【正文】 壓，電流有關，并且還和兩者之間相位，即負載功率因數(shù)有關。調(diào)壓器也裝有CT供電的補償電阻，起調(diào)差作用。勵磁機輸出經(jīng)穩(wěn)定變壓器，輸出穩(wěn)定信號到調(diào)節(jié)電路。勵磁機輸出經(jīng)穩(wěn)定變壓器，輸出穩(wěn)定信號到調(diào)節(jié)電路。國內(nèi)在1950年代進口西方國家的AVR主要有3類：A）炭阻式；B)銀針式；C)磁盤式；(亦稱擺勵接觸式）。167。當然一般火電廠均建于城市市區(qū)或近郊，靠近負荷中心，沒有輸電穩(wěn)定問題，使用三機交流整流勵磁系統(tǒng)是沒什么問題，但機組往往存在振動、廠房長投資大的問題。國內(nèi)例如河北工學院電工廠，在福建省池潭水電廠50MW機組上成功地進行了自并勵試驗，從國外進口的天津大港發(fā)電廠320MW意大利火電機組，從日本進口的唐山陡河火電廠發(fā)電機用自并激。（當時蘇聯(lián)斯大林格勒到古比雪夫的長距離輸電也是用汞弧整流器）?，F(xiàn)在美國GE公司生產(chǎn)的P棒勵磁系統(tǒng)也是在發(fā)電機定子槽內(nèi)安放附加繞組(不是諧波繞組)，作為勵磁供電電源。同一時期，為給葛洲壩電站勵磁方案進行中間試驗，天傳所（東方電機廠參加）在湖南省花木橋電站進了交流側(cè)電壓相加的自復勵磁系統(tǒng)的研制。與此同時，在參照河北省崗南水電站從日本進口的10MW抽水蓄能發(fā)電機勵磁的基礎上，還設計出了可控相復勵的勵磁系統(tǒng)，在湖北省一臺10MW調(diào)相機上運行。1971年投運了由天傳所設計，上海華通開關廠、上海整流器廠、上海電機廠參與生產(chǎn)的富春江2＃機60MW發(fā)電機的自復勵可控硅勵磁系統(tǒng)，容量為當時國內(nèi)最大。1960年代初，可控硅元件剛出現(xiàn)，電流、電壓定額較低，所以他勵式可控硅靜止勵磁用得較少。 后來，隨著硅整流元件出現(xiàn)，直流勵磁機逐步被同軸交流勵磁機和整流器代替，交流勵磁機的容量基本上不受限制。 第一章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀167。在1960年代,當時的第一機械工業(yè)部委托電器科學研究院，組織了汽輪發(fā)電機三機交流整流勵磁系統(tǒng)的全國統(tǒng)一設計?？煽毓柚饕迷谌龣C交流整流勵磁系統(tǒng)主勵磁機的勵磁控制上。并勵的功率部分用的是三相半控整流橋，限于當時國內(nèi)生產(chǎn)元件的水平，富春江水電廠的可控橋臂是由（700V,200A）可控硅元件4串6并組成。 整流器是不可控的，是靠改變相復勵變壓器電壓繞組上的電壓來調(diào)節(jié)，后者由飽和電抗器L控制，本方案可靠性高，缺點是相復勵變壓器，飽和電抗器體積大。在中小型發(fā)電機上，天傳所還推出了雙繞組電抗分流勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，國內(nèi)還開發(fā)過諧波勵磁系統(tǒng)，最大的一臺是用在河北邯鄲馬頭電廠＃25MW汽輪發(fā)電機上。1970年代中期，南京熱電廠進口了一臺125MW意大利制造的汽輪發(fā)電機，采用他勵可控硅勵磁，勵磁機本身用不可控相復勵，意專家來調(diào)試，曾遇困難，不穩(wěn)定，最后由我國的技術人員調(diào)試成功，在此期間，富春江水電廠從法國進口了5＃、6＃機，勵磁為自復勵勵磁系統(tǒng)，其自勵部分和復勵部分的直流側(cè)電壓串聯(lián)相加，這種方式比較特殊。國內(nèi)電車供電電源當時也是用汞弧整流器（缺點是對環(huán)境有污染）整流得到的。由于自并激勵磁的一系列優(yōu)點，已逐步為國人所接受。通常建設在煤礦的坑口發(fā)電廠，往往要遠距離輸電，這時是應該選用快速響應的自并勵系統(tǒng)。12 勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)展動態(tài) 最初的同步發(fā)電機大都用同軸直流勵磁機勵磁，后者有用自并勵的，用于中小容量發(fā)電機，大容量發(fā)電機大多帶直流付勵磁機，早期的勵磁調(diào)節(jié)器（常稱為自動電壓調(diào)節(jié)器AVR）實際上只有2個功能，即通過自動調(diào)節(jié)勵磁機磁場電阻來達到發(fā)電機電壓恒定，和調(diào)差（使發(fā)電機并聯(lián)運行下合理分配無功）。