1、第三章第三章 同步發電機同步發電機勵磁自動控制系統勵磁自動控制系統電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理總總 述述同步發電機勵磁系統同步發電機勵磁系統勵磁系統的任務同步發電機勵磁系統同步發電機勵磁系統勵磁系統的類型 勵磁系統中的整流電路勵磁系統中的整流電路 勵磁控制系統調節特性和并聯機組間的無功分配勵磁控制系統調節特性和并聯機組間的無功分配勵磁調節裝置原理勵磁調節裝置原理電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理第一節第一節 概述概述同步發電機同步發電機的勵磁控制的勵磁控制同步發電機的運行特性同步發電機的運行特性同步發電機的同步發電機的空載電動勢空載電動勢Eq值值的大小的大小發電機的發電機的勵

2、磁電流勵磁電流IEF電力系統在正常運行時，發電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓水平和并聯運行機組間的無功功率的分配。故障情況，發電機端電壓降低將導致電力系統穩定性降低，要求發電機迅速增大勵磁電流，以維持電網的電壓水平及穩定性。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理第一節第一節 概述概述同步發電機的勵磁系統同步發電機的勵磁系統 勵磁功率單元勵磁功率單元 勵磁調節器勵磁調節器 G發電機發電機電力系統電力系統勵磁自動控制系統構成勵磁自動控制系統構成 1）勵磁功率單元勵磁功率單元，它向同步發電機的勵磁繞組提供直流勵磁，它向同步發電機的勵磁繞組提供直流勵磁 電流。電流。2）勵磁調節器勵磁調節器，它按

3、照發電機及電力系統運行的要求，根據，它按照發電機及電力系統運行的要求，根據輸入信號和給定的調節準則自動調節控制功率單元輸出的勵磁輸入信號和給定的調節準則自動調節控制功率單元輸出的勵磁電流。電流。 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理一、同步發電機勵磁控制系統的任務一、同步發電機勵磁控制系統的任務優良的勵磁控制系統不僅可以保證優良的勵磁控制系統不僅可以保證發電機可靠運發電機可靠運行行，提供可靠的電能，而且可以有效地，提供可靠的電能，而且可以有效地提高系統提高系統的技術指標的技術指標。勵磁系統應該承擔以下任務：勵磁系統應該承擔以下任務：（一）電壓控制（一）電壓控制（二）控制無功功率的分配（二）

4、控制無功功率的分配（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性（四）改善電力系統的運行條件（四）改善電力系統的運行條件（五）水輪發電機組要求實行強行勵磁（五）水輪發電機組要求實行強行勵磁電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理一一 發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務v（一）電壓控制（一）電壓控制 qGGdEUjI X等值電路相量圖GGEWUEF.IEF.UG IG. .xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.G Gj IQ xd. 電力系統運行時，負荷波動引起電壓波動，需要對電力系統運行時，負荷波動引起電壓波動，需要對勵勵磁電流磁電

5、流進行調節以進行調節以維持機端電壓在給定水平維持機端電壓在給定水平。勵磁自動控。勵磁自動控制系統擔負了制系統擔負了維持電壓水平維持電壓水平的任務。的任務。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理EqIGUGdQGqdQGqdGGqXIUEXIUEXI jUEcosIEF1UGUG2UGNIQIEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP負荷中的負荷中的無功電流無功電流是造成是造成Eq和和UG幅值差的主要原因。幅值差的主要原因。同步發電機的勵磁自動控制同步發電機的勵磁自動控制系統就是通過系統就是通過不斷地調節勵不斷地調節勵磁電流磁電流來維持端電壓在給定來維持端電壓在給定水平的。水平的。 發電

6、機的發電機的外特性外特性必然是下降的。當必然是下降的。當勵磁電流一定時，發電機端電壓隨勵磁電流一定時，發電機端電壓隨無功負荷增大而下降。無功負荷增大而下降。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務v（二）控制無功功率的分配（二）控制無功功率的分配 設單機無窮大系統：GIG.UG = 常數常數.IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.G Gj IQ xd.dPqXIEsin電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務v控制無功功率的分配 由于發電機發出的有功功率只受調速器控制，與勵磁 電流的大小無關。電力系統電力系

7、統自動裝置原理自動裝置原理電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理v發電機勵磁電流的變化只是改變了機組的無功功率和功率角的大小。v與無限大母線并聯的機組，調節它的勵磁電流的大小可以改變無功功率的數值。v在實際運行中，并聯目前并非無窮大母線，母線電壓隨著負荷的改變而變化。v改變一臺發電機的勵磁電流，不但影響自身的電壓和無功功率，也影響與之相鄰的節點的電壓和無功功率。因此發電機勵磁自動控制系統還擔負著并聯運行機組間無功功率合理分配的任務。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理靜態穩定暫態穩定 電力系統的穩定電力系統靜態穩定是指電力系統在正常運行狀態下，經受微小擾動后恢復到原來運行狀態的能力。 電

