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摘 要:同步电机励磁系统是“提供电机磁场电流的装置,包括所有调节与控制元件,还有磁场放电或灭磁装置以及保护装置”。励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统。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。
关键词:200MW发电机组 励磁系统 PSS装置
中图分类号:TM31 文献标识码:Ａ 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0093-01
1 发电机励磁的概念
发电机将机械能转变为电能必须具备三个条件:
(1)磁场(转子);
(2)导线(定子);
(3)使导线切割磁力线的动力(水、汽轮机)。
因此,发电机的励磁就是用直流电源供给发电机转子使定子产生电势。
E＝BLV
E—发电机内电势
B—转子产生的磁通密度
L—发电机定子导线长度
V—发电机导线切割磁力线的速度
从上式中可见,当V、L不变时,E随B的改变(即转子电流的改变)而改变,发电机励磁系统通过控制发电机转子电流使发电机满足电力系统各种工况的要求。
2 发电机励磁调节的作用
(1)提高电力系统稳定运行的能力
当电力系统受到扰动时,通过调节同步发电机的励磁,可以提高系统稳定运行的能力。
当电力系统受到小干扰或大干扰,导致同步发电机转速出现变化,使系统静稳定性或动稳定性亦或暂态稳定性受到不利的影响,这时通过励磁控制,就可以将这种影响得到抑制,保持同步发电机稳定运行。
(2)维持电力系统的电压水平
当电网负载增大时,发电机电流增大,若发电机内电势不变,则发电机端电压将下降。要是安装了自动励磁调节器,励磁电流就会随负载增加而增加,发电机内电势也会跟着增大,这样就会使发电机端电压维持在一定的水平。
(3)提高发电机功率极限和电力系统传输功率的能力
(4)改善电力系统及同步发电机的运行状态
①提高继电保护装置动作的可靠性;
当系统发生短路故障时,使短路电流衰减得很慢,保证继电保护装置在整定值时间内准确可靠地动作。
②平衡发电机并网运行时各台发电机组之间的无功功率。
③当系统短路故障消除,自动励磁调节器能够加快系统电压恢复。
④通过控制励磁电流,保持同步发电机的恒压运行外,自动励磁调节器还可以使系统作恒无功或恒功率因数运行,以提高电力系统运行的经济性。
3 200MW发电机组励磁系统的要求
励磁系统是“提供电机磁场电流的装置,包括所有调节与控制元件,还有磁场放电或灭磁装置以及保护装置”。
励磁系统有一下几个要求:
(1)当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1.1倍时,励磁系统应保证能连续运行。
(2)对于用电势源静止励磁机的系统,其励磁顶值电压倍数应按发电机端正序电压为额定值80％时计算。
(3)励磁系统允许强励时间应不小于10s。
(4)同步发电机磁场回路使用功率整流器的励磁系统应装设转子过电压保护,无刷励磁系统可以不加装转子过电压保护装置。
(5)励磁系统应有自动灭磁功能。
4 200MW发电机组励磁控制系统的要求
励磁控制系统是“包括所有调节与控制元件和控制对象(同步电机)的反馈控制系统,不包括那些不参与调节与控制的元件如灭磁装置等”。
励磁控制系统的要求:
(1)维持发电机的出口电压在给定值水平上和提高电力系统运行的稳定性。
(2)自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。
(3)提高系统动态稳定、静态稳定和暂态稳定。
(4)实时控制系统应具备快速可靠的中断响应,保证程序高效率运行。
(5)控制单元为2～3个,互不干扰,主、从套跟踪备用。
5 200MW发电机组励磁系统主要功能
能够精确快速地调节同步发电机的机端电压和无功功率,调节器控制周期为毫秒级。将给定值和反馈值进行不间断的比较,然后进行调节计算,最终去改变可控硅整流器的触发角度,从而稳定机端电压,实现电压的平滑调整。系统本身还具备实时故障诊断和容错、智能调节及辅助分析、信息网络化功能。