這些都屬于機電式直接動作的調(diào)壓器，它們的電壓敏感元件直接通過機械機構操作勵磁機的磁場電阻。 圖14 銀針式調(diào)壓器原理圖及銀針觸點 炭阻式調(diào)壓器炭阻式調(diào)壓器的原理圖示于圖15。 圖15 炭阻式調(diào)壓器原理圖及實物圖 盤式(擺動接觸式)調(diào)壓器磁盤式調(diào)壓器亦用于控制串聯(lián)于直流勵磁機勵磁回路上的電阻，來調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓。 圖16 磁盤式調(diào)壓器原理圖及磁盤接觸擺在國內(nèi)上海華通開關廠生產(chǎn)過炭阻調(diào)節(jié)器，供用戶選用。這樣在發(fā)電機定子電壓，電流一定而負載功率因數(shù)改變時，調(diào)節(jié)器也能滿足發(fā)電機所需勵磁。 圖18，圖19 為美國通用電氣公司生產(chǎn)的帶直流勵磁機和交流勵磁機的勵磁系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器功率元 圖 18 美國GE公司生產(chǎn)的直流機勵磁系統(tǒng)件為電機擴大機。國內(nèi)從1970年代開始轉(zhuǎn)入研制這類調(diào)節(jié)器，但是由于文革期間，研制廠家紛雜，缺乏勵磁系統(tǒng)統(tǒng)一標準，加上當時國產(chǎn)元器件質(zhì)量不過關，各廠自行設計的產(chǎn)品，制造工藝不良，功能不全，不經(jīng)過工業(yè)試驗，正式鑒定，便投入生產(chǎn)，因此可靠性差，故障頻繁。1970年代后期，天津大港發(fā)電廠從意大利進口的320MW火電機組的自并激勵磁系統(tǒng)，其勵磁調(diào)節(jié)器是典型的集成電路組成調(diào)節(jié)器，其勵磁功能已相當完善，但所用的印刷電路板多達68塊，國外的工藝能保證這種調(diào)節(jié)器能正常工作。那時計算機在電廠的應用，主要承擔，監(jiān)視，數(shù)據(jù)記錄，報警，打印制表等。這使我國發(fā)電機勵磁發(fā)展轉(zhuǎn)入新的一頁，在世界上也是屬于領先地位，并得到了在北京參加IFAC”電廠和電力系統(tǒng)控制”國際會議主席、。由于微機勵磁調(diào)節(jié)器比起模擬式勵磁調(diào)節(jié)器來有許多優(yōu)點，從上世紀90年代開始，國內(nèi)也有許多單位競相研制，但經(jīng)過十多年的競爭淘汰，有實力的研制單位已不多，現(xiàn)列述如下：1）南瑞集團電氣控制公司其前身為電力部南京自動化研究所，系微機勵磁調(diào)節(jié)器首創(chuàng)者，1985年4月在池潭水電廠2號50MW發(fā)電機可控硅勵磁上投運成功后，經(jīng)電力部鑒定，被評為1986年部科技進步一等獎，1987年被國家科委評為國家科技進步三等獎。1991年龍羊峽水電廠320MW發(fā)電機勵磁裝置，故障頻繁，廠內(nèi)職工獎金罰沒，為此該廠派員外出調(diào)查，了解到微機勵磁運行較好，到南瑞電氣控制公司訂購了一臺，于1992年投運，結(jié)果良好，過了大半年后，決定將該廠另外三臺320MW發(fā)電機也改用微機勵磁。該所微機勵磁調(diào)節(jié)器型號最初為WLT1后改為SJ800，進入新世紀升級換代后，采用DSP和FPGA等后改為SAVR2000，截止2004年3月底已投運的發(fā)電機約650臺，水電機組最大為320MW，火電機組為600MW及800MW.2）廣州電器科學研究所該所1970年代中生產(chǎn)勵磁裝置，開始主要面對中小用戶，質(zhì)量較好，1992年開始研制數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器，當年12月在新豐江水電廠85MW機組投運。此外該所還與ABB結(jié)為合作伙伴。5）能達公司葛洲壩水電廠在微機勵磁運行成功的基礎上，成立了能達公司，也研制了微機勵磁裝置，首先用于更新本廠的老勵磁設備，進而參加了市場競爭，其勵磁裝置型號為MEC31B。7）主機廠勵磁車間東方電機廠和哈爾濱電機廠勵磁車間，原來勵磁產(chǎn)品質(zhì)量不過硬，雖具有成套供應的優(yōu)勢，但它們的勵磁產(chǎn)品，仍逃不過被改造的命運，后來東方電機廠引進了ABB公司的微機勵磁系統(tǒng)及元件組裝，在此基礎上進行了自主開發(fā)，研制了型號為DWLS2C的微機勵磁調(diào)節(jié)器，推入了市場。