励磁系统培训.pptx

目目 录录v 1、励磁的定义v 2、励磁系统的定义v 3、励磁系统的组成v 4、励磁系统的作用v 4.1 控制机端电压v 4.2 无功功率的调节和分配 v 4.2.1 无功功率的调节v 4.2.2 无功功率的分配v 4.3 提高同步发电机并联运行的稳定性v 4.3.1 励磁控制系统对静态稳定的影响v 4.3.2 励磁控制系统对动态稳定的影响v 4.3.3 励磁控制系统对暂态稳定的影响v 4.4 改善电力系统的运行条件v 4.4.1 故障后可以加速系统电压的恢复,改善异步电动机的自起动条件v 4.4.2 为发电机异步运行和自同期并列创造条件v 4.4.3 提高继电保护装置工作的正确性v 4.4.4 在发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁防，止过激磁v 4.4.5 在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，以减小故障损坏程度v 4.4.6 根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制等v 4.5 水轮发电机组要求实行强行减磁v 5、对励磁系统的要求v 5.1 对励磁调节器的要求v 5.2 对励磁功率单元的要求v 6、励磁系统的分类v 6.1 直流励磁机励磁系统（100MW以下）v 6.2 交流励磁机励磁系统v 6.3 静止励磁系统v 7、励磁标准 8、系统功能要求 v 9、励磁调节器参数整定v 9.1 限制与保护参数整定v 9.2 PSS参数整定v 9.3 PID参数整定v 10、发电机灭磁一、励磁的基本知识一、励磁的基本知识v1、励磁的定义 v 什么是励磁？n电磁相互作用原理 n导体切割磁力线感生电动势en励磁就是提供一个磁场B 对于发电机来说，励磁就是产生磁通对于发电机来说，励磁就是产生磁通（动力机带动发电机运动，励磁建立磁场）E=4.44fNE：定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值(V)：定子频率（Hz）N：定子相绕组有效匝数：每极磁通量(Wb)n n同步发电机的两个基本控制：励磁同步发电机的两个基本控制：励磁&调速调速n n电能质量：电压电能质量：电压&频率频率GActive Power（P）Frequency（f）Reactive Power（Q）Terminal Voltage（Ug）Governor调速调速Static or BrushlessExcitation励磁励磁v2、励磁系统的定义v 什么是励磁系统？在国家标准GB/T 7409.17409.3-1997中关于励磁系统的定义 1)励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电流设备的总称。包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。2)励磁控制系统是励磁系统及其调节对象(同步发电机)共同组成的反馈控制系统。3）励磁系统基本功能是维持电压水平、提供无功功率。4)励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响。v3、励磁系统的组成v同步发电机励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成 1）励磁功率单元：包括整流装置（AC/DC变换，SCR、二极管）、励磁电源（励磁机、励磁变压器）及灭磁与转子过电压保护。它向同步发电机的励磁绕组提供可调节的直流励磁电流。2）励磁调节器：它根据发电机及电力系统运行的要求，自动调节功率单元输出的励磁电流的大小。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。（如下图所示）v4、励磁系统的作用n供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。以满足发电机正常发电和电力系统安全运行的需要。v从发电厂角度研究励磁n调节发电机电压n调节发电机无功n多台发电机无功n发电机安全可靠运行v从电力系统角度研究励磁n提高系统的静态稳定性n提高系统的暂态稳定性n改善系统的电压稳定性n二次电压控制n安全可靠运行控制机端电压 无功功率的调节和分配提高同步发电机并联运行的稳定性静态稳定 暂态稳定 改善电力系统的运行条件 水轮发电机组要求实行强行减磁动态稳定v4.1 控制机端电压 在电力系统正常运行情况下，负荷的波动引起电压的波动，励磁系统改变励磁电流，应维持发电机机端电压（或主变压器高压侧电压）在给定水平。