无功调差功能是励磁调节发电机无功出力的重要环节,尤其是扩大单元接线的多台发电机并列运行。发电机无功调差有两方面的作用:一是确定共母线机组稳态时无功按比例分配;一是在系统电压波动时确定发电机组无功出力增量按比例分配。对于单元接线的发电机组,由于主变压器自然调差系数(变压器阻抗)较大,为了提高发电机组对系统的电压(无功)支撑能力,一般励磁调节器中无功调差系数选择为负值(或者为0),小机组还可以设置为正值,来补偿主变压器的电压降,但补偿压降不能超过主变压器的实际压降。对于扩大单元接线的各发电机组,励磁调节器中无功调差系数必须选择为正值。
6 电力系统稳定器(PSS)
随着电力系统的快速发展,互联电力系统的出现和扩大,快速自动励磁调节器和快速励磁系统的應用,国内外电力系统发生过很多次的低频功率振荡,严重影响电力系统的安全稳定运行,成为制约联络线输送功率极限提高的最重要因素之一。
为了让低频振荡得到很好控制,便研制出了以发电机功率、发电机组的轴速度、发电机机端电压频率为信号的附加自动励磁控制装置,称为电力系统稳定器(PSS)。由于电力系统稳定器具有物理概念清楚、参数易于选择、电路简单、调试方便等众多的优点,并在系统中得到广泛的应用。
电力系统稳定器(PSS)是自动励磁调节器的一个标准功能。它的目的是通过引入一个附加的反馈信号,增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼系数,用来控制同步发电机的低频振荡,从而提高发电机组的最大输出能力,使电网的稳定性得到帮助。自动励磁调节器中附加的反馈信号为机组的加速功率,由电功率信号和转子的角频率信号综合产生。
7 电力系统稳定器的基本要求
由于使用信号与使用元件的不同,电力系统稳定器可以有各种不同的电路。但是根据电力系统稳定器的功能—在系统可能发生的振荡频率范围内提供正阻尼力矩,多样的电力系统稳定器都要做到以下几点要求:
(1)有良好的相频特性,以合理、正确补偿励磁系统的相位滞后。
(2)电力系统稳定器的投入与提出,均不影响发电机正常稳态电压水平。
(3)在电力系统稳定器的工作过程中,不要过大的引起发电机电压的波动。
(4)电力系统稳定器的输出的噪音电平应尽可能的低。包括信号检测和随机噪声在内,其电平应不超过正常输出范围的10％。
(5)有一定保护措施,以保证在各种运行状态下(包括PSS故障)不会引起发电机过电压和无功过负荷,也不会引起发电机励磁不足或失去励磁。
关键词:200MW发电机组 励磁系统 PSS装置
中图分类号:TM31 文献标识码:Ａ 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0093-01
1 发电机励磁的概念
发电机将机械能转变为电能必须具备三个条件:
(1)磁场(转子);
(2)导线(定子);
(3)使导线切割磁力线的动力(水、汽轮机)。
因此,发电机的励磁就是用直流电源供给发电机转子使定子产生电势。
E＝BLV
E—发电机内电势
B—转子产生的磁通密度
L—发电机定子导线长度
V—发电机导线切割磁力线的速度
从上式中可见,当V、L不变时,E随B的改变(即转子电流的改变)而改变,发电机励磁系统通过控制发电机转子电流使发电机满足电力系统各种工况的要求。
2 发电机励磁调节的作用
(1)提高电力系统稳定运行的能力
当电力系统受到扰动时,通过调节同步发电机的励磁,可以提高系统稳定运行的能力。
当电力系统受到小干扰或大干扰,导致同步发电机转速出现变化,使系统静稳定性或动稳定性亦或暂态稳定性受到不利的影响,这时通过励磁控制,就可以将这种影响得到抑制,保持同步发电机稳定运行。
(2)维持电力系统的电压水平
当电网负载增大时,发电机电流增大,若发电机内电势不变,则发电机端电压将下降。要是安装了自动励磁调节器,励磁电流就会随负载增加而增加,发电机内电势也会跟着增大,这样就会使发电机端电压维持在一定的水平。
(3)提高发电机功率极限和电力系统传输功率的能力
(4)改善电力系统及同步发电机的运行状态
①提高继电保护装置动作的可靠性;
当系统发生短路故障时,使短路电流衰减得很慢,保证继电保护装置在整定值时间内准确可靠地动作。
②平衡发电机并网运行时各台发电机组之间的无功功率。
③当系统短路故障消除,自动励磁调节器能够加快系统电压恢复。
