電力系統自動裝置第4章

同步發電機自動并列裝置

重點

準同步并列條件分析自動準同步裝置原理微機自動準同步并列裝置教學目的：了解同步的基本概念，自動準同步裝置的構成及作用，并列操作基本要求、方法及特點，同步點設置及分類。掌握準同步并列條件分析；線性整步電壓特點及導前時間獲得原理、頻差檢測原理、頻差方向鑒別原理、壓差大小和方向鑒別原理；微機自動準同步并列裝置的特點、構成原理。4.1

并列操作概述4.1.1電力系統并列操作的意義將同步發電機投入電力系統并列運行的操作并列操作

定義并列操作的基本要求（1）并列瞬間，發電機的沖擊電流不應超過規定的允許值。（2）并列后，發電機應能迅速進入同步運行。

采用自動并列裝置進行并列操作，不僅能減輕運行人員的勞動強度，也能提高系統運行的可靠性和穩定性。啟示工程案例

從三峽水電站的單機容量70萬千瓦，到金沙江領域的白鶴灘水電站的自主研發單機容量100萬千瓦機組，位居世界第一，在國際水電站建設方面處于遙遙領先的地位；更值得一提的是，白鶴灘水電站的機組每一個部件甚至是小小的螺絲都是中國自主研發設計制造的。100萬千瓦機組精確并列操作投入電網運行，也是中國工程師們追求卓越、精求技能的大國工匠精神的體現。白鶴灘水電站

4.1.2同步發電機并列操作的方法

并列方法準同步并列自同步并列

先勵磁后并列，并列時產生的沖擊電流較小，不會使系統電壓降低，并列后容易拉入同步。先并列后勵磁，操作簡單、并列速度快，在系統發生故障、頻率波動較大時，發電機組仍能并列操作并迅速投入電網運行，可避免故障擴大，有利于處理系統事故。定義4.1.3準同步裝置的分類

由運行操作人員手動調整發電機的電壓和頻率，并監視電壓差、頻率差和整步表，靠經驗判斷合閘時間，操作斷路器合閘。1.手動準同步裝置

手動準同步裝置主要存在以下問題

（1）

（2）

（3）

存在重大的安全隱患延誤并網時間手動準同步裝置一般是幾臺機組共用一套，各機組的控制電纜較多，接線較復雜。

在控制回路中裝設了非同步合閘閉鎖裝置，用于防止運行人員誤發合閘脈沖所造成的非同步合閘。2.自動準同期裝置

不設轉速與電壓調節單元，發電機的電壓和頻率的調整由手動進行；只設合閘命令控制單元，同期裝置能自動檢查頻率差、電壓差滿足要求時，選擇合適時間發出合閘脈沖，將斷路器合閘。自動監視電壓差、頻率差及選擇理想的時間發出合閘脈沖，使斷路器在相角差為0°時合閘。同時設有自動調節電壓和頻率單元，在電壓差和頻率差不滿足條件時發出控制脈沖。若頻率差不滿足要求，自動調節原動機的轉速，增加或減小頻率，即通過控制原動機的調速器實現；若電壓差不滿足要求時，自動調節發電機的電壓使電壓接近系統的電壓，即通過控制發電機勵磁調節裝置實現。（1）半自動準同期裝置（2）自動準同期裝置4.1.4同期并列的類型

指發電機通過斷路器與系統實現準同期并列，同期對象是發電機。機組型同期（2）自動準同期裝置

作為自動準同期裝置，當頻差超出設定的頻差時，裝置應發出調速脈沖，跟蹤系統頻率，使頻差盡快進入設定頻差范圍內；當頻差過小時，裝置自動發出增速脈沖。當壓差超出設定壓差時，裝置應發出調壓脈沖，跟蹤系統電壓，使壓差盡快進入設定壓差范圍內。如果頻差、壓差均在設定范圍內，則裝置自動發出合閘脈沖命令，在相角差為零時刻并列斷路器主觸頭正好閉合，完成自動準同期并列。4.1.4同期并列的類型

指發電廠與系統或兩個系統間一般通過線路聯系，在這種情況下的同期。線路型同期（2）自動準同期裝置

其特征：實現準同期并列，裝置不發出調速、調壓脈沖，只能等待頻差、壓差滿足要求，在滿足要求情況下實現自動準同步并列。

實質上是等待同期，捕獲兩個系統間的相角差為零的時刻完成并列。

4.2準同期并列條件分析4.2準同期并列條件分析

1.中性點直接接地系統的同步點電壓取得方式4.2.1同期電壓及同期點

4.2.1同期電壓及同期點2.中性點不接地系統的同步點電壓取得方式4.2.1同期電壓及同期點3.變壓器高、低壓側同步電壓的取得方式4.2.1同期電壓及同期點定義

同期點

指發電廠內，凡可以進行并列運行的斷路器。4.同期點及同期方式

4.同期點及同期方式同期點雙繞組變壓器可只在低壓側斷路器設同期點發電機或發-變組出口斷路器三繞組變壓器的任一側斷路器

各級母聯斷路器及6-10KV分段斷路器均考慮裝設手動準同期裝置和自動準同期裝置，以提高母線倒換操作的靈活性。

4.同期點及同期方式1—表示手動準同期2—表示自動準同期4.2.2準同期并列條件分析準同步并列理想條件（1）待并發電機電壓與系統電壓相等。（2）待并發電機頻率與系統頻率相等。（3）并列斷路器主觸頭閉合瞬間，待并發電機電壓與系統電壓間的相角差為零。4.2.2準同期并列條件分析1.發電機并入系統時的沖擊電流和沖擊功率

沖擊電流周期分量有效值為沖擊功率（隱極機）為4.2.2準同期并列條件分析2.頻率差值的影響

4.2.2準同期并列條件分析

為正弦脈動波，其最大幅值為

，所以滑差電壓

又稱為脈動電壓。滑差周期為

如果發出合閘命令的時刻不恰當就有可能在相角差較大時合閘，從而引起較大的沖擊電流。此外，如在頻率差較大時并列，頻率較高的一方在合閘瞬間將多余的動能傳遞給頻率低的一方，即使合閘時的相角差不大,當傳遞能量過大時待并發電機需經歷一個暫態過程才能拉入同步運行，嚴重時將導致失步。因此要求待并發電機與運行系統的頻率差不超過0.1～0.25Hz。

4.2.2準同期并列條件分析3.電壓差值的影響

沖擊電流最大瞬時值為：

為保證發電機安全，一般要求沖擊電流不超過發電機出口短路電流的0.05～0.1倍，則準同期并列時電壓允許偏差的范圍為5%～10%的額定電壓。4.2.2準同期并列條件分析4.相角差值的影響

沖擊電流最大瞬時值為：

通常要求沖擊電流不超過發電機出口三相短路電流的0.1倍，要求合閘時相角差不超過10°。本節小結1)并列操作及基本要求2)并列操作方法及特點3)手動準同期與自動準同期4)同期電壓取得方式、同期點設置5）準同期并列條件準同期并列時電壓允許偏差為5%～10%額定電壓、相角差不超過

、頻率差不超過0.1～0.25Hz4.3自動準同期裝置的基本構成4.3自動準同期裝置的基本構成4.3.1自動準同期裝置的功能

功能1）自動檢測待并發電機與運行系統之間的電壓差、頻率差是否符合并列條件，在滿足這兩個條件時，自動地發出合閘脈沖，使并列斷路器主觸頭在相角差為零的瞬間閉合。2）當壓差、頻差不滿足并列條件時，能對待并發電機自動地進行調壓、調速，以加快進行自動并列的過程。