由发电机简化相量图可知：UG=Eq jIXd 式中 Eq发电机空载电动势（励磁电动势）Ut发电机机端电压 I发电机定子（负荷)电流v负荷的无功电流是造成负荷的无功电流是造成EqEq和和UGUG幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者间的差值也越大。两者间的差值也越大。同步发电机的外特性同步发电机的外特性 励磁控制系统通过不断调节励磁电流来维持机端电压为给定值励磁控制系统通过不断调节励磁电流来维持机端电压为给定值v4.2 无功功率的调节和分配 4.2.1 无功功率的调节 当发电机并联于电力系统运行时，它输出的有功决定于从原动机输入的功率，而发电机输出的无功则和励磁电流有关，调节励磁可以改变发电机输出的无功。实际运行中，改变励磁会使端电压和输出无功都发生变化，但端电压变化较小，而输出无功会有较大的变化。接在电网上运行的负载类型很多，多数负载除了消耗有功功率外，还要消耗电感性无功功率，如接在电网上运行的异步电机、变压器、电抗器等。所以电网除了供应有功功率外，还要供应大量滞后性的无功功率。电网所供给的全部无功功率一般由并网的发电机分担。电网的电压和频率不会因为一台发电机运行情况的改变而改变，即并网发电机的电压和频率将维持常数。如果保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。v图17.11给出了有功功率不变而空载电势变化时，隐极发电机的电势相量图，和的矢端必须落在直线AB和CD上。v如果在某一励磁电流If时，Ia正好与U平行，此时无功功率为零,发电机输出的全部是有功功率，发电机正常励磁。v如果增加励磁电流到If1，则E0将沿直线AB右移到E01，Ia将沿直线CD下移至Ia1，1a1滞后于U，发电机处于过励状态，输出功率中除了有功功率外，还有滞后性的无功功率；v如将励磁电流减少到If2，则E0沿BA左移到E02，Ia沿DC 上移到Ia2，Ia2超前于U，发电机处于欠励状态，发电机输出功率中除了有功功率外，还有超前性的无功功率。PG=U I COS=常数 I COS=K1改变励磁电流可改变无功，但不影响有功的变化。v V形曲线v可见，通过调节励磁电流可以达到调节同步发电机无功功率的目的。当从某一欠励状态开始增加励磁电流时，发电机输出的超前的无功功率开始减少，电枢电流中的无功分量也开始减少；达到正常励磁状态时，无功功率变为零，电枢电流中的无功分量也变为零，此时；如果继续增加励磁电流，发电机将输出滞后性的无功功率，电枢电流中的无功分量又开始增加。v 电枢电流随励磁电流变化的关系表现为一个V形曲线。V形曲线是一簇曲线，每一条V形曲线对应一定的有功功率。V形曲线上都有一个最低点，对应cos=0 的情况。将所有的最低点连接起来，将得到与cos=0对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后（见图17.12）。V形曲线可以利用图17.11所示的电势相量图及发电机参数大小来计算求得，亦可直接通过负载试验求得v4.2.2 无功功率的分配 当两台或两台以上发电机并联运行在同一母线上时，总的无功功率由各发电机组分担，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响它的电压和无功功率，也将影响与之并联的运行机组的无功功率，因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷（无功分配取决于各自的调差系数）。因此对于相同的AVR就要求调差系数相同。无功分配趋势：调差系数越接近零，承担的无功越大。v发电机调差特性1、定义：发电机端电压的调差率是自动励磁调节器的调差单元投入、给定单元固定不变，发电机的无功负荷从零变化到额定值(视在功率值）时，用发电机额定电压百分数表示的机端电压变化率。即 Ku(%)=(Ut0-UtR)/Ut0 x100%Ut0:发电机无功负荷为零，即发电机空载时的机端电压 UtR:发电机无功电流为定子额定电流时的机端电压。2、三种调差特性：(1)Ku=0,无差特性(2)Ku0,正调差特性v3、发电机并联运行的情况：当两台或两台以上发电机并联运行在同一母线上时，总的无功功率由各发电机组分担，它们必须满足的条件是：1)并联各机组的机端电压相等 2)总无功功率等于各发电机的无功功率之和第一和第二种并联运行是不稳定的，第三种不建议用，第四种最常用。v4.3 提高同步发电机并联运行的稳定性v电力系统稳定分为三个电量的稳定：电压稳定、频率稳定、功角稳定。v励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。频率稳定由调速器负责。v功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。