的电压将随着负荷波动而改变。电厂输出无功电流与它的母线水平有关，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电压和无功功率，而且也将影响与之并列运行机组的无功功率，其影响程度与

7、系统情况有关。因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并列运行机组间无功功率合理分配的任务。3.提高同步发电机并联运行的稳定性保持同步发电机稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件。当系统受到各种干扰或发生各种故障时，系统稳定运行的平衡条件就被打破，系统将从一种运行状态过渡到另一种运行状态。上一页下一页返回3.1同步发电机励磁系统的主要任务及要求电力系统运行的稳定性就是指从一种稳定运行状态能否过渡到另一种稳定运行状态的能力，它分为静态稳定和暂态稳定两类。现在，又把电力系统受到干扰后，涉及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。下面主要

8、分析发电机的励磁自动控制系统对静态稳定和暂态稳定的影响。电力系统暂态稳定是指电力