4.3自動準同期裝置的基本構成

傳統常采用自動準同期裝置：

ZZQ-5（51、52）-許昌繼電器

ZZQ-3A（3B）-阿城繼電器

微機型自動準同步裝置：

如南自所SJ-11（12）、SID-2系列、MAS型、MCF2051-1型、WX型和W2Q3型等4.3自動準同期裝置的基本構成4.3.2自動準同期裝置的組成

合閘信號控制單元頻差控制單元壓差控制單元

自動檢測待并發電機和運行系統間的滑差角頻率，且自動調節發電機轉速，使發電機的頻率接近于系統頻率。自動檢測待并發電機和運行系統間頻率差、電壓差是否滿足并列要求。頻差和壓差均滿足時，在發電機和系統電壓相位重合前提前一個時間發合閘脈沖，當頻差、壓差有一個條件不滿足時，則閉鎖合閘脈沖。自動檢測待并發電機和運行系統間的電壓差，且自動調節發電機電壓，使發電機電壓與系統電壓間的壓差小于規定允許值。4.3.3模擬式自動準同期裝置存在的問題

導前時間不恒定參數不穩定等原因，使最后輸出的三角波電壓波形變形和理想的三角波有差異由于阻容電路的時間常數不準確，造成導前時間不準確和較大頻差下工作產生很大的沖擊。同步操作速度慢裝置受電路原理限制，既無法做到精確同步，也無法做到快速同步。

使用的電阻、電容及晶體管元器件，其參數都與溫度、濕度和時間有關，而裝置的特性及精度取決于這些元件的參數，顯然裝置出現誤差是無法避免的。元件參數變化的影響

因在原理上存在缺陷，因而會使并列時間延長，有時甚至出現危及發電機安全的誤并列。4.3.4微機型自動準同期裝置的主要特點和要求

（1）

（2）（3）（4）高可靠性。裝置原理和判據正確，在硬件和軟件上具備很大的冗余度，確保沒有誤動的可能。

高精度。裝置應確保在相角差為零時完成并網操作，同時能自動測量合閘回路的合閘時間。

高速度。以最優控制策略實現對發電機電壓、頻率調節，加快并網速度。能融入分布式控制系統DCS。裝置是DCS的一個智能終端，通過與上位機的通信完成開機過程的全盤自動化。

（5）操作簡單、方便，人機界面清晰。裝置的面板應能提供運行人員在并網過程中所需的全部信息。

（6）二次接線設計簡單清晰。裝置接入TV二次電壓、斷路器操作機構合閘線圈、調速器裝置、勵磁調節裝置回路等的接線應正確、明晰。

（7）調試方便。裝置調試簡單，引出線方便，電壓差、頻率差、相角、合閘時間的整定在面板上進行，有明顯的標識。

4.4自動準同期裝置的工作原理4.4.1頻差及頻差方向測量

把交流電壓正弦信號轉換成方波，經二次分頻后，它的半波時間即為交流電壓的周期T。利用正半周高電平作為可編程定時/計數器開始計數的控制信號，至下降沿即停止計數并作為中斷申請信號，由CPU讀其計數值N，并使計數器復位，為下一周期計數做好準備。1、頻率的測量

若可編程定時/計數器的計時脈沖頻率為，則交流電壓的周期為

，交流電壓的頻率為。2、頻率差大小的測量

發電機頻率和系統頻率分別由可編程定時/計數器計數，主機讀取計數脈沖

、

后，求取

、

，將其絕對值與設定的允許頻率偏差整定值進行比較，作出是否允許并列的判斷。當

時，說明頻差已經滿足要求；當

時，說明頻差不滿足要求，檢測出頻差的大小。3、頻率差方向的測量

裝置測量頻差可由軟件實現，根據式子

可測出頻差方向。當

時，判斷發電機頻率高于系統頻率；當

時，判斷發電機頻率與系統頻率相等；當

時，判斷發電機頻率低于系統頻率。4、關于調速脈沖

在發電機同步并列過程中對發電機進行調頻時，不斷測量發電機的頻率，并與系統頻率比較，然后形成調速脈沖，通過調速器改變水輪發電機組進水量，實現對發電機頻率的調整。

只要頻差不滿足要求的情況下就對發電機進行調頻；當頻差滿足要求但頻差甚小（如0.05Hz）時發出增速脈沖。調速脈沖經輸出電路通過繼電器觸點作用于調速回路實現調速。4.4.2電壓差及電壓差方向測量（1）電量變送器法。把交流電壓信號轉換成直流電壓，輸出的直流量與其交流輸入電量，經A/D轉換接口電路進入主機，CPU從A/D轉換接口讀取的數字電壓量Ds、DG分別代表和的有效值。1、交流電壓幅值測量

（2）交流采樣法。不用變送器把交流電壓信號轉換成直流量，而是直接對交流電壓信號進行采樣。CPU對這些采樣值，用傅里葉算法算出電壓信號的實部和虛部，可求得電壓的有效值或幅值。

2、電壓差的大小檢測和方向控制

電路用以從外部輸入裝置的TVS和TVG兩電壓互感器二次側提取壓差超出整定值的數值及極性信號。CPU從A/D轉換接口讀取的數字電壓量Ds、DG分別代表Us、UG的有效值。

時，不允許合閘信號輸出，

時，并行口輸出升壓信號；

時，并行口輸出降壓信號。

時，允許合閘信號輸出。3、關于調壓脈沖

發電機在同步并列過程中，電壓差越限就應發出調壓脈沖，使發電機電壓跟蹤系統電壓，以最快的速度使電壓差進入設定范圍。調壓脈沖寬度應與電壓差成正比。4.4.3合閘脈沖的發出將電壓互感器二次側交流電壓信號轉換為同頻、同相的方波，發電機電壓、系統電壓的兩個方波信號接到異或門，當兩個方波輸入不同時，異或門的輸出為高電平，用于控制可編程定時計數器的計數時間，其計數值N即與兩波形間的相角差相對應。由異或門的波形寬度即為系統電壓、發電機電壓的相位差δd1、同器電壓間的相位差測量

系統電壓方波的寬度為τS，發電機電壓方波的寬度為τiτS、τi的值可由CPU從定時計數器讀入求得。微機準同步裝置可按下式計算理想的導前合閘相角，即由上式可求出最佳的合閘導前相角δy值，該值與本計算點的相角δi比較。當

，則發合閘脈沖若

，則繼續進行下一點計算，直至δi逐漸逼近δy符合合閘的條件為止。由上可知，用計算程序來檢驗是否滿足并列條件，則裝置具有并列速度快、沖擊電流小等優點。2、導前時間脈沖的形成條件

（1）不論頻率差方向如何，導前時間脈沖應在180°＜δ＜360°區間內形成，即在

與

相量即將重合的半個周期內形成；（2）在相位差的限值區間內形成，即δ＜δset。（3）電壓差滿足要求；

（4）頻率差滿足要求。

3、并列斷路器合閘時間測量

采用自動準同步裝置發合閘脈沖時開始計時、并列斷路器常開觸點閉合時停止計時的方法，同樣可測量到并列斷路器總的合閘時間。

這種測量方法要求斷路器主觸頭與常開輔助觸點之間要同步，時差不能太大；此外，常開輔助觸點可通過控制電纜引至自動準同步裝置。4.5微機型自動準同期裝置(1)(2)微機實現同步可以采用兩種方式一種是設置獨立的微機準同步裝置另一種是將同步并列功能附設在機組控制中，把機組的起動、同步并列操作合為一個完整的過程4.5.1硬件原理框圖4.5.1硬件原理框圖1.同步電壓輸入回路

由電壓形成和同步電壓變換組成。同步電壓經隔離、變換及有關抗干擾回路變換成較低的適合工作的電壓；再經整形電路、A/D變換電路，將同步電壓的幅值、相位變換成數字量，供CPU系統識別，以便CPU系統判斷同步條件。2.CPU系統