v静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性；v暂态稳定是大扰动后系统在随后的12个周波的稳定性；v动态稳定是小扰动后或者是大扰动12周波后的，并且采取技术措施后的稳定性，也就是PSS研究的稳定性。v4.3.1励磁控制系统对静态稳定的影响：(1)静态稳定：静态稳定是指发电机在稳定运行遭受到及其微小的扰动后，能够自动地恢复到原来的运行状态的稳定问题。也更好的维持了系统电压。(2)励磁控制系统对静态稳定的作用：发电机输出的有功功率为：P(EqU/Xd)*sin功率角极限：=90度理想的传输功率极限：PMAXEqU/Xdv 静态稳定极性功率与发电机空载电动势Eq成正比，而Eq与励磁电流有关。v励磁系统能有效的提高系统静态稳定的极限功率（3）具有自动励磁调节的发电机功率特性 如上图所示，采用了自动励磁调节的发电机静态稳定运行的最大电磁功率和最大功率角都有提高。电力系统静态稳定性的判据是发电机输出电磁功率对功角的微分dPe/d是否大于0。v（4）结论：v 1)性能优良的励磁系统,改善了实际的运行功率特性,提高了功率极限,而且扩大了稳定区,即同步发电机能在90的区段运行，通常把这一区段称为人工稳定区。2)自动励磁调节器按电压偏差调节的放大倍数愈大（但降低了动态稳定性）,发电机维持机端电压的能力愈强,Eq增加愈大,功率特性曲线波幅愈高,发电机的稳定极限功率就愈大。3）当自动电压调节器能维持发电机电压恒定时,静态稳定极限达到线路极限,比维持E恒定的调节器,提高静稳极限约30%.维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，是兼容的。4）增大开环增益，放大倍数，可以提高系统的静态稳定。v4.3.2 励磁控制系统对动态稳定的影响 （1）动态稳定:动态稳定是指电力系统受干扰后(包括大干扰和小干扰)考虑了自动控制装置作用下不发生振幅不断增长的振荡而失步的能力。动态稳定问题可以理解为电力系统低频振荡的阻尼问题。（2）励磁控制系统对动态稳定的作用：励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱（甚至变负）的最重要的原因之一。电力系统的固有自然阻尼小。在维持发电机电压恒定时，为了提高静态稳定性，希望励磁调节器具有较大的放大倍数。然而高放大倍数、高起始响应的励磁调节器在在某些情况下容易产生负阻尼，使系统的动态特性变坏，系统可能发生阻尼不足低频的振荡。而且研究还表明，励磁调节器的作用越强则越容易出现振荡，快速励磁系统允许的电压放大倍数比慢速励磁系统要小。v（3）解决矛盾:用PSS（PSS不能消除振荡，只能提供附加正阻尼来抑制振荡)励磁电压调节器的负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强，但是较大的放大倍数对于系统的暂态稳定和扰动后电压的恢复是有利的。因此提高电压调节精度的要求和提高动态稳定的要求是不兼容的。解决这个矛盾的办法有：v放弃调压精度要求，减少励磁控制系统的开环增益。这对静态稳定性和暂态稳定性均有不利的影响，是不可取的。v电压调节通道中，增加一个动态增益衰减环节。这种方法可以达到既保持电压调节精度，又可减少电压调压通道的负阻尼作用的两个目的。但是，这个环节使励磁电压响应比减少，不利于暂态稳定，也是不可取的。v在励磁控制系统中，增加附加励磁控制通道。这种控制信号，它不仅可以补偿单纯以电压为信号的励磁调节器产生的负阻尼，而且可以增加正阻尼，而使动态稳定极限的水平达到和超过暂态稳定和静态稳定的水平。这种控制信号不影响电压调节通道的电压调节功能和维持发电机端电压水平的能力，不改变其主要控制的地位。因此，又称为附加励磁控制。电力系统稳定器即PSS是使用最广、最简单而有效的附加励磁控制。v4.3.3 励磁控制系统对暂态稳定的影响v(1)暂态稳定:v 暂态稳定是指电力系统受到大干扰(如短路等)作用后能否在新的平衡状态下运行的问题.通常指第一或第二振荡周期不失步。(a)单机无限大母线系统(b)短路故障下，功率特性曲线的变化：初始工作曲线1；短路后3；故障切除2(C)暂态稳定性决定于加速面积abedabcd是否小于或等于减速面积dfed。v等面积定则：v 减速面积和加速面积如图所示。