电力系统自动化 电压调节3.pdf

1、0 概述 调压器 ： 一种控制器 。人工 自动 负反馈输出越大 ，偏差也越大 ，控制量也就越大 电力系统自动调压器 ： 发电机型 、线路型 自动调压器是一个闭环比例调节器输入为发电机电压或线路电压 ，输出为励磁电流或线路电流 。是一种 自动控制器第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图控制对象测量 控制器UgIebaAVR特性第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 自动调压器的主要功能 ：维持

2、发电机电压或线路电压基本不变保持并联机组间或并行线路间无功电流的稳定分配 原理框图及说明 ：将反映发电机端电压 Ug的测量电压 Uc，与给定电压 Ur进行比较 ，从而得到发电机电压偏差信号即控制电压 Ug，该电压经放大单元 （可控硅整流桥 ）后对发电机施加控制 ，使机端电压与给定电压保持一致 。UcUg UgUw功放之前的预放大和控制部分 ，也称前级第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图关于调差系数 ： 为了合理分配无功功率和控制电压 ， AVR中设置了调差单元 ，通过改变调差系数来改变发电

3、机外特性的斜率 。调差单元产生一个反映发电机无功变化的附加量 Uw并叠加在 Ug 上 ，可以根据需要令调差系数为 正或负或零 ，使机端电压的调节更加灵活 ，保证机端电压的稳定 。1 同步发电机微机式自动调压器同步发电机微机式自动调压器同步发电机微机式自动调压器同步发电机微机式自动调压器微机式自动调压器的 前置放大器 和 功率放大器 无法用程序实现 ，必须采用模拟元器件 。一般采用晶闸管 。晶闸管电路工作原理 ： 半控桥半控桥半控桥半控桥 、全控桥晶闸管导通条件 ：阳极电位高于阴极电位控制极加触发脉冲导通后只有阴极电位大于阳极电位才关断 。半控桥组成 ： 三只晶闸管 SCRA C和三只二极管 V

4、DA C 用于整流 ，二极管VD用作续流 。半控桥接线方式 ： 共阴极 、共阳极半控桥工作原理 ：在 t1时刻 ， A相电压最高 ，触发SCRA使之导通 ，同时 B相电压最低 ，VDB导通 ，由 A SCRA rL VDBB形成通路 。此情况一直到 t2时刻 。t2时刻 ， SCRA仍导通 ， B相电位与C相电位相等 ，故 VDC也导通 ，均与SCRA形成通路 。 t2后， VDC继续导通， VDB截止 ，完成换相 。t3到 t4间，虽然 B相电位高于 A相，但由于未触发 ， SCRB不导通 ， A相电位高于 C相， SCRA继续导通 。 t4时刻 ，B相受触发才导通 ， B相电位高于 A相，

5、 SCRA截止 。第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图t1与 t4相位差为 120度a b ca b cA SCRA rL VDB B（ VDC C）B SCRB rL VDC C（ VDA A）C SCRC rL VDA A （ VDB B）上页图中 ， a、 b、 c为自然换相点 ， ，滞后相应相电压 ua、 ub、 uc30度。时半控桥的输出电压 ：第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基

6、本框图过程 ： 相电压线电压a相 b相 c相ab ac bc cbcaba0 = 0 = 续流二极管的作用 ： 导通角大于 60度时 ，三只晶闸管间断导通 ，输出直流电压不连续 。但由于电感电流不能突变 ，将在电感上感生电动势 （与电压反向 ）， 此电势使晶闸管阴极电位下降 ，阻止晶闸管关断 ，以维持电流通路 ，从而导致半控桥失控 。加入续流二极管 VD后， rL的电流可以经由VD流通 ，使晶闸管可靠工作 。输出电压与触发角的关系 ：第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图300d 1 cos

7、1.352U U+ = 同步脉冲 ： 在晶闸管可以开始导通时刻发出的脉冲 。即图中的 a、 b、c点（自然换相点 ）， a相晶闸管的同步脉冲 在 a点，即 的过零点发出 。 b相、 c相依次滞后 120度。微机程序从此点开始计数 ，到达所要求的触发角时 ，发出 触发脉冲 。为了保持计数脉冲与触发角的线性关系 ，采用振荡频率与电力系统频率同步的锁相振荡器 （ PLO，略）。微机调压器的同步脉冲与触发脉冲 ：第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图a b csau cau 硬件 ： 程序框图 ：并

8、列过程结束后 ， AVR启动 ，输入参考电压和二次调压 （考虑调差系数 、转子时限 、 PSS等后的参考电压增量 ）， 与发电机电压进行比较得到偏差电压，根据偏差电压大小确定触发角大小 ，输入同步脉冲并开始计数 ，触发角到达时依次触发三相晶闸管。第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图微机调压器原理与程序框图 ：用于补偿线路对地电容 ，控制线路无功电流与调节电压 。是静止无功补偿器 （ Static VarCompensator ， SVC）的一种 。 单相全波 TCR工作原理 ：两只晶闸管反

9、向并联 。当触发角为 90度时 （电压为正最大 ）， V1导通 ，电压从最大开始减小 ，同时电流从 0开始增大 ，电压开始变负时 ，由于 V2还未触发 ，电感电流不能突变使 V1继续导通 ，直到 V2被触发 （电压为负最大时 ）， 如此轮换 。因此 ，此时的两只晶闸管相当于两只二极管 ，即全导通 。电压电流波形为第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图2 可控电抗器可控电抗器可控电抗器可控电抗器 （ Thyristor Controlled ReactorTCR）原理 原理原理原理uiV1导通

