【正文】 著巨型發(fā)電機組的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子電流大大增加，可能產(chǎn)生個別滑環(huán)過熱和冒火的現(xiàn)象。我國近年來在大型發(fā)電機上廣泛采用自并勵方式 。但對采用這種勵磁方式，人們普遍有兩點顧慮；第一，發(fā)電機近端短路時能否滿足強勵要求，機組是否失磁；第二， 8 由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護可能會拒絕動作。其典型原理圖如圖 18所示。 、 兩機自勵恒壓勵磁系統(tǒng) 交流主勵磁機經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流；自動勵磁調(diào)節(jié)器控制可控硅的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流。 、 它勵交流勵磁機系統(tǒng)（三機它勵勵磁系統(tǒng)） 它勵交流勵磁機系統(tǒng)原理如圖 15所示。這種控制信號可以提供正的阻 尼作用，使整個勵磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使動態(tài)穩(wěn)定極限的水平達(dá)到和超過靜態(tài)穩(wěn)定的水平。在 — 定的運行方式及勵磁系統(tǒng)參數(shù)下，電壓調(diào)節(jié)作用在維持發(fā)電機電壓恒定的同時，特產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。顯然 ,勵磁頂值電壓越高 ,電壓響應(yīng)比越快 ,勵磁調(diào)節(jié)對改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。段 ,由此在故障切除前減少了加速面積 (由 abcd減少到 abc’ d)。f39。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(yīng)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(dá)到增加減速面積的目的。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。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。XEqUs ,其中 X’ Σ =Xd+XT+Xe。 4 在圖 13(b)中曲線 1表示雙回路供電時的功率特性曲線 ,其幅值等于 : ?? XEqUsPm 其中 XΣ =Xd+XT+Xe/2。由此圖可看出 :在同一轉(zhuǎn)子功角條件下 ,隨時間常數(shù) Te的增加 ,為保證發(fā)電機穩(wěn)定運行所允許的電壓放大系數(shù)是增加的 。靜態(tài)穩(wěn)定功率極限理論值 PM=?XUUs ，具體數(shù)值也取決于微動態(tài)穩(wěn)定的條件。39。為區(qū)別 Eq 等于恒定值時的內(nèi)功率特性曲線 ,當(dāng) Eq 隨負(fù)載而變化的功率特性曲線稱之為外功率特性曲線。 (c) Eq’ 恒定 , (d)當(dāng) Eq’ 恒定 ,Eq及 U的變化 。此曲線亦稱內(nèi)功率特性曲線。 2 、 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1） 勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定的影響 對于汽輪發(fā)電機 ,其功角特性為 : Eqd SinXEqUsP ??? 式中 Eq一發(fā)電機內(nèi)電勢 。 如果發(fā)電機變壓器單元在高壓側(cè)并聯(lián) ,因為變壓器有較大的電抗 ,如果采用無差特性 ,經(jīng)變壓器到高壓側(cè)后 ,該單元就成了有差調(diào)節(jié)了。 、 控制并聯(lián)運行機組無功功率合 理分配 并聯(lián)運行機組無功功率合理分配與發(fā)電機端電壓的調(diào)差率有關(guān)。 規(guī)程規(guī)定大型發(fā)電機運行電壓不得低于額定值的 90％；當(dāng)發(fā)電機電壓低于 95％時，發(fā)電機應(yīng)限負(fù)荷運行。 發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定，大型同步發(fā)電機運行 電壓不得高于額定值的 110％。2 6 PSS 原理 ...................................................................................................... 44 2 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 1 第一章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用及分類 167。2 1 勵磁系統(tǒng)的配置 ......................................................................................... 10 167。同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 1 目 錄 第一章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用及分類 ............................... 