v 如图（a）减速面积加速面积，临界稳定；v 如图（b）减速面积加速面积，稳定；v 如图（c）减速面积=0.5S 直流励磁机励磁系统和无特殊措施的交流励磁机励磁系统v快速励磁系统：励磁时间常数0.5S 交流励磁机励磁系统和静止励磁系统v高起始励磁系统：励磁时间常数0.1S 采用特殊措施的交流励磁机不可控整流器励磁系统 v 励磁系统其他分类v7、励磁标准vIEEE Std 421.2-1990nIEEE Guide for Identification,Testing,and Evaluation of the Dynamic Performance of Excitation Control SystemsvGBT7409 同步电机励磁系统 vDL/T650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件vDL/T843-2003 大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件 vDL/T 583 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件v励磁系统应保证,发电机励磁电流不超过其额定值的1.1倍时,连续运行。v励磁设备的短时过负荷能力应大于发电机转子短时过负荷能力。v励磁顶值电压倍数一般为1.6-2。励磁顶值电流倍数与励磁顶值电压倍数相同。当系统稳定要求更高励磁顶值电压倍数时，按计算要求确定。励磁顶值电压倍数超过2时，励磁顶值电流倍数仍取为2。v励磁系统电压响应比（电压上升速度）不小于2倍秒。励磁系统响应时间:上升值0.6s(自);上升值 0.8s(交流)。高起始响应励磁系统的励磁电压响应时间:上升值不大于0.1秒，下降值不大于0.15秒v强励电压倍数一般为2倍。强励时间不小于10s。v励磁系统应保证发电机机端调压精度优于1.0%。v励磁系统应能保证发电机机端电压调差率整定范围为15%，级差不大于1%。调差特性应有较好的线性度。v调节范围:自动:70%110%;手动:20 110%.v在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器和手动调节单元的整定电压变化速度，应不大于额定电压1%/s，不小于额定电压0.3%/s。v励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%时发电机电压的变化值不大于额定值的0.25%v励磁系统应保证同步发电机端电压的静差率不大于1v在空载额定电压情况下，当发电机电压给定阶跃量为10时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50，振荡次数不超过3次，调节时间不超过10s。v当同步发电机100电压起励时，自动电压调整器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15，电压振荡次数不超过3次，应不超过10s。v在额定功率因数下，当发电机突然甩额定负荷后，发电机电压超调量不大于15额定值，振荡次数不超过3次，调节时间不大于10s。v自动电压调节器按用户要求可以全部或部分装设以下附加功能：a)电压互感器断线保护；b)无功电流补偿；c)过励限制；d)欠励限制；e)VHz限制；f)电力系统稳定器（PSS）；g)过励保护；h)定子电流限制；i）其他附加功能。v当励磁电流小于1.1倍额定值时，励磁绕组两端所加的整流电压最大瞬值不应大于规定的励磁绕组出厂试验电压幅值的30。v同步发电机励磁回路应装设转子过电压保护，保护发电机转子和励磁装置本身。v励磁系统中的功率整流器，其冗余度可按全部功率整流器的并联支路中有一个支路退出运行后，剩余支路仍能满足发电机的所有运行工况要求，功率整流装置的均流系数应不小于0.85v励磁系统应有灭磁功能，能在正常和下述非正常工况下可靠灭磁：a)发电机运行在系统中，其励磁电流不超过额定值，定子回路外部短路或内部短路；b)发电机空载误强励（继电保护动作）。v选用励磁变压器时应有以下考虑：a)变压器的容量应按照GB/T 18494.1考虑整流器产生的特征及非特征谐波损耗使变压器产生附加发热的影响；b)励磁变压器的原、副边绕组间应设有屏蔽层，并可靠接地；c)选用干式变压器时，变压器柜体防护等级不宜高于IP21;v励磁系统模型符合GB/T 7409.2v静止励磁系统应能可靠起励，起励电源可采用直流或交流整流电源。v励磁系统应设有必要的信号及保护，以监视励磁系统运行状态和防止故障。v励磁系统屏柜的噪声应不大于80dB(A)。v励磁系统年强迫切除率应不大于0.2。v对励磁系统及其部件绝缘耐电压试验能力的要求：a)与发电机磁场绕组直接联结或经整流器相联结的电气组件（交流励磁机见JB/T 7784)，当额定励磁电压等于或小于500 V时，其出厂试验电压值为10倍额定励磁电压，最低不小于1500 V。而当额定励磁电压大于500 V时，其出厂试验电压为2倍额定励磁电压加4000 V。b)现场交接试验电压为出厂试验电压参照GB 50150；c）试验电压以波形畸变系数不大于5的工频交流正弦电压有效值计，耐电压时间为1 min；d)对其余不与励磁绕组直接连接的电气与电子组件的要求按照GB 3797的规定执行。