8、力系統暫態穩定是指電力系統在某一正常運行方式下突然遭受大擾動后，能否過渡 到一個新的穩定運行狀態、或者恢復到原來運行狀態的能力。 （三）提高同步發電機并聯運行的穩定性（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務v（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性 1 勵磁對靜態穩定的影響勵磁對靜態穩定的影響sinXUEPqG發電機的輸出功率為發電機的輸出功率為電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務abc同步發電機的功角特性最大可能傳輸的功率極限為最大可能傳輸的

9、功率極限為 XUEPqmsinXUEPqG發電機的輸出功率為靜態穩定極限功率Pm和Eq相關，而Eq與勵磁有關。無自動調節勵磁時，勵磁電流恒定，Eq常數，此時的功角特性稱為內功率特性。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務率特性若調節勵磁，則有外功值與勵磁有關，而qqmEEP sinXUUPGGm若有靈敏和快速勵調節器，可視保持發電機端電壓保持不變。外功角特性曲線的最大值出現在大于90度，能使發電機在大于90范圍的人工穩定區運行，可提高發電機輸送功率極限或提高系統的穩定性。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務2

10、 勵磁對暫態穩定的影響勵磁對暫態穩定的影響發電機的暫態穩定等面積法則 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理PGmax*0.750.700.650.500.350 0.2 0.4 0.6 0.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.350 1 2 3 4KTe=0.1STe=0.8S要使勵磁系統在短暫過程中完成符合要求的控制必須要求勵磁系統具備快速響應的條件。為此，一方面縮小勵磁系統的時間常數，另一方面盡可能提高強行勵磁的倍數。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務v（四）強行勵磁以改善電力系統運行條件（四）強行

11、勵磁以改善電力系統運行條件改善異步電動機的自啟動改善異步電動機的自啟動為發電機異步運行創造條件為發電機異步運行創造條件提高繼電保護工作的準確性提高繼電保護工作的準確性 電力系統出現短時低電壓時，勵磁自動控制系統可以發揮其調節功能，即大幅度地增加勵磁以提高系統電壓。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理1改善異步電動機的自起動條件改善異步電動機的自起動條件 1201008060402000 10 20 30t(s)U(%) 電網發生短路等故障時，電網電壓降低，是大多數用戶的電動機處于制動狀態。故障切除后，由于電動機自啟動時需要吸收大量無功功率，以致延緩了電網電壓的恢復過程。發電機強行勵磁可以加

12、速電網電壓的恢復，有效改善電動機的運行條件。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理3 提高繼電保護裝置的正確性提高繼電保護裝置的正確性 當系統處于低負荷運行狀態時，發電機的勵磁電流不大，若系統此時發生短路故障，其短路電流較小，且隨時間衰減，以致帶時限的繼電保護不能正確工作。勵磁自動控制系統就可以通過調節發電機勵磁以增大短路電流，使繼電保護正確工作。2為發電機異步運行創造條件為發電機異步運行創造條件 同步發電機失去勵磁時，需要從系統中吸收大量無功功率，造成系統電壓大幅度下降，嚴重時甚至危及系統的安全運行。如果系統中其他發電機組能提供足夠的無功功率，維持電壓水平，則失磁的發電機可以在一定時間內以

13、異步運行方式維持運行。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理發電機勵磁系統的任務發電機勵磁系統的任務（五）水輪發電機要求實行強行減磁（五）水輪發電機要求實行強行減磁 當水輪發電機組發生故障突然跳閘時，當水輪發電機組發生故障突然跳閘時，由于它的調速系統具有較大的慣性，不能迅由于它的調速系統具有較大的慣性，不能迅速關閉導水葉，因而會使轉速急劇上升。速關閉導水葉，因而會使轉速急劇上升。 如果不采取措施迅速降低發電機的勵磁如果不采取措施迅速降低發電機的勵磁電流，則發電機電壓有可能升高到危及定電流，則發電機電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要

14、求勵磁自動控制系統能實現強行減磁。勵磁自動控制系統能實現強行減磁。 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理二、二、 對勵磁系統的基本要求對勵磁系統的基本要求 勵磁調節器: 檢測和綜合系統運行狀態的信息, 以產生相應的控制信號, 經放大后控制勵磁功率單元以得到所要求的發電機勵磁電流。 其基本要求 勵磁功率單元: 受勵磁調節器控制，并向同步發電機轉子提供勵磁電流。 其基本要求 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 系統正常運行時,勵磁調節器應能反映發電機電壓高低以維持發電機電壓在給定水平；同步發電機端電壓靜差率：半導體型的1%，電磁型的3%。 勵磁調節器應能合理分配機組的無功功率；勵磁調節器

15、應保證同步發電機端電壓調差率在下列范圍內：半導體型的10%，電磁型的 5%。 對遠距離輸電的發電機組，為了能在人工穩定區域運行，要求勵磁調節器沒有失靈區； 勵磁調節器應能迅速反應系統故障，具備強行勵磁等控制功能以提高暫態穩定和改善系統運行條件； 具有較小的時間常數，能迅速響應輸入信息的變化。 1 對勵磁調節器的要求對勵磁調節器的要求 返回返回電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理2 對勵磁功率單元的要求 要求勵磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調節容量。在電力系統運行中，發電機依靠勵磁電流的變化進行系統電壓和本身無功功率的控制。因此，勵磁功率單元應具備足夠的調節容量以適應電力系統中各種運行