由微處理器、存儲器及相應的輸入、輸出接口組成。4.5.1硬件原理框圖只讀存儲器EPROM可擦寫參數存儲器EEPROM隨機存儲器RAM同步裝置運行程序存放在同步參數整定值存放在裝置運行過程中的采集數據、計算中間結果及最終結果存放在輸入/輸出接口電路為可編程并行接口，用以采集并列點選擇信號、遠方復位信號、斷路器輔助觸點信號、鍵盤信號、電壓差越限信號等開關量，并控制輸出繼電器實現調壓、調速、合閘、報警等功能3.開關量輸入回路1）并列點選擇信號裝置的參數存儲器中預先存放好各臺發電機的同步參數整定值，在確定并列點后，從同步裝置的并列點選擇輸入開關量信號，將調出相應的整定值，進行并列條件檢測。2）斷路器輔助觸點信號并列點斷路器輔助觸點是用來實時測量斷路器合閘時間的，同步裝置的導前時間整定值越是接近斷路器的實際合閘時間，并列時的相角差就越小。

3.開關量輸入回路3）遠方復位信號同步裝置在自檢或工作過程中出現硬件、軟件問題或受干擾都可能導致出錯或死機，通過“復位”可使微機重新執行程序的一項操作。若同步裝置在處于經常帶電工作方式時，如果要求起動，則需通過一次“復位”操作。4）面板按鍵和開關

同步裝置面板上裝有若干按鍵和開關，開關按鍵也是開關量形式的輸入量，是由裝置面板直接輸入到并行接口電路。4.5.1硬件原理框圖4.開關量輸出回路

輸出回路實現對發電機組的均壓、均頻和合閘控制裝置異常或電源消失時報警提供反映同步過程的電量進行錄波提供運行人員監視裝置工況、實時參數、整定值及異常情況等信息4.5.1硬件原理框圖5.定值輸入及顯示

每個同步對象的定值輸入通過面板上的按鍵實現，或者通過面板上的專用串口由手提電腦輸入實現。顯示屏可顯示定值參數，還可顯示同步過程中的實時信息、裝置告警時的具體內容、每次同步時的同步信息等。6.通信及GPS對時

同步裝置在工作過程中，通過裝置上的通信口（RS485或RS232）將同步實時信息傳送到監控計算機上。

GPS對時，可使裝置內部時鐘或系統時鐘同步。4.5.1硬件原理框圖7.電源

可由48～250V交直流電源供電。8.調試模塊

同步裝置內設調試模塊，提供兩路變頻、變幅的模擬量同步電壓，可在任何時候對同步裝置進行試驗。4.5.2軟件原理1.主程序框圖

裝置未起動時，裝置工作于自檢、數據采集的循環中，當某一元件發生故障或程序出現了問題，裝置立即發出告警并閉鎖同步裝置工作。裝置起動后，如果同步對象為機組，則對機組進行調壓、調頻，當壓差、頻差滿足同步條件時，發出導前時間脈沖命令，將并列斷路器合閘，合閘后在顯示屏上顯示同步成功時的同步信息；如果同步對象為線路，則不發出調壓、調頻脈沖，在壓差、頻差滿足要求的情況下，進行捕捉（等待）同步合閘，完成同步并列。4.5.2軟件原理主程序框圖

4.5.2軟件原理2.模擬量采集

模擬量采集指的是同步電壓uG、uS的大小、頻率以及相角差δ的采集。對同步電壓uG、uS的大小進行二次調整，第一次調整是對同步電壓輸入回路引起的誤差進行調整，第二次調整是由于主變壓器變比、TV變比引起的幅值調整。對相角差δ同樣進行了二次調整，第一次調整是對兩個同步電壓輸入回路相位不同進行的調整，第二次調整是由于主變壓器連接組引起的相位補償的調整。經調整，使CPU系統采集到的同步電壓大小、相角差可完全反映并列點兩側電壓的大小及相角差，達到了模擬量準確采集的目的。4.5.2軟件原理3.開關量采集

開關量采集指的是同步啟動、同步對象、無壓同步等的采集。裝置在無告警且不在同步過程中才可采集開關量。裝置一經起動，立即采集同步對象，并判斷是否合理，當同步對象重選或漏選時，報同步對象重選或漏選的錯誤信息，裝置發告警信號；當僅有一個同步對象選擇信號時，對象選擇合理，此時提取該對象號的整定參數，供同步時使用。

4.6典型的微機型自動準同期裝置舉例4.6.1SID-2V型自動準同步裝置的應用及特點

裝置是供給1臺發電機或不超過15臺發電機復用進行全自動差頻并列的同步裝，也可作為只存在差頻并列方式的輸電線路檢查同步自動并列用。1.裝置的應用場合

2.裝置的特點

（2）（3）（4）在結構上采用了全封閉式和嚴密的磁屏蔽措施；對輸入信號采用光電或電磁隔離，并進行數字濾波；

按模糊控制算法實施自動均頻及均壓控制，具有促成同步條件快速實現的良好控制品質；建立在機組運動方程基礎上理想導前合閘角的預測算法，能準確捕捉到第一次出現的同步時機，使準同步并列速度達到自同步的水平；在軟件上采用快速求解計算頻差及其一階、二階導數的微分方程，實現精確的零相角差并列；

（1）2.裝置的特點

（5）

（6）（7）（8）在軟件及硬件上對合閘控制采用了多重冗余閉鎖，誤合閘概率接近于零；裝置面板提供的智能化整步表及數碼顯示器使運行人員能非常直觀地監督并列全過程；裝置內部自備可調頻的工頻信號源，簡化了調試設備；可接受上位機以開關量形勢的投入和切除命令；裝置電源交直流兩用。4.6.2裝置硬件邏輯框圖4.6.3軟件流程軟件流程圖4.6.3軟件流程1.主程序

裝置接入后CPU工作，先對全部硬件（包括微處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、接口電路、繼電器等）進行自檢，任何部位的故障都將在數碼顯示器上顯示，并以繼電器空接點輸出報警，將閉鎖合閘回路，不產生任何對外控制，以杜絕誤操作。如各部件正常，則檢測工作/設置開關W/T的狀態，若檢測為工作狀態W，則檢測外部各并列點同步開關送來的并列點選擇信號，如無并列點選擇信號或選擇信號多于一個，則顯示器顯示出錯信號并報警。若檢測到一個特定的并列點信號，則打開定時中斷程序，裝置進入同步工作狀態。

在自檢后檢測到W/T開關在參數設置的“T”狀態，則程序轉向查整定參數的KG、KP按鍵狀態，KG鍵每閉合一次，就自動調出下一個待整定參數，KP鍵每閉合一次就將待整定參數值增加一個分度（即步距）值。4.6.3軟件流程2.定時中斷子程序說明

程序的起始部分是按外部輸入TV信號經變換后提取頻差、壓差及相角差的信息，計算出△f、△U及δ，若發電機側或系統側的TV二次電壓低于整定值，表明可能是TV二次斷線或熔斷器熔斷，或TV一次電壓低，不適于發電機并列，裝置將報警并停止執行并列程序。若并列點兩側的TV二次電壓均高于整定值，則裝置面板上由軟件驅動的相位表將按滑差角頻率旋轉，且程序進入檢查△f和△U是否越限。如越限，且整定時已選擇需要同步裝置具備自動調壓和自動調頻功能，則裝置將依據模糊控制算法進行調壓和調頻。如未選擇自動調壓和調頻，則裝置只顯示壓差及頻差的越限提示符，而不進行調壓和調頻。如△f及△U均在允許值內，程序下一步將檢查QF兩側是否同頻(△f≤0.05Hz)，如出現同頻，裝置將自動發加速控制命令，促成同步條件的出現。在△f、△U均滿足要求后程序準備進入并列階段，測量當前相角差δ，如δ在0～π區間，則不存在并列機會，直到δ進入π～2π區間，就開始檢查頻差變化率是否越限，如未越限，程序進行理想導前角δy的計算，并不斷查看δ是否與δy一致，如出現δ=δy時，可發出合閘命令，確保在δ=0時QF主觸頭閉合。如△δ≠0，則進行合閘時機的預測，當預測的時刻到來即發出命令實行并列。這樣就能確保捕捉到第一次出現的合閘機會，使并列速度達到極值。4.6.3軟件流程從軟件流程中可知SID-2V裝置主要解決如下問題：