v电力系统稳定器应满足下述要求：a)有快速调节机械功率要求的机组应选择具有防止反调功能的电力系统稳定器模型；b）应提供试验用信号接口；c)具有输出限幅功能；d)具有手动和自动投、切功能；e)当采用转速信号时应具有衰减轴承扭振信号的滤波措施。v同步发电机在额定工况下运行时，励磁系统各部位的温升不得超过表1所列数据。其余按照GB 6450、GB 3797、GB 1094和GB/T 18494.1四项标准规定。v 表1励磁系统各部位温升限值v励磁系统的功率整流桥应满足下列要求 a)并联运行的支路数冗余度一般应按照不小于N+1的模式配置，在特殊运行条件下可以考虑N+2的模式。在N模式下要求保证发电机所有工况的运行（包括强行励磁在内）。b)风冷功率整流桥如有停风情况下特别运行要求时，并联运行的支路的电流连续输出最大电流容量值应按停风情况下运行要求配置。v静止整流励磁系统的起励电源的电流，不应小于发电机空载额定电压对应励磁电流的5%10%。v励磁系统功率整流桥不应采用串联元件。并联支路较多时应考虑均流措施。在发电机额定励磁电流情况下，均流系数不应低于0.85。v励磁系统应装设励磁回路直流侧过电压保护装置。过电压保护动作值的选择原则如下：在任何运行情况下 a）应高于最大整流电压的峰峰值。b）应保证励磁绕组两端过电压时的瞬时值不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的70%。v开环频率特性的增益及相角要求。励磁控制系统的要求：调压精度、稳定性、快速性等。快速性和稳定性：na)时域法-发电机空载电压阶跃品质来表示.有超调量、上升时间、调整时间、振荡次数等.b)频域法-发电机空载开环频率特性的指标.有穿越频率、增益余量和相位余量.v励磁系统的灭磁装置，应满足下列要求：灭磁过程中，励磁绕组反向电压一般控制在不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的50%。v8、系统功能要求v励磁系统应设置两套独立的调节通道。两套独立调节通道可以是双自动调节通道，也可以是一个自动调节通道加一个手动调节通道。v励磁系统采用的两套调节通道应能手动切换，应互为热备用、相互自动跟踪，运行通道故障时能自动切换至备用通道。自动跟踪部件应具有防止跟踪异常情况或故障情况的措施。以保证当运行调节通道故障时，能正确、自动地切换到备用调节通道。切换时发电机机端电压或无功功率应无明显的波动。v励磁系统某个调节器通道如设有自动/手动运行方式，则应具有双向跟踪、切换功能。跟踪部件应能正确、自动地跟踪。切换应具有手动和VT断线自动切换能力。切换时保证发电机机端电压和无功功率无大幅度的波动。v独立运行的自动调节通道电压给定器或励磁电流给定器应带有限位功能，发电机解列后应能自动返回至空载额定电压位置 v励磁系统的功率整流桥应具有切脉冲控制功能。以及风机停风、快熔熔断、脉冲故障检测等报警功能。v励磁系统应具有转子过电压动作记录功能，及磁场开关动作记录功能。v励磁系统应能可靠起励，允许残压起励（在满足功率元件自励的条件下）。并配有软起励功能。v励磁系统应设起励装置。装置具有自动和手动投切功能、起励延时和起励失败报警功能。v励磁调节器应备有通信接口。能输出励磁有关数据到上级计算机或监控装置，并能接受其升、减磁等命令。v大型水轮发电机励磁系统用自动励磁调节器应具备3.4.1节的限制和电力系统稳定器PSS等辅助功能。v励磁系统应具有下列检测功能 a）触发脉冲检测 f）功率整流桥故障退出检测 b）励磁调节器同步回路检测 g）调节通道故障检测 c）VT断线检测 h）励磁变压器温度检测 d）功率整流桥停风或水流量检测 e）功率整流桥快熔熔断检测v9、励磁调节器参数整定v 通讯方式v 状态显示设定v 系统参数配置v I/O口定义v 设定值整定v 软启动参数整定v 事件记录与故障录波v EDM/RDM参数整定v 同期功能参数整定v VDC/横流补偿参数整定v 双通道参数整定v 限制与保护参数整定v PSS参数整定v PID参数整定 v软启动参数整定可以在设定的时间内以最小的超调量使发电机电压从残压 逐步上升到给定值。v事件记录与故障录波记录监视AVR的内部和外部状态；故障发生时记录故障前后的波形，以便于分析故障原因，并更好解决故障。vEDM/RDM参数整定旋转二极管监视，可以通过无刷励磁机的励磁电流监测无刷励磁机的功率桥，防止发生二极管开路和短路状况。在励磁机的励磁绕组中感应出谐波电势，励磁绕组中叠加上一个与故障状态有关的交流分量，其频率视元件开路或短路故障而定。v同期功能参数整定可以实现同步电机与电力线路之间的同步。通过两个测量信号 UNET 和 UM 得到相应的测量值 -电压差（幅度）-频率差 -相位角差 由电压匹配功能向内部的电压调节器发出电压调节值，由频率匹配功能向涡轮调节器发出模拟速度校正信号 Fbias。