16、工況的要求。 具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。從改善電力系統運行 條件和提高電力系統暫態穩定性來說，希望勵磁功率單元具有較大的強勵能力和快速的響應能力。因此，在勵磁系統中勵磁頂值電壓和電壓上升速度是兩項重要的技術指標。 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理動態特性動態特性N0 5sEFqEFUU強勵倍數勵磁電壓速度：通常將勵磁電壓在最初 。 內上升的平均速率定義為勵磁電壓響應比。勵磁電壓上升速度曲線勵磁電壓上升速度曲線電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理第二節第二節 同步發電機勵磁系統類型同步發電機勵磁系統類型同步發電機的勵磁電源為可控的直流電源。發電機勵磁電源必須具備足夠的調節

17、容量。并且具有快速的勵磁電壓響應速度和具有一定的強勵倍數。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理第二節 同步發電機勵磁系統 勵磁系統的歷史直流勵磁機勵磁系統（直流發電機） 機械整流子在換流方面遇到了困難，且大功率半導體整流元件制造工藝的日益成熟。交流勵磁機勵磁系統(交流發電機和半導體整流元件組成 ) 靜止勵磁系統 (發電機自并勵系統) 為了縮短主軸長度，降低造價，減少環節。電力系統發展初期，同步發電機容量不大電力系統發展初期，同步發電機容量不大電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理一 直流勵磁機勵磁系統（100MW以下） 直流勵磁系統是過去常用的勵磁方式。由于靠機械整流子換向整流的，當勵磁

18、電流過大時，換向就很困難。直流勵磁只能在10萬kw以下小容量機組中采用。直流勵磁機大多與發電機同軸，是靠剩磁來建立電壓的。按勵磁機的勵磁繞組供電方式的不同 ，又可以分為自勵式和他勵式兩種。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理圖 2 - 1 直流發電機原理圖 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理=G勵磁調節器IAVRIEEIRIE1 自勵直流勵磁機勵磁系統 DER電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理2 他勵直流勵磁機勵磁系統 G勵磁調節器IEEIR=IE=IAVRPEDE他勵方式取消了勵磁機的自并勵，勵磁單元時間常數減小，提高了勵磁系統的電壓增長速率。一般用于水輪發電機組。電力系統電

19、力系統自動裝置原理自動裝置原理直流勵磁系統具有直流勵磁系統具有方便、可靠、波形好，對電源干方便、可靠、波形好，對電源干擾小擾小等優點。等優點。直流勵磁機有直流勵磁機有電刷、整流子電刷、整流子等轉動接觸部件，運行等轉動接觸部件，運行維護成本高，從可靠性來講，是勵磁系統中的維護成本高，從可靠性來講，是勵磁系統中的薄弱薄弱環節環節。在直流勵磁系統中，以往采用在直流勵磁系統中，以往采用電磁型調節器電磁型調節器。這種。這種調節器以磁放大器作為功率放大和綜合信號的元件，調節器以磁放大器作為功率放大和綜合信號的元件，反應速度較慢，但工作較為可靠。反應速度較慢，但工作較為可靠。直流勵磁機直流勵磁機工作容量小工

20、作容量小，適合小機組的使用。，適合小機組的使用。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理二、交流勵磁機勵磁系統（二、交流勵磁機勵磁系統（100MW以上以上） 容量在100MW以上的同步發電機普遍采用交流勵磁系統。同步發電機的勵磁機也是一臺同步交流發電機，其輸出電壓經過大規模整流器整流后供給發電機轉子。交流勵磁機勵磁系統的核心是勵磁機，輸出頻率和電壓是根據需要特殊設計的，頻率一般為100Hz或更高。按勵磁供電方式的不同，也可以分為自勵式和他勵式兩種。 他勵交流勵磁機勵磁系統 自勵交流勵磁機勵磁系統 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理1 1 他勵他勵交流勵磁機交流勵磁機靜止整流器靜止整流器勵

21、磁系統勵磁系統G自勵恒壓調節器放大器觸發器電壓檢測調差勵磁調節器交流發電機交流勵磁機交流副勵磁機可控整流器滑環起勵電源VSR電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理交流勵磁機和副勵磁機與發電機同軸是獨立的勵磁電源，不受電網干擾，可靠性高。交流勵磁機時間常數大，為了提高勵磁系統快速響應，頻率采用100Hz150Hz，勵磁機時間常數可以減少一半。交流副勵磁機的頻率為400500Hz。同軸交流勵磁機、副勵磁機，加長了發電機主軸的長度，造價較高。仍有轉動部件，需要一定的維護量。一旦副勵磁機或自勵恒壓調節器發生故障，均可導致發電機失磁，因此可以考慮采用永磁發電機作為副勵磁機。電力系統電力系統自動裝置原理