（2）（3）（4）確保在相位差δ=0°時并網。措施：精確掌握發電機組在并網前的運動規律，精確掌握并列斷路器的合閘時間。

確保捕獲第一次出現δ=0°的時機。措施：利用理想合閘角的預測算法，使計算機的離散計算方式能獲連續運算的結果。快速、平穩的均壓和均頻控制。措施：使用模糊控制理論以偏差的絕對值及變化率為變量，進行高速運算獲取適應被控對象工況的控制量。高可靠性。措施：軟件的多重閉鎖和硬件超常的冗余設計。

（1）4.6.4裝置的二次接線圖4.6.4裝置的二次接線圖SID-2V型裝置的全部對外引線由背板的5個插座引出的。插座JK1為裝置的工作電源插座，可接入48～220V的交流或直流電源；JK2為裝置對外的控制繼電器輸出插座，JK3為并列點兩側TV二次電壓和QF輔助觸點的輸入插座，JK4為并列點選擇、遠方復位等開關量的輸入插座，JK5為供錄波用的脈振電壓和合閘繼電器觸點的信號輸出插座。

1.交流回路

交流回路主要是并列點斷路器兩側的TV二次電壓輸入回路，兩個電壓可以有公共端（JK3-5與JK3-6連通），也可沒有。4.6.4裝置的二次接線圖2.操作控制回路

操作控制回路可分為供電回路、輸出控制回路、并列點選擇回路、斷路器輔助觸點輸入回路、信號回路和上位機遠方復位控制回路。（1）供電回路。裝置可使用直流或交流電源供電。（2）輸出控制回路。裝置是以小型中間繼電器（KC、KCE1、KCE2、KCE3、KCE4）作為對外控制的接口，進行加速、減速、升壓、降壓、合閘等控制。小型中間繼電器輸出的是常開觸點，一般老式調速器和勵磁調節器是通過驅動電動機進行均頻、均壓控制的。4.6.4裝置的二次接線圖（4）信號回路。信號回路由報警繼電器和失電繼電器組成，分別由裝置的JK2-10、JK2-17及JK2-11、JK2-19兩對觸點輸出。（5）上位機遠方復位控制信號。其功能：一是裝置發出報警后，重新復位一次，檢驗裝置是永久性故障還是短暫突發性干擾所致；二是在裝置按長期帶電方式工作時，由上位機通過一個按鍵型開關量對裝置進行復位，起動裝置投入工作。輸出控制回路。（3）并列點選擇回路及斷路器輔助觸點輸入回路。4.6.5SID-2V型自動準同步裝置的電壓參數整定

裝置的允許電壓差值、發電機過電壓保護電壓整定值是通過部分硬件來完成的。裝置內的輸入電路設置了4個精密多圈電位器RP1、RP2、RP3、RP4，可實現發電機過電壓保護、斷路器輔助觸點輸入回路、信號回路和上位機遠方復位控制回路。

調節輸入裝置的發電機電壓為1.15倍Un，用直流電壓表監視輸入電路板上方的“TTV-4”測點對+5V電源地端的電壓，然后調節電位器RP3直到電壓表指示從低電平變為高電平為止，整定完畢。1.整定發電機過電壓保護定值4.6.5SID-2V型自動準同步裝置的電壓參數整定2.調節發電機及系統側TV二次電壓差的基準點

找出作為整定正、負壓差允許支的基準點，其辦法是先將送入裝置系統側的電壓調到實際TV二次側額定值

，再將送入裝置發電機側的電壓調到實際TV二次側額定值

，接著用直流電壓表監視輸入電路板上方的“TTV-1”與“TTV-7”兩測點的電壓，調節電位器RP1使該電壓向減小方向變化，直到電壓為零停止，基準點整定完畢。

保持系統側輸入電壓為額定值

，將發電機側電壓降到80%以下，然后逐步將發電機側電壓升到最低允許電壓值。3.整定負向允許電壓差4.6.5SID-2V型自動準同步裝置的電壓參數整定4.整定正向允許電壓差

保持系統側輸入電壓為額定值

，將發電機側電壓升到最高允許電壓值，此值應是以發電機側額定電壓

為基準的百分值，如+7%；然后調節電位器RP4直到數碼顯示器的最右兩位剛好穩定地顯示“-U”為止，整定完畢。本節小結微機型自動準同步裝置由微機處理器、壓差鑒別、頻差及相角差鑒別、輸入電路、輸出電路及電源、試驗裝置等組成，原理上能保證合閘沖擊電流接近于零并控制準同步條件第一次出現時就能準確投入發電機。介紹其硬件原理框圖、軟件原理。以SID-2V型自動準同步裝置為例，分析了主程序流程、定時中斷子程序流程及裝置二次接線、裝置參數整定。感謝大家觀看《電力系統自動裝置》課程電力系統自動裝置第5章

同步發電機自動調節勵磁裝置

重點

可控整流電路的工作原理

微機勵磁調節器的構成原理教學目的：熟悉勵磁系統的任務、基本要求、勵磁方式；掌握可控整流電路原理；熟悉自動調節勵磁裝置構成原理；理解強行勵磁概念及衡量性能指標；理解滅磁的概念、基本要求、方法；理解并聯運行發電機間無功負荷分配原則；熟悉微機勵磁調節裝置特點、硬件組成，掌握軟件原理。5.1

同步發電機勵磁系統的任務和基本要求5.1.1勵磁系統的任務指與同步發電機勵磁電壓的建立、調整及必要時使其電壓消失的設備和電路構成的系統。勵磁系統

定義5.1.1勵磁系統的任務勵磁系統勵磁功率單元勵磁調節裝置

勵磁功率單元向同步發電機的勵磁繞組

，提供可靠的直流勵磁電流

根據發電機及電力系統運行的要求，在接收到相關信息后自動調節勵磁功率單元輸出的勵磁電流，來達到調整發電機端的相關量的目的。5.1.1勵磁系統的任務1.系統在正常運行時維持機端電壓或系統中某點電壓水平(1)發電機單機運行

對于單獨運行的發電機來講，引起端電壓變化的主要原因是無功電流的變化，要保持發電機端電壓不變，應調整勵磁電流.5.1.1勵磁系統的任務2.對并聯運行機組間的無功功率進行合理分配

發電機與無窮大系統并聯運行發電機輸出的有功功率保持不變時，有:當發電機并聯于無窮大系統時，改變勵磁電流，將會引起發電機輸出無功功率的變化。5.1.1勵磁系統的任務3.提高電力系統運行的穩定性

(1)提高電力系統的靜態穩定性

當系統電壓不變時，提高發電機的勵磁電流，即增大發電機的感應電勢，可使發電機的功角特性曲線上移，在相同的功角下，使發電機輸出的有功功率增大，從而可保證發電機運行的穩定性。5.1.1勵磁系統的任務(2)改善電力系統暫態穩定性

發電機暫態穩定的面積定則

提高同步發電機的強勵能力，即提高勵磁頂值電壓和勵磁電壓的上升速度，是提高電力系統暫態穩定性最經濟、最有效的手段之一。5.1.1勵磁系統的任務4.改善電力系統的運行條件