vVDC/横流补偿参数整仅用于孤岛运行，为了使各并列发电机之间的无功功率相同，对电压降进行补偿，因此母线上的电压始终保持在 100%.v双通道参数整定对于重要的场合，设计备用励磁控制。通过提供双通道可建立冗余励磁系统，提高可靠运行。v9.1 限制与保护参数整定强励限制：v 励磁调节器在自动方式下，可以通过短时强励作用，提高电力系统暂态稳定极限。在系统出现短路故障时，发电机机端电压被迫拉低，励磁调节器自动方式为了维持机端电压恒定，PID输出自动加大，去增加励磁电流；当励磁电流超过额定励磁电流时，就形成强励，使得发电机转子绕组处于过流状态。v励磁电流强励限制的作用在于保护发电机转子绕组不会过流而损坏。强励限制分为强励顶值限制和强励反时限限制。强励顶值限制，限制强励情况下励磁电流的最大输出，是瞬时限制。强励反时限限制，是根据发电机转子允许的反时限过流能力，按照等效发热原则，按反时限特性去限制励磁电流输出，防止发电机转子过流损坏。电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；强励限制是指电流限制倍数：1.5-2.0倍；反时限特性ANSI规定了励磁电压的反时限特性.水轮发电机规定了励磁电流的短时过负荷能力.汽轮发电机未对转子绕组做出规定,但是指出满足励磁标准励磁标准2倍10秒，可得：过励限制 保证发电机的过载能力得到发挥。保护发电机长期运行励磁绕组,以免过热损坏.励磁反时限限制、顶值电流瞬时限制、励磁绕组过负荷保护。保护整流设备,以免短路电流损坏元件.励磁设备过电流保护、快速熔断器保护 励磁系统过励限制 包含顶值电流瞬时限制和过励反时限限制 2 种功能。顶值电流瞬时限制值 确定顶值电流瞬时限制值时需要考虑励磁机的饱和。从励磁机负载特性曲线上,由顶值电流倍数决定的发电机磁场电压,获得顶值电流瞬时限制值。反时限特性 ANSI规定了励磁电压的反时限特性.水轮发电机规定了励磁电流的短时过负荷能力.汽轮发电机未对转子绕组做出规定,但是指出满足励磁标准 励磁标准2倍10秒，可得：欠励限制（P/Q限制）：v正常并网运行情况下，发电机机端电压高于系统电压，发电机输出的无功为正，提供电力系统对无功的需求。当电力系统在某些特殊情况下（比如：夜间运行时），系统可能出现过剩的无功，引起系统电压升高；需要一些发电机机组进相运行，来吸收系统多余的无功，维持系统电压水平。v欠励限制可以：防止过度进相运行引起的发电机失去静态稳定；防止过度进相引起发电机端部，磁轭等部件过热;维持电网、厂用电电压要求；避免机端电压、厂用电和高压母线电压过低；励磁系统故障,低励起作用，可以避免失磁;v低励失效，失磁保护动作跳闸.与失磁保护配合V/HZ限制：v正常情况下，发电机端电压处于额定水平附近，发电机频率也在额定频率附近，发电机及主变压器的激磁回路不会处于饱和状态。当发电机频率降低时，如果仍要维持发电机端电压在额定水平，励磁电流和主变激磁电流就需要正比增加。当频率降低到一定程度后，将会出现过磁通，将引起磁路损耗增大、发热而损坏。励磁调节器V/F限制的作用，使得发电机端电压随频率的降低而成比例的减小，维持发电机及主变压器的激磁回路不进入饱和状态而损坏。v V/HZ限制与过激磁保护的配合V/HZ限制曲线定子电流限制：v定子电流限制还可以采用根据发电机输出的有功功率来确定发电机允许输出无功功率的方式来实现，即过无功限制，定子绕组发热限制；v定子过电流限制应先于定子过流保护动作，以避免停机。v定子过流持续时间略大于转子过流持续时间。v区分进相和滞相下过流，进相过流增加励磁，滞相过流减少励磁。v定子过电流限制特性应与过励限制特性匹配。1）定子过流倍数略大于励磁绕组过流倍数。2）按照机组具体参数计算两者关系，或按照1.15倍考虑。PT断线保护:当出现PT短线，AVR检测不到电压，为防止误强励，可以自动切换到手动模式下。发电机过电压和低电压保护：发电机励磁运行在PF或者VAR模式下，应保持电压调节的基本功能，延长辅助控制的作用时间和作用量大小，协调调节器内无功控制和控制室无功控制，防止失去基本的电压控制功能。这样在出现电压过高或过低时，应退出PF/VAR模式，运行在AVR模式下。发电机转子保护：v转子过电压的形成：同步发电机处于系统大扰动的瞬变过程时，转子绕组产生的交流电流与直流励磁电流相叠加后，有可能出现与原直流方向相反的瞬时交流电流，由于整流器的单向导电作用，致使反向瞬时电流受到阻断，这相当励磁回路处于突然断开状态，因而励磁绕组中就会产生很高的反向电压，其值会达到空载额定励磁电压的数倍。v防止转子过电压的保护措施 （1）阻容保护 （2）压敏电阻作成的浪涌吸收器 （3）转子放电器 （4）非线性电阻 （5）固定电阻 （6）可控硅跨接器 v9.2 PSS参数整定v所谓电力系统稳定器（Power System Stabilizer，简称PSS）是指为了解决大电网因缺乏足够的正阻尼转矩而容易发生低频振荡的问题所引入的一种相位补偿附加励磁控制环节，即向励磁控制系统引入一种按某一振荡频率设计的新的附加控制信号，以增加正阻尼转矩，克服快速励磁调节器对系统稳定产生的有害作用，改善系统的暂态特性v v电力系统稳定器的作用：主要是抑制电力系统0.12.5 Hz的低频振荡。