22、自動裝置原理2 他勵交流勵磁機旋轉整流器勵磁系統(無刷勵磁) G勵磁調節器交流發電機旋轉元件永磁副勵磁機晶閘管整流器NS電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理無炭刷和滑環，維護工作量減少，特別適用于大型機組。發電機勵磁由勵磁機獨立供電，供電可靠性高，并且由于無刷，整個勵磁系統可靠性更高。響應速度較慢。發電機轉子極其勵磁電路都隨軸旋轉，不能接入滅磁設備，也無法實現常規的檢測。要求旋轉整流器和快速熔斷器有良好的機械功能，能承受高速的旋轉離心力。沒有接觸部件的磨損，也沒有炭粉對電機繞組的污染，電機絕緣壽命變長。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理1 自勵交流勵磁機靜止可控可控整流器勵磁系統 G

23、 AVR 滑環自動恒壓元件電壓起勵元件VSAE起勵電源交流勵磁機的勵磁一般采用晶閘管自勵恒壓方式。勵磁調節器AVR直接控制晶閘管整流裝置，時間常數小，勵磁調節快速性好。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理2 自勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統 G 勵磁調節器滑環電壓起勵元件VAE起勵電源勵磁調節器控制晶閘管整流裝置VS，調節發電機勵磁。增加了交流勵磁機自勵回路環節，動態響應速度受到影響。VS電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理靜止勵磁系統不用勵磁機，而由機端勵磁變壓器提供給整流裝置。這類勵磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒有旋轉部分。勵磁電源由發電機自身供給。用于大型發電機組，特別是水輪發電

24、機組。國外把這種方式列為大型機組的定型勵磁方式我國已經在一些機組上以及引進的大型機組上，采用該勵磁方式三三 靜止勵磁系統靜止勵磁系統 (發電機自并勵系統發電機自并勵系統) )電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理三 靜止勵磁系統 (發電機自并勵系統)G 勵磁調節器滑環電壓起勵元件VS起勵電源電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理1)結構簡單、沒有旋轉裝置，可靠性高、造價低、維護量小。 2)沒有勵磁機（勵磁變壓器放置自由），縮短了機組長度，可減少電廠土建造價。 3)直接用可控硅控制轉子電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度。4) 由發電機端取得勵磁能量。機端電壓與機組的轉速一次方成正比，故靜止系

25、統輸出的勵磁電壓與機組轉速一次方成正比，而同軸勵磁機系統輸出的勵磁電壓與機組轉速二次方成正比。所以當機組甩負荷時靜止系統的過電壓就低。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理兩點憂慮：1)靜止勵磁系統的頂值電壓受發電機端和系統側故障的影響。 2)由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護能否正確動作。 對于大容量機組，轉子時間常數較大，轉子電流要在短路0.5S后才顯著衰減。在短路開始的0.5S內，靜止勵磁方式和他勵方式的勵磁電流是很接近的。 至于高壓電網中的重要設備保護動作都在0.1S內，沒有必要擔心。至于接在地區電網的發電機，短路電流衰減很快，繼電保護的配合較復雜，要采取一定的技術措施以保護正

26、確動作。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 同步發電機的勵磁系統中整流電路的主要任務是將交流電壓整流成直流電壓供給發電機勵磁繞組或勵磁機的勵磁繞組。 大型發電機的轉子勵磁回路通常采用三相橋式不可控整流電路，在發電機自并勵系統中采用三相橋式全控整流電路；勵磁機勵磁回路通常采用三相橋式半控整流或三相橋式全控整流電路。 整流電路是勵磁系統中必備部件，它對運行有極其重要的影響。第三節第三節 勵磁系統的整流電路勵磁系統的整流電路電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理第三節 勵磁系統中的整流電路 三相橋式不可控整流電路 三相橋式半控整流電路 三相橋式全控整流電路 一 三個基本整流電路二 整流電路的

27、換流壓降及外特性 三 最小逆變角 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理一、三相橋式不可控整流電路一、三相橋式不可控整流電路eaecebteabac bc ba ca cbab acbc161232345456161232ut1 工作原理 任何時刻同時有兩只二極管導通，一只為共陰極連接的二極管，一只為共陽極連接的二極管。 陽極電位最高、陰極電位最低的二極管導通，其他二極管承受反向電壓截止。 每個二極管導通120度，三相相電壓的交點為換流點（自然換向點）。+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2135246電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理2 輸出電壓的平均值abaaaabaEEtt

28、EtdtEtEtdeeU35. 134. 232coscos22632sinsin22626262626電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 二、三相橋式半控整流電路二、三相橋式半控整流電路1 工作原理（純電阻性負載）RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V 任何時刻同時有兩只二極管導通，一只為共陰極連接的二極管，一只為共陽極連接的二極管。 受觸發的晶閘管和最低電壓相的二極管導通。 晶閘管的導通順序與三相電源的相序相同，觸發脈沖相位依次相差120度。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理eaecebteug16 12 32 34 54 56 1612 32tut脈沖控制角=013

29、5abacbc baca cb ab ac bcug1ug3ug5電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=30euguLttt65226321tdeetdeeUcabad 2cos135. 12cos134. 2lEEeaecebabac bc ba ca cb161232345456ug1ug3ug5電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=60uguLtteteaecebacbacb123456導通角120，為連續的臨界狀態。ug1ug3ug5電力系統電力系統自動裝置原理自