改善電力系統的運行條件(1)系統短路時進行強行勵磁，增加短路電流，提高繼電保護的靈敏度，加速系統電壓的恢復過程，改善異步電動機的自起動條件。(2)限制水輪發電機突然甩負荷時電壓迅速上升。機組突然甩負荷時，進行強減，抑制電壓的上升。(3)發電機內部故障時，快速滅磁。5.1.2對勵磁系統的基本要求對勵磁系統的基本要求（1）正常運行時，能按發電機端電壓的變化自動調節勵磁電流，維持給定電壓水平。（2）系統事故時，具有強行勵磁功能，強勵性能指標。（3）對并列運行的發電機，要求勵磁調節器能穩定合理分配機組間的無功功率。（4）裝置結構簡單可靠，動作快，調節穩定。5.1.2對勵磁系統的基本要求對勵磁功率單元的要求（1）具有足夠的調節容量（2）具有足夠的勵磁頂值電壓和勵磁電壓上升速度要求勵磁功率單元具有足夠的調節容量，以適應電力系統中各種運行工況的要求。勵磁頂值電壓是勵磁功率單元在強行勵磁時，可能提供的最高輸出電壓值，該值與額定工況下勵磁電壓之比稱為強勵倍數，一般取1.6-2。勵磁電壓上升速度:指勵磁電壓在最初0.5s內上升的平均速率。5.2

同步發電機勵磁系統5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（1）（2）優點勵磁電源獨立，可靠性較高技術較成熟，調節方便1.直流勵磁機供電的勵磁方式

5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（1）（3）缺點碳刷、換向器易磨損，甚至產生環火，維護麻煩同軸直流勵磁機影響整個機組長度，增加廠房投資（2）調節速度慢，換向器容量有限5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（1）自勵式直流勵磁機系統

（2）他勵式直流勵磁機系統5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式2.交流勵磁機經整流供電的勵磁方式

交流勵磁機特點：結構簡單，工作可靠性高，維護工作少，根除了環火冒火花問題。

因整流器可以是二極管或是晶閘管，所用整流設備可以是靜止或是旋轉的，因此這種勵磁方式有：

交流勵磁機——靜止二極管

交流勵磁機——靜止晶閘管

交流勵磁機——旋轉二極管

交流勵磁機——旋轉晶閘管5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（1）交流勵磁機——靜止二極管勵磁方式

為提高勵磁響應速度，提高勵磁系統運行的可靠性，一般主勵磁機采用100Hz、副勵磁機采用500Hz的感應子交流發電機。感應子交流發電機的交流繞組、勵磁繞組均置于定子側，轉子上無任何繞組，只有齒和槽，無電刷和滑環。轉子轉動時，借助磁阻變化使交流繞組內的磁通發生變化，從而感應出交變電動勢。5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（2）交流勵磁機——靜止晶閘管勵磁方式

這種勵磁方式中AER直接控制同步發電機的勵磁電壓，所以可得到較高的勵磁響應速度5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（3）交流勵磁機——旋轉二極管勵磁方式

這種勵磁方式取消了轉子滑環，但同步發電機的勵磁調節還是通過勵磁機GE1來實現，其勵磁響應速度與（1）相當；存在著轉子電壓和電流的監測、轉子繞組絕緣監視、旋轉整流設備保護等問題。所以這種勵磁方式應用較少。5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（4）交流勵磁機——旋轉晶閘管勵磁方式

這種勵磁方式具有勵磁響應速度快、無刷的特點，還可對發電機實現逆變滅磁。但這種勵磁方式要將靜止的AER的控制觸發脈沖可靠正確的傳送到旋轉晶閘管上，一般可通過旋轉變壓器或控制勵磁機來實現，技術要求相比傳送到靜止晶閘管上要高。也存在著與旋轉二極管整流勵磁同樣的問題。所以這種勵磁方式在大型發電機組上尚未獲得應用。5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式3.自并勵靜止勵磁方式

（1）（3）優點勵磁系統接線和設備比較簡單，無轉動部分，設備維護簡單，可靠性高直接利用晶閘管取得勵磁功率控制轉子電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度。（2）取消了勵磁機，可縮短主軸長度，減小基建投資；

發電機自并勵系統中發電機的勵磁電源不用勵磁機，直接由同步發電機輸出端通過可控整流器取得勵磁電流。因這種勵磁裝置沒有轉動部分，又稱靜止勵磁系統。5.2.1

同步發電機常見的勵磁方式（1）存在問題發電機機端附近發生短路故障時能否強勵（2）發電機繼電保護能否可靠動作

隨著系統容量的擴大，自并勵勵磁方式的優點更加明顯。因此發電機的自并勵勵磁方式在中、大型同步發電機組上得到了廣泛應用。5.2.2

勵磁電流的調節方法

同步發電機在運行過程中，為適應系統運行的要求，勵磁電流應根據系統運行情況作相應的調整。通常調整的方法有：

可通過改變勵磁機勵磁回路電阻R就能改變勵磁機的勵磁電流，從而改變勵磁機的端電壓，也相應調節了發電機的勵磁電流。

通過改變勵磁機附加勵磁電流來實現調節發電機的勵磁電流。（1）改變勵磁機勵磁回路電阻（2）改變勵磁機的附加勵磁電流

勵磁系統通過AER改變晶閘管的導通角調節發電機的勵磁電流。（3）改變晶閘管的導通角5.2.3

勵磁電流的調節方式

勵磁電流的調節方式按調節原理來區分，可分為按電壓偏差的比例調節和補償調節兩種方式。

為了調節發電機的端電壓，必須測量端電壓的變化值；測量機構的輸出電壓KUG與UG成正比；比較回路電壓偏差

，當電壓偏高時，

為負；電壓偏低時，

為正。放大機構按照

的大小和方向進行放大，通過執行機構使勵磁電流向相應方向調整，控制發電機的電壓值。被調量與整定值的偏差越大，調節作用越強，這就是按電壓偏差的比例調節。

AER按電壓偏差的比例調節方式應用相當普遍。（1）按電壓偏差的比例進行調節5.2.3

勵磁電流的調節方式

同步發電機由于電樞反應的存在，在勵磁電流保持不變的情況下，同步發電機的端電壓受定子電流和功率因數變化的影響。在滯后功率因數下，機端電壓隨定子電流的增大而下降；在同樣的定子電流下，功率因數越低，機端電壓降得越多。

如果提供發電機的勵磁電流與定子電流、功率因數有關，則構成了定子電流、功率因數的補償調節。因為當定子電流增大、功率因數降低（滯后）時，勵磁電流相應增大，補償了機端電壓的降低。實際上，這種補償調節提供的勵磁電流與成正比，雖然一定程度上補償了定子電流、功率因數變化時對電壓的影響，但對機端電壓來講，這種補償調節帶有盲目性。

目前，按定子電流、功率因數的補償調節方式幾乎不采用了.（2）按定子電流、功率因數的補償調節本節小結1)同步發電機勵磁系統的任務2)對勵磁系統的基本要求3)同步發電機勵磁方式的類型及特點啟示工程案例

從三峽水電站的單機容量70萬千瓦，到金沙江領域的白鶴灘水電站的自主研發單機容量100萬千瓦機組，位居世界第一，在國際水電站建設方面處于遙遙領先的地位；更值得一提的是，白鶴灘水電站的機組每一個部件甚至是小小的螺絲都是中國自主研發設計制造的。100萬千瓦機組精確并列操作投入電網運行，也是中國工程師們追求卓越、精求技能的大國工匠精神的體現。白鶴灘水電站

5.3

可控整流電路5.3

可控整流電路同步發電機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。可控整流電路通常采用三相半控橋式整流電路或三相全控橋式整流電路。5.3.1三相半控橋式整流電路晶閘管導通條件：陽極電位高于陰極，并在控制極上加正向觸發脈沖晶閘管截止條件：通過電流小于維持電流，或陰極電位高于陽極5.3.1三相半控橋式整流電路1.控制觸發脈沖的移相要求