1 167。2 2 勵磁調(diào)節(jié)器基本組成原理 ......................................................................... 12 167。 11 勵磁系統(tǒng)作用 、 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(wù)，有以下 3個主要原因 : 第一，保證電力系統(tǒng)運行設(shè)備的安全。 第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。其他電力設(shè)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(fù)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(fù)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(fù)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=?dXEqUs 。 (e) U恒定 , (f)當(dāng) 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(yīng)的傳輸功率可得到顯著的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 3 提高。另由圖 11(d)可看出 ,如維持 Eq39。 ，具體數(shù)值取決于微動態(tài)穩(wěn)定的條件。對應(yīng)的轉(zhuǎn)子功角更大于 900。在同一時間常數(shù) Te條件下 ,隨轉(zhuǎn)子功角δ的增加所允許的電壓放大系數(shù)是減少的。 圖 13 在短路故障下 ,功率特性曲線的變化 (a) 單機元限大母線系統(tǒng) 。曲線 3 表示故障中的功率特性曲線。當(dāng)達(dá)到δ 1時故障切除 ,功率特性為曲線 2,工作點由 c移到 e點。 顯然 ,當(dāng)故障切除較慢時 , δ 1將增大 ,加速面積 abed 將增大。相應(yīng)變化如圖 14所示。123δ 1 δ 2 δ M δ M’ δ 圖 14 功率特性曲線 由圖 14可看出 ,正常時 ,發(fā)電機的工作點在功率特性曲線 1的 a處 。在δ =δ c 時故障切除后亦能增加減速面積 (由曲線 2 的 dehg 增加到 de’ h’ g)。但是 ,考慮到發(fā)電機絕緣的強度 ,強勵頂值電壓以 (7~9)倍為宜 ,于此基值取為發(fā)電機空載勵磁電壓。在正常實用的范圍內(nèi)，勵磁電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用會隨著開環(huán)增益的增大而加強。這種控制信號不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電 6 壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機端電壓水平的能力，不改變其主要控制的地位，因此，稱為附加勵磁控制。 自動勵磁調(diào)節(jié)器自動恒壓裝置ACFLPTACLFLQFCT 圖 15 交流勵磁機系統(tǒng)（三機它勵） 交 流主勵磁機（ ACL）和交流副勵磁機（ ACFL）都與發(fā)電機同軸。其原理見圖 16。只用一臺接在機端的勵磁變壓器 ZB作為勵磁電源，通過可控硅整流裝置 KZ直接控制發(fā)電機的勵磁。國內(nèi)外的分析和試驗表明，這些問題在技術(shù)上是可以解決的。 、無刷勵磁系統(tǒng) 上述交流勵磁機系統(tǒng)，勵磁機的電樞與整流裝置都是靜止的。為了解決大容量機組勵磁系統(tǒng)中大電流滑環(huán)的制造和維護問題，提高勵磁系統(tǒng)的可靠性，出現(xiàn)了一種無刷勵磁方式。由于主勵磁機電樞及其硅整流器與主發(fā)電機轉(zhuǎn)子都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)及電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測量等。利用發(fā)電機合成磁場中的諧波分量，通常是同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 9 利用三次諧波分量，在附加繞組中感應(yīng)出的諧波電勢，作為勵磁裝置的電源，經(jīng)半導(dǎo)體整流后供給發(fā)電機本身 的勵磁。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，諧波繞組電勢增大，對發(fā)電機進行強勵。諧波勵磁方式，在我國一些小容量發(fā)電機上已經(jīng)采用。圖 21為南瑞電氣控制公司 FWL/B型靜止勵磁系統(tǒng)的接線原理框圖。 勵磁變壓器可設(shè)置過電流保護、溫度保護。 早期的勵磁變壓器一般都采用油浸式變壓器。與普通配電變壓器一樣，勵磁變壓器的短路壓降為 4%～ 8%。這兩者增強勵磁的能力相同，但在減磁時，半控橋只能把勵磁電壓控制到零，而全控橋在逆變運行時可產(chǎn)生負(fù)的勵磁電壓，把勵磁電流急速下降到零，把能量反饋到電網(wǎng)。因此當(dāng)發(fā)電機負(fù)載發(fā)生變化時，通過改變可控硅的控制角來調(diào)整勵磁電流的大小，以保證發(fā)電機的機端電壓恒定。即當(dāng)一個整流橋因故障退出時，不影響勵磁系統(tǒng)的正常勵磁能力。當(dāng)機端電壓低于給定值時，減小可控硅的控制角，增大勵磁電流，維 持發(fā)電機機端電壓為設(shè)定值。