30、動裝置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=120uguLttet676321tdeeUcad 2cos135. 12cos134. 2lEEeaeceb123456acbacbug1ug3ug5ug5電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=180uguLtteteaeceb的移相范圍0-180ug1ug3ug5電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理2 輸出電壓與控制角關系 2cos135. 12cos134. 2ldEEU脈沖控制角小于60，負載電壓波形連續。脈沖控制角大于60，負載電壓波形斷續。電力系統

31、電力系統自動裝置原理自動裝置原理3 失控現象和續流二極管的作用 uguLttett3 t4 t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+ (-)- (+)eaecebacbacb123456ug1ug3ug5電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理三、三相橋式全控整流電路三、三相橋式全控整流電路 ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L 六只晶閘管的導通順序為1、2、3、4、5、6。 它們的觸發脈沖相位依次相差60。同一時刻有兩個二極管導通，需用寬度大于60的觸發脈沖，或者用雙窄脈沖電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理每個元件除了在各自的換流點處有

32、一個脈沖之外，還在60度電角度之后的下一個導通元件的導通時刻補了一個脈沖。所補的脈沖在電流連續的穩態工作時并不起任何作用，但它卻是電路啟動及在電流斷續時使電路正常工作所不可缺少的，這種觸發方式稱之為“雙窄脈沖觸發”。 若把上面的雙窄脈沖連成一個寬脈沖，電路當然也可正常工作，這種觸發方式稱之為“寬脈沖觸發” 1. 三相橋式全控整流電路觸發脈沖的形式ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理euLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=0 2. 工作原理eaeceb161232345456abac bc ba

33、ca cbug1ug3ug5ug2ug4ug6電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=60 euLugtttugt2eaeceb161232345456abac bc ba cacbug1ug3ug5ug2ug4ug6電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=90 uLtugtugtett1 t2eaeceb161232345456ab ac bc ba cacbug1ug3ug5ug2ug4ug6電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理ReaebecVS1VS3VS5

34、VS4VS6VS2L脈沖控制角=60 150 eugtttugtuLt1 t2VS6VS1VS3VS2VS4eaeceb1612323456ab ac bc baca電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理3 輸出電壓與控制角關系cos35.1cos6sin223cos262166llldEEttdEU 電感性負載逆變角 =180 - uLtugtugtett1 t2在90時，輸出平均電壓Ud為負，三相全控橋工作在逆變狀態。eaeceb電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理3cos135.13cos1223sin26213llldEEttdEU 電阻性負載 電阻性負載33uLtugtugte

35、tt1 t2eaecebab ac bc ba cacb電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1四 整流電路的換流壓降及外特性 eaecebabc各相交流回路中存在電感，相間換流不是瞬間突變完成的，前一相的電流從Id逐漸降至0，后一相的電流從0逐漸上升到Id.換流瞬間又三個橋臂同時導通。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形udidtOtOiciaibiciaIduaubuc電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理換相壓降換相壓降與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降低的

36、多少。dBd2IXmU單相全波單相全波m=2單相全橋單相全橋m=4三相半波三相半波m=3三相全橋三相全橋m=6m為脈波數，為脈波數，m也可視為也可視為器件數器件數換相重疊角的計算換相重疊角的計算0d2)cos(cosdUU單相全波、全橋單相全波、全橋209 . 0 UUd三相半波三相半波三相全橋三相全橋2017. 1UUd2034. 2UUd電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理2-67由上述推導過程，已經求得： 隨其它參數變化的規律： （1） Id越大則 越大； （2） XB越大 越大； （3） 當 90 時， 越小 越大。2dB62)cos(cosUIX三相全控：dKdIXEU3cos3

37、4. 22電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L五 最小逆變角 off晶閘管關斷角 逆變失敗逆變失?。孀冾嵏玻?逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯順向串聯，形成很大短短路電流路電流。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理換相重疊角的影響：圖3-49 交流側電抗對逆變換相過程的影響當 時，換相結束時，晶閘管能承受反壓而關斷。如果 時（從圖3-49右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會關斷，而應關斷的晶閘管（VT1)不能關斷，最終導致逆變失敗。 ud

38、OOidttuaubucuaubp iVT1iVTiVT3iVTiVT322 min一般取2530。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理第四節第四節 勵磁控制系統調節特性和并聯機組間勵磁控制系統調節特性和并聯機組間無功分配無功分配v勵磁控制系統框圖 GU同步發電機勵磁功率單元勵磁調節器EFIGIREFU手動自動勵磁調節器檢測發電機的電壓、電流或其它狀態量，然后按指定的調節準則對勵磁功率單元發出控制信號，實現控制功能。 勵磁系統其他信號電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理勵磁調節器最勵磁調節器最基本的功能基本的功能是調節發電機的端電壓。是調節發電機的端電壓。常用的勵磁調節器是常用的勵磁調

39、節器是比例式比例式調節器。調節器。輸入量輸入量是發電機機端電壓；是發電機機端電壓；輸出量輸出量用來控制勵磁功率單元。用來控制勵磁功率單元。電壓升高時輸出減小，電壓降低時輸出增大。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理如果發電機沒有勵磁調節器，依靠人工改變直流勵磁機的磁場電阻Rc來調整機端電壓。人工調節電壓，可以分解為： 測量 判斷 執行電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理一一 勵磁調節器的基本特性與框圖勵磁調節器的基本特性與框圖 v比例式勵磁調節器 發電機電壓升高時，調節器經測量后，減小輸出電流。當電壓降低時 ，增大輸出電流。它與勵磁機配合，控制發電機的轉子電流，組成閉合回路，實現對發電