1)任一相觸發脈沖應滯后本相相電壓30°～210°2)觸發脈沖的次序：a相、b相、c相，間隔120°3)移相觸發電路的工作電源應與晶閘管陽極電壓同步5.3.1三相半控橋式整流電路2.輸出電壓波形輸出電壓波形特點：（1）當0°〈α〈60°時，波形連續，一周內有六個波頭，其中缺口、波峰與α有關（2）當60°〈α〈180°時，波形出現間斷5.3.1三相半控橋式整流電路3.續流管VD4的作用

（1）（2）在晶閘管陽極電壓過零時，由于感性負荷在電流下降時產生自感電勢，使原來導通的晶閘管造成續流，無法關斷。若控制角從較小值突增至，因自感電勢的續流作用，會造成“失控”現象。5.3.1三相半控橋式整流電路4.輸出電壓與控制角α關系

5.三相半控橋式整流電路的保護1)過電流保護：采用快速熔斷器原因：主要是負載過載、短路等2)過電壓保護：采用阻容元件、壓敏電阻原因：a.變壓器一次側的拉、合閘有可能在二次側感應過電壓原因：b.勵磁裝置的直流側負載突然斷開，因交流輸入回路有電感存在，也會在二次側引起過電壓原因：c.換相過電壓5.3.2三相全控橋式整流電路5.3.2三相全控橋式整流電路1.控制觸發脈沖的移相要求

1)任一相觸發脈沖應滯后本相相電壓30°～210°2)觸發脈沖的次序：a、-c、b、-a、c、-b，間隔60°3)移相觸發脈沖的工作電源應與晶閘管陽極電壓同步

5.3.2三相全控橋式整流電路2.整流工作狀態

當α〈60°時，輸出電壓有瞬時值均大于零的連續波形當60°〈α〈90°時，輸出電壓是正負交替的兩部分，其平均值大于零當α=90°時，輸出電壓平均值為零當90°〈α時，輸出電壓平均值小于零5.3.2三相全控橋式整流電路3.逆變工作狀態

(1)逆變的作用：將直流側電感儲存的能量向交流側倒送，即可實現對發電機的自動滅磁5.3.2三相全控橋式整流電路(2)逆變的條件

1)感性負荷并已儲存能量2)90°〈α時，輸出電壓平均值小于零3)逆變時交流側電源不得中斷5.3.2三相全控橋式整流電路4.輸出電壓與控制角的關系

三相全控橋式整流電路在電感性負載時，輸出電壓平均值為：5.3.2三相全控橋式整流電路（1）（3）從整流狀態過渡到逆變，勵磁電流方向不變，但勵磁電壓的方向反轉。滅磁速度與逆變角β大小有關。（2）逆變必須有足夠高的電源電壓才有效，由于整流橋交流側電壓隨停機過程衰減，故逆變滅磁是一種衰減的逆變過程，電壓衰減后，滅磁效果變差，使滅磁時間拖長。逆變滅磁的特點5.3.3可控整流電路保護

可控整流橋的過電流保護是每個晶閘管串聯快速熔斷器,當發生過電流時快速熔斷器熔斷，起到保護作用。每個快速熔斷器兩端跨接一個熔斷指示器，正常時熔斷指示器上無電壓；快速熔斷器熔斷后，熔斷指示器上顯示電壓，動作發出信號，指示出具體快速熔斷器的位置。

勵磁變一次系統的操作，會在勵磁變二次側產生過電壓；勵磁變高壓側拉閘也會在二次側產生過電壓。為避免整流橋不受過電壓損壞，在整流橋交流側需設置過電壓保護。1.過電流保護與均流措施2.交流側過電壓保護5.3.3可控整流電路保護

整流橋交流側過電壓保護如圖所示，其中三角形連接的有足夠能容的由氧化鋅閥片組成的非線性電阻NR，用于抑制過電壓幅值；三角形連接的阻容吸收網絡電路用以吸收過電壓產生的能量。5.3.3可控整流電路保護

勵磁裝置的直流側負載突然斷開，因交流輸入回路有電感存在，也會在二次側引起過電壓；晶閘管工作因換相引起過電壓。所以在每個晶閘管的陽極與陰極之間并聯一組阻容元件，用以吸收過電壓；整流橋的輸出端并聯由氧化鋅閥片組成的非線性電阻，用于抑制過電壓幅值。3.直流側過電壓保護5.4同步發電機的強行勵磁與滅磁定義5.4.1同步發電機的強行勵磁

電力系統發生短路故障或其它原因引起發電機端電壓急劇下降時，發電機端電壓降至80~85%時，迅速將發電機勵磁電流增至最大值。強行勵磁

5.4.1同步發電機的強行勵磁（1）（3）提高電力系統的暫態穩定性提高繼電保護的動作靈敏度（2）加快故障切除后的電壓恢復過程強行勵磁的作用（4）改善異步電動機的自起動條件5.4.1同步發電機的強行勵磁強行勵磁性能的衡量指標1.強勵倍數指強勵時達到的最高勵磁電壓與額定勵磁電壓之比5.4.1同步發電機的強行勵磁2.勵磁電壓響應比指在強勵過程中,Δt內勵磁電壓等速上升的數值與額定勵磁額定電壓之比。勵磁電壓響應比：5.4.1同步發電機的強行勵磁5.4.2同步發電機的滅磁

（一）何時要滅磁、滅磁的含義1、何時要滅磁在發電機或發電機變壓器組內部發生故障時，保護將斷路器跳開后，還應迅速滅磁。2、滅磁指將發電機轉子繞組的磁場盡快減弱到最小程度。5.4.1同步發電機的強行勵磁（二）對滅磁裝置的基本要求

基本要求1、滅磁時間要短2、滅磁過程中轉子繞組的電壓不能超過允許值5.4.2同步發電機的滅磁（一）勵磁繞組對線性放電電阻滅磁滅磁過程：滅磁時，滅磁開關Q跳閘，觸頭Q2先閉合，使勵磁繞組GLE接入放電電阻Rm，然后觸頭Q1斷開，可防止勵磁繞組切換到放電電阻時由于開路而產生危險的過電壓。Q1斷開后，勵磁繞組通過Q2對Rm放電，滅磁開始。

滅磁特點：利用常規電阻放電來滅磁的方法，其滅磁速度較慢

5.4.2同步發電機的滅磁（二）利用全控整流橋逆變滅磁滅磁過程：當需要滅磁時，將全控橋的控制角α后退到最小逆變角，全控橋就可以從“整流”狀態過渡到“逆變”狀態。在逆變狀態下，勵磁繞組中儲存的能量就逐漸被反送回交流電源側。由于勵磁繞組是無源的，隨著儲存能量的衰減和逆變電流的降低，逆變過程將隨之結束。滅磁特點：這種滅磁方式由于能量直接通過逆變橋從直流側反送到交流側，所以不需要滅磁開關。它具有接線簡單、經濟等優點。應用范圍：只適合于勵磁電源采用全控橋整流的機組。5.4.2同步發電機的滅磁（三）利用滅弧柵滅磁利用滅弧柵滅磁的實質是將磁場能轉換為電弧能，消耗于滅弧柵片中。特點及應用范圍：滅弧柵滅磁速度快，廣泛應用于大、中型發電機組中。5.4.2同步發電機的滅磁（四）利用非線性電阻滅磁滅磁過程：滅磁指令發出后，滅磁Q開關跳開，由于轉子勵磁繞組電感的作用，Rn的端電壓迅速升高，當達到Rn的導通電壓值時，Rn的阻值迅速下降到很小值，電流in快速增大。當in等于勵磁繞組回路中的勵磁電流時，Q的電弧熄滅，整個回路完成“換流”。這樣，所有能量將在Rn和勵磁繞組內阻上消耗掉。滅磁特點：