电力系统稳定器的任务是接受这些振荡信号，并按要求传递给励磁电压调节器，通过电压调节器的自动控制作用，对发电机转子之间的相对振荡提供正阻尼，以此实现对振荡的抑制。v vPSS原理：相位补偿。vPSS整定原则：尽量宽的频率范围满足提供附加阻尼的要求。vPSS整定要求：n相位在轴的+10-45，n放大倍数取临界放大倍数的1/31/5，负载阶跃的阻尼比大于0.1.v低频振荡产生原因v自动电压调节器按照发电机端电压偏差Ut进行调节，当电力系统的无功缺少使机端电压减少时，自动电压调节器就增加励磁电流，以保持机端电压的恒定。但当电力系统的有功发生变化，运行中的功角也会变化，进而引起Ut的微小变化。对于现代自动电压调节器来说，其放大倍数高且反应灵敏，调节器就会对这种因功角变化引起Ut的微小变化进行调节。由于发电机转子绕组具有较大的时间常数，其励磁输出电流所产生的转矩相对于输入信号必然有一定的延时，正是这种延时，使得自动电压调节器对于电力系统阻尼而言不是加强而是减少。于是，我们说，自动电压调节器产生了负阻尼。v 常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互联系统的弱联络线上，在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。微机励磁调节器的时间常数小，可改善电压调节特性，提高了系统的暂态稳定水平。但由于自动励磁调节器产生的附加阻尼为负值，抵消了系统本身所固有的正阻尼，使系统的总阻尼减少或成为负值，以至系统在扰动作用后的功率振荡长久不能平息，甚至导致自发的低频振荡。v v低频振荡危害：引起联络线过流跳闸 系统与系统或机组与系统之间的失步而解列 v9.3 PID参数整定v励磁系统应保证发电机机端调压精度优于1.0%v在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器和手动调节单元的整定电压变化速度，应不大于额定电压1%/s，不小于额定电压0.3%/s。v励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%时发电机电压的变化值不大于额定值的0.25%v励磁系统应保证同步发电机端电压的静差率不大于1v在空载额定电压情况下，当发电机电压给定阶跃量为10时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50，振荡次数不超过3次，调节时间不超过10s。v当同步发电机100电压起励时，自动电压调整器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15，电压振荡次数不超过3次，应不超过10s。v在额定功率因数下，当发电机突然甩额定负荷后，发电机电压超调量不大于15额定值，振荡次数不超过3次，调节时间不大于10s。v比例参数的作用a)对稳态特性的影响:加大比例控制KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，但加大KP只减小误差，却不能完全消除稳态误差；b)对动态特性的影响:比例控制KP加大，会使系统的动作灵敏、响应速度快；KP偏大，振荡次数变多，调节时间加长，当KP太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的响应缓慢。v积分参数的作用a)对稳态特性的影响:积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但若TI太大，积分作用太弱，将不能减小稳态误差；b)对动态特性的影响:积分时间常数TI偏小，积分作用强，振荡次数较多，TI太大，对系统性能的影响减小。当时间常数TI合适时，过渡性能比较理想。v微分参数的作用 微分控制的作用跟偏差信号的变化趋势有关，通过微分控制能够预测偏差，产生超前的校正作用，可以较好地改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度等。但当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长。当TD偏小时，同样超调量和调节时间也都较大。只有TD取得合适，才能得到比较满意的效果。v 控制器参数整定：指决定调节器的比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td和采样周期Ts的具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。