40、機端電壓的自動調節。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理勵磁調節器的基本特性與框圖勵磁調節器的基本特性與框圖v勵磁調節器基本框圖勵磁功率測量比較測量比較綜合放大綜合放大電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理二、勵磁調節器的靜態工作特性二、勵磁調節器的靜態工作特性v勵磁調節器的簡化框圖)()(43214321GREFAVRSMAVRdeSMGREFdeUUKKKKUUKKUUKUUUKU測量K1綜合放大K2移相觸發K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVR（一）靜態工作特性的合成（一）靜態工作特性的合成勵磁調節器總的放大倍數等于各組成單元放大倍數的乘積 電力系統電力系統自動裝置原理自

41、動裝置原理勵磁調節器的基本特性與框圖勵磁調節器的基本特性與框圖v勵磁調節器的靜態工作特性在勵磁調節器工作范圍內：UG升高，UAVR急劇減小， UG降低，UAVR急劇增加。線段ab為勵磁調節器的工作區。在ab內發電機電壓變化很小，可維持發電機電壓水平。調節器的靜態工作特性曲線隨給定值的變化而移動。0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba測量單元綜合放大單元輸入輸出單元綜合特性電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理（二）發電機勵磁自動控制系統靜態特性（二）發電機勵磁自動控制系統靜態特性發電機勵磁自動控制系統由勵磁系統和被控對象發電機組成。發電機的調節特性是發電機轉子電

42、流IEF與無功負荷電流IQ的關系。由于勵磁調節器的作用，發電機端電壓僅在額定值附近變化。勵磁機的工作特性在一般情況下是接近線性的。發電機轉子電流可直接用勵磁機勵磁電流直接表示。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理勵磁調節器的基本特性勵磁調節器的基本特性v發電機勵磁控制系統靜態特性 QEFIfI發電機調節特性發電機勵磁控制系統靜態特性 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理勵磁調節器的基本特性勵磁調節器的基本特性UG=f(IQ)曲線說明，發電機在自動勵磁調節器后，無功電流IQ變化時，電壓UG基本維持不變。調節特性略有下頃，下頃的程度表征了發電機勵磁控制系統中一個重要的運行特性參數調差系數。

43、GGGGNGGUUUUUU2121無功調節特性UGUG1UG20IQIQNUG電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理勵磁調節器的基本特性勵磁調節器的基本特性調差系數表示無功電流從零到額定值時，發電機電壓的相對變化。調差系數越小，無功電流變化時發電機變化越小。調差系數表征了勵磁控制系統維持發電機電壓的能力。%100%21GNGGUUU無功調節特性UGUG1UG20IQIQNUG電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理對于按電壓偏差進行比例調節的勵磁控制系統，當調差單元退出工作時，其固有的無功調節特性也是下降的，稱為自然調差系數。對勵磁調節器特性進行調整主要為了滿足運行要求：1 平穩地改變無功負

44、荷；2 保證并聯運行地發電機組無功功率地合理分配。勵磁調節器設置了電壓整定及調差單元。公共母線的無功調節分配主要決定于各臺發電機的無功調節特性。而無功調節特性是用調差系數來表征的。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理勵磁調節器的基本特性勵磁調節器的基本特性發電機無功調節特性UGIQ= 0 0UG0 0為正調差系數，調節特性下傾，發電機端電壓隨無功電流增大而降低 0為負調差系數，調節特性上翹，發電機端電壓隨無功電流增大而上升= 0為無差特性，發電機端電壓恒為定值電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理v（三）發電機調節特性的平移（三）發電機調節特性的平移調節特性1-2-3退出運行,IQ減小到

45、零,無沖擊調節特性3-2-1IQ投入運行到要求值, 無沖擊UGIQUM123IQ2IQ1發電機投入或退出電網時，要求能平穩地轉移負荷，不對發電機投入或退出電網時，要求能平穩地轉移負荷，不對電網產生沖擊。電網產生沖擊。運行人員調節機組的勵磁調節器整定單元的整定值就可運行人員調節機組的勵磁調節器整定單元的整定值就可以控制無功調節特性上下移動，實現無功功率的轉移。以控制無功調節特性上下移動，實現無功功率的轉移。一臺發電機帶有勵磁調節器，與無窮大一臺發電機帶有勵磁調節器，與無窮大母線并聯運行。母線并聯運行。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理三、并聯運行機組間的無功功率分配三、并聯運行機組間的無功

46、功率分配 發電機并聯運行，改變任何一臺發電機的勵磁電流，不僅影響自身的無功電流，而且還影響同一母線上其他并聯運行機組的無功電流。引起母線電壓變化 這些變化與機組的無功調節特性有關。1 一臺無差調節特性的機組與有差調節特性機組的并聯運行一臺無差調節特性的機組與有差調節特性機組的并聯運行UGIQ = 0 0UUUIQ2 母線電壓保持U不變。如果電網無功負荷改變，第一臺發電機無功電流改變，第二臺維持 IQ 。移動第二臺發電機特性曲線可改變發電機間無功負荷的分配。若要改變母線電壓，移動第一臺機組調節特性曲線。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理三、并聯運行機組間的無功功率分配三、并聯運行機組間的無