滅磁速度基本恒定5.4.2同步發電機的滅磁近年來，國內外已普遍采用雙斷口直流開關(雙斷口磁場斷路器)，配以非線性電阻的方法來滅磁。非線性電阻采用氧化鋅元件，有良好的壓敏特性，滅磁過程中兩端電壓始終維持在滅磁電壓控制值上，因此非常接近理想滅磁，滅磁速度快；氧化鋅元件作為過電壓保護元件，過電壓動作值可靈活整定；氧化鋅元件非線性電阻系數很小，正常電壓下漏電流很小，可直接跨接在勵磁繞組兩端，滅磁可靠；采用雙斷口直流開關，滅磁過程中勵磁電源與勵磁繞組完全斷開，有利于加快滅磁過程；為能可靠滅磁，非線性電阻的總能容應大于勵磁繞組的最大儲能。因此，這種滅磁方法具有滅磁速度快、滅磁可靠、結構簡單、運行維護方便、滅磁過電壓動作值可靈活整定等特點。雙斷口直流開關、非線性電阻滅磁的原理圖5.4.2同步發電機的滅磁

發電機的滅磁實際上是將勵磁繞阻儲存的能量消耗掉。采用線性電阻滅磁時，是將勵磁繞阻儲存的能量轉變為熱能，并消耗在該電阻上；采用可控整流勵磁系統中的逆變滅磁，是將勵磁繞阻儲存的能量饋送給勵磁電源；采用滅弧柵滅磁時，是將磁場能轉換為電弧能，并消耗于滅弧柵片中；采用非線性電阻滅磁時，是將能量在和勵磁繞組內阻上消耗掉。

5.5

并聯運行發電機間無功負荷分配5.5.1

具有AER發電機的外特性發電機的調整特性是指發電機在不同電壓值時其勵磁電流與無功負荷的關系曲線。1.調差系數的概念5.5.1

具有AER發電機的外特性調差系數定義為：1）

時，為正調差系數，特性曲線下傾；2）

時，為負調差系數，特性曲線上翹；3）

時，為無差特性，特性曲線呈水平。在勵磁調節器中設置調差單元可以進行發電機外特性的調整,設置測量比較單元調整基準電壓可以平移發電機外特性。2.調差環節的作用5.5.1

具有AER發電機的外特性調差系數的物理概念正調差系數負調差系數無功電流增大時，調節器AER感受的電壓在上升（相當于發電機電壓虛假升高），于是AER降低發電機的勵磁電流，驅使發電機電壓降低，得到下傾的外特性曲線。無功電流增大時，調節器AER感受的電壓在下降（相當于發電機電壓虛假降低），于是AER增大發電機的勵磁電流，驅使發電機電壓升高，得到上傾的外特性曲線負調差特性主要用來補償變壓器或線路壓降，維持高壓側并列點的電壓水平，所以負調差環節也稱電流補償環節。5.5.1

具有AER發電機的外特性3.調差系數的整定在微機勵磁調節裝置中采用的調差公式為一般用無功功率Q代替無功電流

，即當

時,無功功率Q上升導致

下降，使發電機端電壓下降，即為正調差；當

時，無功功率Q上升導致

上升，使發電機端電壓上升，即為負調差。國標規定勵磁調節器的調差系數可調范圍為士10%，而電力系統運行要求機組并列點的調差系數應整定為3%～5%。5.5.2并聯運行發電機間無功負荷分配1．兩臺正調差特性機組并聯運行兩機組能穩定并聯運行，并可維持無功電流的穩定分配，其分配比例與調差系數有關。要使并聯機組的無功電流增量按機組容量分配，則要求各機組具有相同的調差系數，即兩機組的外特性相同。5.5.2并聯運行發電機間無功負荷分配2.一臺無差特性與一臺有差特性機組并聯運行一臺無差特性的發電機可以和一臺或多臺正調差特性的機組在同一母線上并聯運行。但無功功率分配不合理，在實際中很少采用。5.5.2并聯運行發電機間無功負荷分配3．一臺正調差特性的機組與一臺負調差特性機組并聯運行當系統中無功負荷變化(如增大)，無功功率在兩機組間發生擺動，不能穩定分配，因此不允許負調差特性機組直接參與并聯運行。5.5.2并聯運行發電機間無功負荷分配4.發電機經升壓變壓器后并列運行

發電機的調差特性可以為負調差計及變壓器壓降同相位5.5.2并聯運行發電機間無功負荷分配若增大負的調差系數，其大小正好補償變壓器阻抗上壓降，這樣調節器可以維持高壓母線電壓恒定5.5.2并聯運行發電機間無功負荷分配3．一臺正調差特性的機組與一臺負調差特性機組并聯運行當系統中無功負荷變化(如增大)，無功功率在兩機組間發生擺動，不能穩定分配，因此不允許負調差特性機組直接參與并聯運行。5.6

微機型自動調節勵磁裝置5.6

微機型自動調節勵磁裝置勵磁控制系統功能框圖

調差單元：由測量TV、TA和電阻組成調差電路，并靈敏反映無功功率。測量比較單元：將來自調差單元的電壓與給定值比較，輸出一個直流電壓偏差信號。綜合放大單元：能線性地綜合測量、反饋以及限制等各種信號，并將其放大，以得到適應移相觸發單元所需要的控制電壓。同步與移相觸發單元：將放大單元的信號轉換為相角可以移動的觸發脈沖，來改變可控硅的導通角控制整流橋的輸出。

勵磁控制系統由調差、測量比較、綜合放大、移相觸發、可控整流等單元基本控制和輔助控制部分組成5.6.1

微機型AER的特點

（1）

硬件簡單，可靠性高

（2）

硬件易實現標準化，便于產品更新換代

（4）通信方便

（5）顯示直觀

（3）

便于實現復雜的控制方式利用計算機強有力的判斷和邏輯運算能力及軟件的靈活性，可以在勵磁控制中實現復雜的控制方式，如：最優控制、自適應控制、人工智能等。可以通過通信總線、串行接口或常規模擬量方式方便靈活地接入電站的計算機監控系統，便于遠方控制和實現發電機組的計算機綜合協調控制。發電機的各種運行狀態、運行參數、保護定值等都可以通過顯示面板的數碼管顯示5.6.1

微機型自動調節勵磁裝置的特點微機勵磁調節器的方案1）單微機帶模擬通道勵磁調節器，微機通道為主，模擬通道為從。2）雙微機勵磁調節器。雙通道切換采用：在軟件上設有自檢程序，硬件上設看門狗電路，運行通道出現故障時自動退出，由備用通道無痕跡投入。3）三微機勵磁調節器。4）外部總線式微機勵磁調節器。

5.6.2微機型AER的構成微機型AER由硬件(即電氣元件)軟件(即程序)硬件的基本配置由主機、輸入輸出接口和輸入輸出過程通道等環節組成。軟件由監控程序和應用程序組成（一）硬件電路微機型AER框圖5.6.2微機型AER的構成1.主機

由微處理器CPU、RAM、ROM存儲器等器件組成主機，主機是調節器的核心部件。

根據輸入通道采集的發電機運行狀態變量的數值在CPU中進行調節計算和邏輯判斷，并將實時采樣數據、控制計算過程中的一些中間數據和主程序中控制用的計數值等存放在可讀寫的存儲器RAM中，將固定數據、設計值、應用軟件和系統軟件等則事先固化存放在只讀存儲器ROM或EPROM、EEPROM中。按照預定的程序進行信息處理求得控制量，通過數字移相脈沖接口電路發出與控制角對應的脈沖信號，實現對發電機勵磁電流的控制。