v 整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等；工程整定法有凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定方法简单、计算简便、易于掌握。v凑试法 v按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序。v置调节器积分时间Ti=，微分时间Td=0，在比例系数Kp按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，由小到大整定比例系数Kp。求得满意的1/4衰减度过渡过程曲线。v引入积分作用（此时应将上述比例系数Kp设置为5/6 Kp）。将Ti由大到小进行整定。v若需引入微分作用时，则将Td按经验值或按Td=（1/31/4）设置，并由小到大加入。v临界比例法 v在闭环控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变调节器的比例系数，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数Ku，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tu。v临界比例度法步骤：v1、将调节器的积分时间Ti置于最大（Ti=），微分时间置零（Td=0），比例系数Kp适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。v2、将比例系数Kp逐渐增大，得到等幅振荡过程，记下临界比例系数Ku和临界振荡周期Tu值。v3、根据Ku和Tu值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即Kp、Ti和Td的值。v按“先P再I最后D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一步调整。v临界比例度法整定注意事项：v有的过程控制系统，临界比例系数很大，使系统接近两式控制，调节阀不是全关就是全开，对工业生产不利。v有的过程控制系统，当调节器比例系数调到最大刻度值时，系统仍不产生等幅振荡，对此，就把最大刻度的比例度作为临界比例度进行调节器参数整定。v经验法 v用凑试法确定PID参数需要经过多次反复的实验，为了减少凑试次数，提高工作效率，可以借鉴他人的经验，并根据一定的要求，事先作少量的实验，以得到若干基准参数，然后按照经验公式，用这些基准参数导出PID控制参数，这就是经验法。v 在调节中发现超调量过大，经过思考发现：超调量过大，表示系统阻尼比过小，但响应时间快。这时应该降低比例环节系数以提高系统阻尼，但会降低响应速度。v 在调节中发现调节时间过长，进过实验发现：调节时间过长，表示积分环节作用不明显，加大积分力度。v10、发电机灭磁v1.灭磁：就是将转子励磁绕组的磁场尽快地减弱到尽可能小的程度。v2.灭磁的作用：同步发电机发生内部故障时，虽然继电保护装置能快速地把发电机与系统断开，但磁场电流产生的感应电势继续维持故障电流，无论是端部短跑或部分绕组内部短路，时间较长都可能造成导线的熔化和绝缘烧坏，如果系统对地故障电流足够大时，必须迅速而完全地灭磁。v3.对灭磁系统的要求：v（1）灭磁时间要短v（2）灭磁产生的转子过电压应在绕组绝缘容许的范围内v（3）灭磁装置的电路和结构形式应简单可靠v4.灭磁方式v（1）当励磁系统正常停机时，调节器自动逆变灭磁，灭磁开关始终处于合闸位置，灭磁电阻不投入；v（2）当事故停机时，跳灭磁开关将磁场能量转移到高能氧化锌非线性电阻灭磁。衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度和灭磁电压。其要求是速度快即灭磁时间短，灭磁电压不能超过转子允许电压值。最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒定，只有这样，灭磁电流才能按线性方式衰减，其灭磁时间才最短。最优的灭磁系统称为理想灭磁系统 v灭磁换流公式vUk Uz ULv整流：Uk Uz UL，Uk要求高，不推荐使用；v逆变：Uk Uz UL，Uk要求低，直流灭磁推荐；v封脉冲：Uk Uz UL，Uz交变，交流灭磁推荐。v逆变灭磁：v利用可控硅全控桥逆变灭磁的原理：v在灭磁过程中，向转子励磁绕组施加一个比较大的负值恒定电压，转子电流基本上按直线率下降，灭磁时间就会加快。利用可控硅全控桥逆变灭磁的一个特性就是在灭磁时，把可控硅控制角后退到最大的逆变角的位置，整流桥由“整流”工作状态过渡到“逆