13 國外勵磁發(fā)展動態(tài)國外在進行計算機控制勵磁研究，早在1960年代末期就已開始，用的是小型計算機，大都是在一些大學和研究單位進行，在理論上對控制方法規(guī)律進行了研究，有的還在試驗室的小的模型發(fā)電機上進行了試驗，70年代加拿大和蘇聯(lián)對計算機（當時稱數(shù)字式自動電壓調(diào)節(jié)器DAVR）勵磁進行了聯(lián)合研究，但是真正用于現(xiàn)場是在微型計算機出現(xiàn)后才有可能。95年又推出了新的一代微機勵磁調(diào)節(jié)器UNITROLF，及UNITROLP。圖110為UNITROLD調(diào)節(jié)器的外外貌圖，它還具有一個小終端，通過它可以用來修改調(diào)節(jié)器各項參數(shù)及各個量的上、下限值 。新世紀瑞士ABB公司進一步推出了UNITROL5000的微機勵磁系列，增加了多種調(diào)試手段，完善了通訊功能，增加了可控硅整流橋動態(tài)和智能化均流方法等。該公司的微機勵磁調(diào)節(jié)器型號為EX2000有手動和自動控制通道，它的一個特點是，有一個基于微處理器的智能操作員站，上有按鈕，信號燈，診斷顯示，儀表的數(shù)碼顯示，所有操作、遠方通訊和透平控制系統(tǒng)聯(lián)系等都集中在此。國內(nèi)張家口發(fā)電廠和上安電廠300MW火電機組有用，洪山電工所為其組裝。表1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)同時發(fā)生兩個故障時，對系統(tǒng)的影響。聯(lián)接個人計算機IBMPC后，可實現(xiàn)相應的軟件模塊修改，投入或切除等。隔河巖1，2號是93年6，11月投入運行，現(xiàn)在4臺機全都運行。CPUR為主機負責調(diào)差，PID調(diào)節(jié)，欠勵，過勵限制及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS功能，CPU V負責人機接口，參數(shù)整定，顯示等，CPU T負責交流采樣U、I、P、Q頻率f等計算及數(shù)字濾波等。除此外還有9通道模擬插件DANIA以及脈沖發(fā)生器DESPB。 綜合以上來看，勵磁發(fā)展動態(tài)可初步歸結(jié)為： 1) 采用微機勵磁調(diào)節(jié)器的趨勢是肯定的，微機勵磁也由簡單地代替綜合放大器作用，擴大到直接數(shù)字觸發(fā)等功能，由于微機處理器及CPU功能愈來愈強，執(zhí)行時間愈來愈快，使硬件簡化，一個通道調(diào)節(jié)器用多個CPU不是方向。2) 對于水輪發(fā)電機來講，為加快停機速度，只用機械方式制動，是不夠的，因存在著許多缺點，而應該采用電氣制動和機械制動配合工作。（b）利用DM2滅磁開關拉弧。（c）利用DM4雙斷口空氣開關加非線性電阻FR，二極管D滅磁。（d）三相交流開關滅磁，近來國外的一些汽輪發(fā)電機上，采用交流開關滅磁，省去龐大而昂貴的直流滅磁開關，如圖116 D所示，交流開關分閘前，切除可控硅脈沖，這時整流橋陽極組和陰極組各有一元件流過電流，分閘后，觸頭間產(chǎn)生交流電弧電壓Us，要能克服交流線壓UL后，仍大于非線性電阻FR的動作電壓時，才能導致成功滅磁。 圖117 利港電廠意大利發(fā)電機固體滅磁及過電壓保護綜合裝置CBP ，CBN是正，反向跨接器（Crowbar）的晶閘管開關，RES為滅磁電阻。這并不影響整流柜器正常工作。具體滅磁時序如下，停機令到后，立即逆變滅磁，約20ms，CBP跨接器接通，這時，逆變滅磁和跨接器同時滅磁。對汽輪發(fā)電機而言，用自并激，可減小發(fā)電機長度，有利于減小振動，縮短廠房長度，節(jié)省投資。國內(nèi)發(fā)電機上微機勵磁總的應用情況缺乏調(diào)查，現(xiàn)在僅以華北電網(wǎng)發(fā)電機勵磁調(diào)查結(jié)果來看，截止到20026月/20日，100MW以上發(fā)電機總共129臺，用數(shù)字調(diào)節(jié)器為71臺，國產(chǎn)共53臺，南瑞電控26臺，清華同方17臺，武漢紅山10臺，%，進口的RR公司10臺，法國ALSTOM 2臺，ABB 4臺，日本三菱2臺，共計18臺。21 勵磁控制系統(tǒng)的主要任務 維持發(fā)電機或其他控制點(例如發(fā)電廠高壓側(cè)母線)的電壓在給定水平維持電壓水平是勵磁控制系統(tǒng)的最主要的任務，有以下3個主要原因:第一，保證電力系統(tǒng)運行設備的安全。