5.6.2微機型AER的構成2.模擬量輸入通道

模擬量信號采集1)母線電壓，僅作起勵時跟蹤母線電壓用。2)機端電壓，通常取自機端兩只不同TV，以防TV斷線引起誤強勵。3)定子電流，取自機端出口電流互感器TA。4)轉子電流，從勵磁變壓器副方電流互感器取得。5)有功、無功和功率因數，均可通過采樣到的電流、電壓信號，經計算得到。5.6.2微機型AER的構成電壓實部表示為：交流采樣:一般每周期采用12點采樣法,三相分別采樣,最后取平均值。根據傅氏算法計算為：電壓虛部表示為：電壓幅值：有功功率：無功功率：5.6.2微機型AER的構成3.開關量輸入/輸出通道

因勵磁調節器需要采集發電機運行狀態信息，如發電機斷路器跳合信號、滅磁開關跳合信號、風扇起停信號、快速熔斷器信號和手動自動切換信號。這些狀態信號經轉換后與數字量輸入接口電路連接。勵磁系統運行中異常情況的告警或保護等動作信號從接口電路輸出后，驅動相應的設備，如燈光、音響等。5.6.2微機型AER的構成4.接口電路

在計算機控制系統中，輸入、輸出通道必須由接口電路來完成兩者間傳遞信息的任務。勵磁調節器除采用通用的接口電路如并行和管理接口(中斷、計數／定時)外，還設置了監控盤臺連接的接口電路、專用的數字移相脈沖特殊接口。5.6.2微機型AER的構成5.脈沖輸出通道

同步和數字觸發控制電路是微機勵磁調節器的一個專用輸出過程通道。作用是將計算機計算出來的、用數字量表示的晶閘管控制角轉換成晶閘管的觸發脈沖

輸出的控制脈沖信號需經中間放大、末級放大后，才能觸發大功率晶閘管控制其輸出電流5.6.2微機型AER的構成6.運行操作設備

勵磁調節器有一套供運行人員操作的控制設備，用于增、減勵磁和監視調節器的運行。另外還有供程序員使用的操作鍵盤，用于調試程序、設定參數等。

5.6.2微機型AER的構成(二)軟件框圖

微機勵磁調節器的軟件應用程序監控程序

是計算機系統軟件，主要為程序的編制、調試和修改等服務，而與勵磁調節沒有直接關系，但仍作為軟件的組成部分安置在微機勵磁調節器中包括主程序和調節控制程序，是實現勵磁調節和完成數據處理、控制計算、控制命令的發出及限制、保護等功能的程序，以及用于實現交流信號的采樣及數據處理、觸發脈沖的軟件分相和機端電壓的頻率測量等功能5.6.2微機型AER的構成1．主程序的流程及功能

在主程序中主要由系統初始化、開機條件判別及開機前設置、開中斷、故障檢測及檢測設置、終端顯示和人機接口命令過程構成。5.6.2微機型AER的構成系統初始化就是在微機勵磁調節器接通電源后、正式工作前，對主機以及開關量、模擬量輸入輸出等各個部分進行模式和初始狀態設置，包括對中斷初始化、串行口和并行口初始化等。5.6.2微機型AER的構成開機條件判別及開機前設置流程圖首先判別是否有開機命令。若無開機命令，則檢查發電機QF分、合狀態。若發電機QF“分”，表明發電機尚未具備開機條件，程序轉入開機前設置，然后重新進行開機條件判別；若發電機QF“合”，則表明發電機已并入電網運行，轉速一定在95％以上，程序退出開機條件判別。若有開機命令，則反復不斷地查詢發電機轉速是否達到95％，一旦達到了，表明開機條件滿足，結束開機條件判別，進入下一階段。5.6.2微機型AER的構成開機前設置主要是將電壓給定值置于空載額定位置以及將一些故障限制復位。主程序中“開中斷”環節表示微機勵磁調節器在此將調用各種調節控制程序實現各種功能。開中斷后，中斷信號一出現，CPU即中斷主程序轉而執行中斷程序，中斷程序執行完畢，將返回主程序繼續執行。故障檢測是實現TV斷線判別、工作電源檢測、硬件檢測信號、自動恢復等。檢測設置就是設置了一個標志，表明勵磁系統已經出現了故障，以便執行故障處理程序。終端顯示程序將需要監視的量從計算機存儲器中按一定格式送往終端顯示。人機接口命令程序實現對電壓偏差的比例積分微分(PID)調節參數、調差系數等參數在線進行修改。5.6.2微機型AER的構成2．調節控制程序的流程和功能

晶閘管全控橋式整流電路，每周期內觸發6次，對50Hz工頻的勵磁電源則每秒觸發300次。為了滿足這種實時性要求，中斷信號每隔60°出現一次，每次中斷間隔時間約3.3ms。要在每個中斷間隔時間內，執行完所有的調節控制計算和限制判別等程序是不可能的。程序采用分時執行方式，在每周期的6個中斷區間，分別執行不同的功能程序。這6個中斷區間以同步信號為標志。5.6.2微機型AER的構成進入中斷以后，首先壓棧保護現場，將被中斷的主程序斷點和寄存器的內容保護起來，以便中斷結束后返回到主程序斷點繼續運行。接下來查詢是否有同步信號。（1）若沒有同步信號則表示沒有勵磁電源，不執行調節控制程序，退出中斷。（2）若有同步信號則查詢是否有機組故障信號。一旦查詢到機組故障信號便轉入逆變滅磁程序。空載逆變條件有：①有停機令；②發電機機端電壓大于130％額定電壓；③發電機頻率低于45Hz。5.6.2微機型AER的構成5.6.2微機型AER的構成3．電壓調節計算

電壓調節計算流程（1）采樣程序（2）調差計算程序（3）對電壓偏差的比例調節

采樣控制程序的作用是將各種變送器送來的電氣量經A/D轉換成微機能識別的數字量，供電壓調節計算使用。調差計算是為了保證并聯運行機組間合理分配無功功率而進行的計算。微機型勵磁調節器采用不同的算法就可實現不同的控制規律，如對電壓偏差的比例（P）調節、比例積分（PI）調節、比例積分微分（PID）調節等5.6.2微機型AER的構成PID調節計算法：通過對電壓偏差進行積分、微分、比例運算后得到控制量來控制α，使調節性能更好。PID計算算式：輸出算式為：5.6.2微機型AER的構成4．限制判別程序

限制判別程序作用是判別發電機是否運行到了應該對勵磁電流進行限制的狀態。

當被限制的參數超過限制值時，持續一定時間后，程序設置某種限制標志，表明發電機的某一運行參數已經超過了限制值，應該進行限制了。5.6.3微機型AER的原理數字移相及觸發脈沖形成

微機勵磁調節器采用的軟件移相觸發，由同步移相、脈沖形成和脈沖放大環節組成。數字移相是將PID計算輸出的數字量y轉換為控制角α，并在規定的角度區間內形成脈沖，經功率放大后形成觸發脈沖，去觸發相應的晶閘管5.6.3微機型AER的原理1.數字移相

數字移相工作特性：輸出的控制角α與輸入量y間的關系曲線。在軟件移相中，α是用計數脈沖D來表示，先求出觸發脈沖距α角起始點的延時數字移相分線性余弦移相再將

折算成對應的計數脈沖個數D：5.6.3微機型AER的原理

整個移相觸發的過程是：如果控制角α經計算得出，則可算出脈沖個數D，經過數據總線送到8235芯片中，計數器為減法計數器，整形的方波上升沿起動計數器，計數結束后，計數輸出端輸出信號，經功率放大和脈沖變壓器，形成脈沖去觸發相應的可控硅。5.6.3微機型AER的原理2.同步電路

是對同步變壓器二次電壓進行處理，以處理后的方波作為定時計數器的門控信號，指明控制角α的計時起點，觸發相應的晶閘管。同步電路的作用同步信號的采集形式采集單相同步信號，其它幾個同步點由計算機算出由硬件實現6個同步點5.6.3微機型AER的原理