47、功功率分配v無差調節特性 1 無差+有差 有困難無法穩定UGIQ = 0 0UUUIQ2一臺無差調節特性發電機和多臺正調差特性的發電機并聯運行。但實際運行中，有差調節特性的發電機將承擔無功功率的全部增量，一方面一臺機組的容量有限，另一方面機組間無功功率的分配也不合理，所以這種方式很難采用。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理三、并聯運行機組間的無功功率分配三、并聯運行機組間的無功功率分配不能并聯運行 2 無差+無差 UGIQUUU為第一臺發電機的電壓整定值，U為第二臺發電機的電壓整定值，實際調試很難做到U 、U正好重合，所以他們不能并聯運行。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理并聯運行

48、機組間的無功功率分配并聯運行機組間的無功功率分配v有差調節特性 UGUGUG0IQIQUG0UGNIQIQIQIQN N機組間的無功負荷的分配取決于各自的調差系數。兩臺正調差特性的發電機在公共母線上并聯運行。 UG IQIQ假定無功負荷增加，母線電壓下降，調節器動作，增加勵磁電流，新的穩態電壓UG。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理QNGNGGGQIUUUUI00GGGNGNGGGQUUUUUUUI0001QNGNGQGGIUUIUU00*GQUIABQBQAII*電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 母線電壓波動時，發電機無功電流的增量與電壓偏差成正比，與調差系數成反比，而與電壓整

49、定值無關。 負號表示在正調差情況下，當母線電壓降低時，發電機無功電流將增加。 正調差情況下，無功負荷波動時，并聯發電機電壓偏差相同，調差系數小的發電機承擔較多的無功電流增量調差系數小的發電機承擔較多的無功電流增量。 通常要求各臺發電機無功負荷波動量與額定容量成正比，也就是無功電流波動量的標幺值相等，也就是要求并聯運行發電機具有相同的調差系數。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 例3-1 某電廠有兩臺發電機在公共母線上并聯運行，一號機的額 定功率為25MW，二號機的額定功率為50MW。兩臺機組的額定功 率因數都是0.85，調差系數為0.05。如果系統無功負荷使電廠無功 功率的增量為它們總無

50、功容量的20%，問各機組承擔的無功負荷增 量是多少？母線上的電壓波動是多少？ 1號機額定無功功率2號機額定無功功率因為兩臺機的調查系數均為0.05，所以公共母線上等值機的調查系數也為0.05。var49.1585. 0arccos25111MtgtgPQNGNGvar99.3085. 0arccos50222MtgPQNGNG電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理母線電壓波動一號機組的無功負荷增加3.10M var，二號機組的無功負荷增加6.20M var。 調差系數相等，無功的波動量與它們的容量成比例。 各機組無功負荷波動量01. 02 . 005. 0QU2 . 005. 0/01. 0

51、/11UQ2 . 005. 0/01. 0/22UQ10. 349.152 . 0111NGQQQ(Mvar)20. 699.302 . 0222NGQQQ(Mvar)電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 例3-2 在例3-1中，若一號機的調差系數為0.04，二號機調差系數仍 為0.05。當系統無功負荷波動時仍使電廠總無功增加20%，問各機組的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？ 解：首先應求出公共母線上等值機的調差系數，為此推導如下： )/()(212211212211NGNGNGNGNGNGNGNGQQQQUQQQQQQQ/221121UQQQQUNGNGNGNG電力系統電力系

52、統自動裝置原理自動裝置原理046. 005. 099.3004. 049.1599.3049.15)(221121NGNGNGNGQQQQ 母線電壓波動為 0092. 02 . 0046. 0QU各機組的無功增量 23. 004. 0/0092. 0/11UQ185. 005. 0/0092. 0/22UQ56. 349.1523. 0111NGQQQ(Mvar)73. 599.30185. 0222NGQQQ(Mvar)一號機組的無功負荷增加3.56M var，二號機組的無功負荷增加5.73M var。 調差系數小的機承擔的無功負荷增量較大。 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理v一、勵

53、磁調節器的原理及發展一、勵磁調節器的原理及發展 （一）電壓調節的原理（一）電壓調節的原理 按調節原理可分為反饋型和補償型。 反饋型電壓調節器按被調量（發電機電壓）與給定量（設定值）之間的差值進行調節，閉環反饋，能較好地維持電壓水平，得到了廣泛應用。 補償型電壓調節器補某些因素引起的發電機電壓的變動，由于補償的局限性，很難獲得理想補償，不能維持電壓水平。第五節第五節 勵磁調節裝置原理勵磁調節裝置原理電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理（二）勵磁調節器的發展及分類（二）勵磁調節器的發展及分類 機械式機械式機電型機電型磁放大器磁放大器電磁型電磁型電子模擬放大器電子模擬放大器電子型電子型CPU存儲