④通过控制励磁电流,保持同步发电机的恒压运行外,自动励磁调节器还可以使系统作恒无功或恒功率因数运行,以提高电力系统运行的经济性。
3 200MW发电机组励磁系统的要求
励磁系统是“提供电机磁场电流的装置,包括所有调节与控制元件,还有磁场放电或灭磁装置以及保护装置”。
励磁系统有一下几个要求:
(1)当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1.1倍时,励磁系统应保证能连续运行。
(2)对于用电势源静止励磁机的系统,其励磁顶值电压倍数应按发电机端正序电压为额定值80％时计算。
(3)励磁系统允许强励时间应不小于10s。
(4)同步发电机磁场回路使用功率整流器的励磁系统应装设转子过电压保护,无刷励磁系统可以不加装转子过电压保护装置。
(5)励磁系统应有自动灭磁功能。
4 200MW发电机组励磁控制系统的要求
励磁控制系统是“包括所有调节与控制元件和控制对象(同步电机)的反馈控制系统,不包括那些不参与调节与控制的元件如灭磁装置等”。
励磁控制系统的要求:
(1)维持发电机的出口电压在给定值水平上和提高电力系统运行的稳定性。
(2)自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。
(3)提高系统动态稳定、静态稳定和暂态稳定。
(4)实时控制系统应具备快速可靠的中断响应,保证程序高效率运行。
(5)控制单元为2～3个,互不干扰,主、从套跟踪备用。
5 200MW发电机组励磁系统主要功能
能够精确快速地调节同步发电机的机端电压和无功功率,调节器控制周期为毫秒级。将给定值和反馈值进行不间断的比较,然后进行调节计算,最终去改变可控硅整流器的触发角度,从而稳定机端电压,实现电压的平滑调整。系统本身还具备实时故障诊断和容错、智能调节及辅助分析、信息网络化功能。
无功调差功能是励磁调节发电机无功出力的重要环节,尤其是扩大单元接线的多台发电机并列运行。发电机无功调差有两方面的作用:一是确定共母线机组稳态时无功按比例分配;一是在系统电压波动时确定发电机组无功出力增量按比例分配。对于单元接线的发电机组,由于主变压器自然调差系数(变压器阻抗)较大,为了提高发电机组对系统的电压(无功)支撑能力,一般励磁调节器中无功调差系数选择为负值(或者为0),小机组还可以设置为正值,来补偿主变压器的电压降,但补偿压降不能超过主变压器的实际压降。对于扩大单元接线的各发电机组,励磁调节器中无功调差系数必须选择为正值。
6 电力系统稳定器(PSS)
随着电力系统的快速发展,互联电力系统的出现和扩大,快速自动励磁调节器和快速励磁系统的應用,国内外电力系统发生过很多次的低频功率振荡,严重影响电力系统的安全稳定运行,成为制约联络线输送功率极限提高的最重要因素之一。
为了让低频振荡得到很好控制,便研制出了以发电机功率、发电机组的轴速度、发电机机端电压频率为信号的附加自动励磁控制装置,称为电力系统稳定器(PSS)。由于电力系统稳定器具有物理概念清楚、参数易于选择、电路简单、调试方便等众多的优点,并在系统中得到广泛的应用。
电力系统稳定器(PSS)是自动励磁调节器的一个标准功能。它的目的是通过引入一个附加的反馈信号,增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼系数,用来控制同步发电机的低频振荡,从而提高发电机组的最大输出能力,使电网的稳定性得到帮助。自动励磁调节器中附加的反馈信号为机组的加速功率,由电功率信号和转子的角频率信号综合产生。
7 电力系统稳定器的基本要求
由于使用信号与使用元件的不同,电力系统稳定器可以有各种不同的电路。但是根据电力系统稳定器的功能—在系统可能发生的振荡频率范围内提供正阻尼力矩,多样的电力系统稳定器都要做到以下几点要求:
(1)有良好的相频特性,以合理、正确补偿励磁系统的相位滞后。
(2)电力系统稳定器的投入与提出,均不影响发电机正常稳态电压水平。
(3)在电力系统稳定器的工作过程中,不要过大的引起发电机电压的波动。
(4)电力系统稳定器的输出的噪音电平应尽可能的低。包括信号检测和随机噪声在内,其电平应不超过正常输出范围的10％。
(5)有一定保护措施,以保证在各种运行状态下(包括PSS故障)不会引起发电机过电压和无功过负荷,也不会引起发电机励磁不足或失去励磁。