國內(nèi)使用較多的為高能氧化鋅閥片；而國外使用較多的為碳化硅電阻。勵磁調(diào)節(jié)器運行在自動方式和手動方式的基本工作原理相同，即通過比較測量反饋值與參考值（有別于設(shè)定值）的誤差，計算出控制電壓（自動方式下還經(jīng)過一個欠勵限制環(huán)節(jié)），再經(jīng)過轉(zhuǎn)子電壓反饋產(chǎn)生可控硅的控制 角，輸出相對于同步電壓理想自然換流點有一定相位滯后的觸發(fā)脈沖。圖中 Ugset為發(fā)電機機端電壓設(shè)定值， Ugact為發(fā)電機端電壓實際值， Uk為控制電壓， Vs為勵磁電源電壓， T c為發(fā)電機端電壓采樣時間常數(shù)， TF為發(fā)電機勵磁電壓反饋時間常數(shù)， PI為比例 積分控制， TSCR、 Tg分別為可控硅整流橋等效時間常數(shù)和發(fā)電機等效時間常數(shù)。圖中 Ifset和 Ifact分別表示發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的設(shè)定值和實際值。這一參考值與發(fā)電機端電壓的誤差再與發(fā)電機的欠勵限制值做比較取其中的較大者（模型中的高值門）作為電壓控制器的輸入。 可見，當(dāng)今的勵磁調(diào)節(jié)器，除了電源模塊、 CPU模塊、模擬量和開關(guān)量接口模塊以及勵磁調(diào)節(jié) 器必要的脈沖放大電路幾乎已不再需要特殊的外圍電路。 對于模擬量采樣，一般采用模擬量變送器作為測量元件，模擬量變送器的輸出量為與輸入量成比例的直流電壓，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換接口電路，供計算機采樣。采用高頻有源濾波器可以方便地實現(xiàn)這一要求，時間常數(shù)僅為 7～ 10ms。 交流接口分別為電壓接口和電流接口兩種，兩者均為前置模擬通道，由信號幅度變換裝置、隔離屏蔽、模擬式低通濾波等部分組成。同步發(fā)電機的 半導(dǎo)體勵磁是半導(dǎo)體變流技術(shù)在電力工業(yè)方面的一項重要應(yīng)用。 由于 三相整流電路同步發(fā)電機半導(dǎo)體勵磁中應(yīng)用得最普遍，故本節(jié)主要介紹三相半波全控和三相全波全控及三相全波半控的整流電路。 如圖 217（ b）在自然換流點 d后延遲α角的ω t1時刻， a相的可控硅管 SCR1,因控制極受到脈沖 ug1的觸發(fā)而導(dǎo)通，這時 a點電位最高， SCR1導(dǎo)通后 K點電位則 與 a點接近，高于 b、c 點的電位， SCR2與 SCR3因承受反向電壓而關(guān)斷。流過負(fù)載的電流才從 SCR1換流到 SCR2。 16 圖 217 三相半波全控整流 圖 218計算 Ud值的圖形 (a)電路圖； (b)交流側(cè)電壓波形； (c)觸發(fā)脈沖； (a)0≤α≤π /6(b)π /6≤α≤ 5π /6 (d)直流側(cè)電壓波形 對于三相半波全控整流，只要改變控制角 α的大?。锤淖冇|發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻），在負(fù)載上便可得到不同的輸出波形，因而得到大小不同的平均直流輸出電壓，達(dá)到可控整流的目的。故計算輸出電壓平均值時，須分別用不同的函數(shù)表達(dá)式。≤α≤ 150176。 時，輸出電壓ud的波形與純電阻性負(fù)載一樣。這樣一來，輸出電壓 ud就呈現(xiàn)出負(fù)的部分，如圖 219（ d）。 后電感負(fù)載上的電壓 ud出 現(xiàn)負(fù)的部分（即希望相電勢過零之后，相應(yīng)的可控硅自行關(guān)斷），可以在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管 DXl O這樣在α＞ 30O、電源電壓過零時，相應(yīng)導(dǎo)通著的可控硅管關(guān)斷，由大電感反電勢產(chǎn)生的電流通過續(xù)流管 DXl 繼續(xù)流通。 18 共陽極組的硅整流二極管在任何瞬間都是陰極電位最低者導(dǎo)通，仍然在自然換流點（如e、 g、 i處）依次換流；共陰極組的可控硅管則是陽極電位為正而又接受觸發(fā)信號的可控硅管導(dǎo)通，因而不是在 d、 f、 h等點自然換流，而是在觸發(fā)脈沖送出的時刻觸發(fā)換流。設(shè)在控制角α =30O的Βω t1時刻觸發(fā) SCR1， SCR1因受正向陽極電壓而觸發(fā)導(dǎo)通。 同理，在ω t3時刻觸發(fā) SCR3，此時 b相電位最高， SCR3承受正向陽極電壓而觸發(fā)導(dǎo)通。在負(fù)載電阻上便得到α =300時，如圖 220（ b）中畫有陰影線的相電壓導(dǎo)通部分，把它的下包絡(luò)線拉平，就得到 220（ d）所示的輸出電壓 ud波形。同理，在ω t3時 b 相的 SCR3觸發(fā)換流， a 相的 D4自然換流，在ω t3ω t5期間， ud的波形就是 uba。在α =1200的ω t2時刻， a相的 SCR1接受觸發(fā)信號而導(dǎo)通，這以后 b 相的電位雖高于 a 相，但 b相的可控硅管 SCR3尚未被觸發(fā)，仍是截止的。以下類似上述情況。時三相半控橋的波形圖 圖 222 α =120176。但在ω t3的ɡ點之后， c 相電位高于 a 相，故導(dǎo)通的 SCR1受反向電壓而截止，輸出電壓 ud=0。這時輸出電壓的平均值 ud大幅度下降。當(dāng)α＜ 600后，則輸出電壓 Ud 的波形是連續(xù)的，每周期內(nèi)有六個波頭，每個整流元件的導(dǎo)通角是 1200。； (b)α＞ 60176。 流過整流變壓器副方、可控硅整流元件及硅整流二極管的電 流有效值 I