第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。其他電力設備也有此問題。發(fā)電機端電壓的調(diào)差率有三種調(diào)差特性：無調(diào)差、負調(diào)差和正調(diào)差。若變壓器電抗較大,為使高壓母線電壓穩(wěn)定,就要使高壓母線上的調(diào)差率不至太大,這時發(fā)電機可采用負調(diào)差特性,其作用是部分補償無功電流在主變壓器上形成的電壓降落,這也稱為負荷補償。Us一受端電網(wǎng)電壓。靜態(tài)穩(wěn)定功率極限等于PM=。(e) U恒定, (f)當U恒定,Eq及Eq’的變化如果發(fā)電機在運行中可自動調(diào)節(jié)勵磁,則此時Eq為變值,相應的傳輸功率可得到顯著的提高。另由圖21(d)可看出,如維持Eq39。如果勵磁調(diào)節(jié)器具有更良好的性能和更高的電壓放大倍數(shù),在負載變化中可維持發(fā)電機的電壓U為恒定值,此時的外功率特性曲線將具有更高的斜率,如圖21(e)中所示的外功率特性曲線。理論分析研究結(jié)果表明:勵磁系統(tǒng)的電壓放大倍數(shù)Kou與勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)Te以及轉(zhuǎn)子功角δ間具有圖22所示的關系。圖22 極限放大倍數(shù)(陰影部分為穩(wěn)定工作區(qū))2）勵磁控制系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響現(xiàn)以圖23(a)所示的線路為例,討論在短路故障下功率特性的變化。由于線路阻抗由Xe/2增加到Xe,使功率特性曲線的幅值減小到,其中X’Σ=Xd+XT+Xe。其后,因輸出電磁功率減小,轉(zhuǎn)子開始加速,功率角開始增加。同前所述,暫態(tài)穩(wěn)定性決定于加速面積abed是否小于或等于減速面積dfed。減小加速面積的有效措施之一是加快故障切除時間,而增加減速面積的有效措施是在提高勵磁系統(tǒng)勵磁電壓響應比的同時,提高強行勵磁電壓倍數(shù),使故障切除后的發(fā)電機內(nèi)電勢Eq迅速上升,增加功率輸出,以達到增加減速面積的目的。如在此時提供強行勵磁以迅速提高發(fā)電機內(nèi)電勢Eq,使功率特性曲線由bc段增加到bc39。h’g等于面積def’f,則可使轉(zhuǎn)子功角最大值由δm’降到δm,明顯地提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。勵磁控制系統(tǒng)中的自動電壓調(diào)節(jié)作用，是造成電力系統(tǒng)機電振蕩阻尼變?nèi)?甚至變負)的最重要的原因之一。解決電壓調(diào)節(jié)精度和動態(tài)穩(wěn)定性之間矛盾的有效措施，是在勵磁控制系統(tǒng)中增加其它控制信號。22 勵磁控制系統(tǒng)的一些調(diào)節(jié)和控制算法PID調(diào)節(jié)及其算法按偏差的比例、積分和微分進行控制的PID調(diào)節(jié)器, 是連續(xù)系統(tǒng)控制中技術成熟、應用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。 并聯(lián)PID調(diào)節(jié)：(理想PID調(diào)節(jié))輸入輸出之間微分方程為： 式中：Y(t)一一控制輸出。Kp 一比例系數(shù)用于提高控制系統(tǒng)的響應速度,以減少靜態(tài)偏差。采用梯形積分來逼近積分,采用后向差分來逼近微分,可得PID數(shù)字控制算法:離散系統(tǒng)全量式差分方程為：T 一一采樣周期。Kp表示直流增益,用于確定調(diào)節(jié)器的調(diào)壓精度,經(jīng)過積分帶寬控制時間常數(shù)Tb積分時間常數(shù)Tc1確定的積分區(qū)段,在中頻區(qū)表現(xiàn)為暫態(tài)增益降低的比例增益Kr,以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，Tc1可取發(fā)電機勵磁回路時間常數(shù)，Tb1約為Tc1的5—10倍；通過微分時間常數(shù)Tc2和微分帶寬控制時間常數(shù)Tb2確定的微分區(qū)段,在高頻區(qū)表現(xiàn)