10、V2导通第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图当触发角大于 90度时 ， V1在虚线 1时导通 ，电流从 0开始增大然后减小 ，到虚线 2时，电流减为 0， V1关断 。虚线 3时（与虚线 1差 180度）， V2导通 。如此轮换 。显然 ，电路电流应为图中绿线在实线 4上面的部分和实线 5下面的部分 。在晶闸管导通时 ， TCR上的电压为 0；关断时 ，为 蓝线在实线 6上面的部分和实线 7下面的部分 。u i1324567电感上的电压即为电源电压去掉TCR上的电压 。触发角等于 180度

11、时 ，晶闸管全关断 ，电流为零 。 TCR自动调压器原理 ： 原理框图 ： 母线电压经互感器变换 ，平方 （或取均方根 ）后与参考电压 （考虑二次调压 ）比较 ，偏差值与限值叠加后进行积分 ，积分值到达 U2时，启动脉冲发生器 （ PG）发出脉冲经二分器轮流触发 V1和V2，脉冲发生器输出的另一个分支将积分器清零 ，开始下一次积分 。 实质 ： 积分控制器输入电压取平方目的是将交流电压变为均值不为零的直流电压以便与参考电压比较 。工作原理 ： 母线电压降低 （感性负荷增大获容性负荷减小 ）时，偏差为负，积分器输入减小 ，因此到达限值的时间延长 ， PG延迟发脉冲即触发角增大 ，电抗器电流减小

12、，发出容性无功（或者说吸收的感性无功 ）减小 ，从而使无功平衡 ，使电压恢复到正常状态 。第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图3 晶闸管开关电容器晶闸管开关电容器晶闸管开关电容器晶闸管开关电容器 （ Thyristor Switched Capacitor， TSC）又一种 SVC第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 机械开关投切电容器存在的问题 ：由于电容电压不能突变 ，在投切时会产

13、生过电压震荡和电弧重燃问题 ，传统方法采用机械开关 （接触器或断路器 ）投切电容器 ，开关触头易受电弧作用而损坏 。据调查 ，采用这种投切的装置在使用 3年后损坏率达 75。 TSC及其原理 ：晶闸管 响应速度快且可频繁动作 ，但承受电流冲击的能力较小 ，因此需要在电容电压与母线电压相等时投入，或串接一个小电抗以减弱冲击 。这种 LC电路会在晶闸管导通瞬间出现高频震荡产生高次谐波 ，给电网造成不利影响 。由于电容是分组投入的 ，因此 TSC无法平稳调压 ，一般采用 TSC与 TCR结合的方式 （图 2-61）。 TCR可以无级调节 ，因此可以平稳调压 。4 模拟元件模拟元件模拟元件模拟元件 A

14、VR工作原理工作原理工作原理工作原理也以半控桥作为功率放大元件 。由测量单元 、功率放大单元 、触发单元组成 。第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 测量单元 ： 组成 ： 测量变压器 、整流桥 、滤波电路 、整定电位器和测量桥。 作用 ： 得到与发电机机端电压成比例的信号 。 基本原理 ： 测量变压器为 Ddy接线 ，二次侧两个绕组分别接一个整流桥，两绕组相位差为 30度，使输出电压为六相全波整流波形 ，从而初步平滑了波形 ，降低了对滤波电路的要求 ，减小滤波电路的时滞 。测量桥的输入电

15、压 U1正比于发电机电压 ，输出电压 U2与U1的关系是U1=Uz时： U2=U1-2Uz， Uz为稳压管击穿电压 。第二章第二章 电力系统电压的自动调节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 放大单元 ： 组成 ： 运算放大器与辅助元件 。 作用 ： 将测量信号放大 ，提高励磁装置的灵敏度 。 理想运放性质 ： 虚短 （地）、 虚断 运放输入输出特性 ：fa faou 1 21 2R RU U UR R = + 调压器放大单元输入与输出特性 ： 测量单元的输出U2反向后作为放大单元的输入 。第二章第二章 电力系统电压的自动调

16、节电力系统电压的自动调节 第四节第四节 电力系统自动调压器的概念与基本框图电力系统自动调压器的概念与基本框图 触发单元 ： 作用 ： 按照调压器工作特性的要求将控制信号 （放大单元的输出 ）转换为移相脉冲 ，并触发晶闸管 。 触发器分类 ： 单稳 、单晶 、磁放大 单稳触发器原理 ：单稳处于稳态时 ，V1导通 、V2截止 ，C2被充电，C5无电压 ，脉冲变压器 T无输出 。同步脉冲到达 ，触发器翻转 （称暂稳态 ）， 同步电路单稳触发电路脉冲输出电路控制信号在此处加入电源经 Rc1、 VD6对 C5充电 ， C2则放电 （经 R6、 V2或经 R3、 VD5、Uk、 Rw）。 C2放电结束 ，触发器再翻转 ， C5经 VD7、 V1对 T放电 ，产生触发脉冲 。单稳恢复到稳态 ，等待下一次同步脉冲到来 。 故从同步脉冲发出到触发脉冲发出所需时间 ，由 C2的放电时间决定 ，该时间除与 C2、 R6、 R3参数有关外 ，还与 Uk、 Uset有关 。因此改变 Uk或Uset即可控制触发角的大小 。