54、邏輯存儲邏輯數字型數字型20世紀初1950s1960s1990s電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理1 1、機電型電壓調節器、機電型電壓調節器電磁型調節器，各單元由電磁元件構成，具有較大的時間常數，其優點是可靠性高，能滿足電力系統運行的要求。早期的機電型電壓調節器，需要克服摩擦，具有不靈敏區。2 2、電磁型電壓調節器、電磁型電壓調節器電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理3 3、電子型電壓調節器、電子型電壓調節器電子元件幾乎沒有時滯，功率放大倍數較高，得到廣泛應用。電子型勵磁調節器，由基本控制和輔助控制兩部分組成。 基本控制基本控制由調差、測量比較、綜合放大、移相觸發組成，實現電壓調節和

55、無功功率分配等基本調節功能。 輔助控制輔助控制為了滿足發電機不同運行工況、改善電力系統穩定性、改善勵磁系統動態性能而設置的單元，包括勵磁系統穩定器、電力系統穩定器、勵磁限制等電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理人人機接口機接口調節控制輸出調節控制輸出勵磁調節裝置原理勵磁調節裝置原理基基 本本控控 制制電壓調節電壓調節無功分配無功分配輔輔 助助控控 制制瞬時電流限制瞬時電流限制最大勵磁電流限制最大勵磁電流限制最小勵磁電流限制最小勵磁電流限制電壓電壓/頻率保護頻率保護失磁監控失磁監控勵磁系統穩定器勵磁系統穩定器PSS等等等等數字式勵磁調節器數字式勵磁調節

56、器硬件硬件+ +軟件軟件信息采集單元信息采集單元主控制單元主控制單元電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理二、數字式勵磁調節器原理二、數字式勵磁調節器原理v（一）數字式勵磁調節器原理框圖（一）數字式勵磁調節器原理框圖電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理1 主控制單元（主機）主控制單元（主機）（3） 存儲器部分存儲器部分（2） 總線接口部分總線接口部分（1） 中央處理（中央處理（CPU）單元）單元電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 基本功能需要測量信息：機端電壓、電流，以及反映機組運行狀態的開關量信息。 輔助功能需要測量信息：頻率、勵磁電流等信息。 測量單元的任務是將所需測量的各類電

57、量值的電壓、電流信號轉化為數字信號，同時經過必要的計算和數據緩存，經數據總線供給主控制單元。 信息采集由接口電路和輸入過程通道兩部分組成。2 信息采集單元信息采集單元 電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理 晶閘管構成的全控整流橋是勵磁系統的功率單元。 晶閘管需要按照一定的次序導通，需要按照一定的次序對晶閘管的門極施加觸發脈沖，這是移相觸發單元的任務。 移相觸發單元產生可調相位的脈沖，用來觸發晶閘管，使其觸發角能隨著主控制單元輸出的控制數據而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調節勵磁電流。3 移相觸發單元移相觸發單元電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理三相橋式全控整流電路中，觸發脈沖

58、：+A - -C - +B - -A - +C - -B勵磁調節器對移相觸發單元的要求：1） 觸發脈沖移相范圍要符合相應可控整流電路的要求。2）觸發脈沖要有足夠的功率（對電壓、電流幅度有要求），使晶閘管元件可靠的導通。3） 觸發脈沖的上升前沿要陡，上升時間10us左右。觸發脈沖要有一定的寬度，一般寬度要不小于100us，通常為1ms（相當于50Hz正弦波的18度）4） 觸發單元與主電路隔離，以保證安全。5） 整個移相范圍保證各相觸發角一致，一般各相脈沖相位差應小于10度，三相橋式全控則小于5度。電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理（1） 程序調試：面向軟件專職人員（2） 參數設定與維護：面

59、向電廠技術人員（3） 運行操作：面向值班運行人員數字式勵磁調節器的人機接口主要考慮滿足現場人員的要求，更具有智能化的優勢。4 人機接口人機接口電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理二、數字式勵磁調節器原理二、數字式勵磁調節器原理v（二）調節和控制的數學模型v 1.PID模型模型:按偏差的比例、積分和微分進行控制的PID調節器，是連續控制系統中技術成熟、應用廣泛的一種調節器。PID參數可以在線整定。 dttdeTdtteTteKtuDtIP01PID調節算法可用微分方程表示為：電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理二、數字式勵磁調節器原理二、數字式勵磁調節器原理 dttdeTdtteTteK

60、tuDtIP01離散化為 KjDIPTKTeKTeTTjTeTTKTeKKTu0數字式勵磁調節器是一種采樣控制，用差分方程代替微分方程。在采樣時刻t=KT(T為采樣周期)，則方程離散化： )(1)(00TKTeKTeTdttdejTeTdtteKTeteKTututkj電力系統電力系統自動裝置原理自動裝置原理KjDIPTKTeKTeTTjTeTTKTeKKTu0為位置式PID；u（KT）是全量輸出，是絕對值大小，與過去的狀態值有關，位置式算法的計算量較大，需要對e(KT)做累積。另一種是增量式PID調節，調節量輸出是增量102KjDIPTKTeTKTeTTjTeTTTKTeKTKTuKjDIP