第7讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析(5)
同步发电机励磁控制系统实验报告
同步发电机励磁控制系统实验
摘要：本课题主要针对如何提高和维持同步发电机运行的稳定性，是保证电
力系统安全、经济运行，及延长发电机寿命而进行的同步发电机励磁方式，励磁原理，励磁的自动控制进行了深入的解剖。发电机在正常运行时，负载总是不断变化的，而不同容量的负载，以及功率因数的不同，对发电机励磁磁场的作用是不同的，对同步发电机的内部阻抗压降也是不一样的。为了保持同步发电机的端电压稳定，需要根据负载的大小及负载的性质调节同步发电机的励磁电流，因此，研究同步发电机的励磁控制具有十分重要的应用价值。本课题主要研究同步发电机励磁控制在不同状态下的情况，同步发电机起励、控制方式及其相互切换、逆变灭磁和跳变灭磁开关灭磁、伏赫实验等。主要目的是是同学们加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；了解微机励磁调节器的基本控制方式。
关键词：同步发电机；励磁控制；它励
第一章文献综述
1.1概述
向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。
1.2同步发电机励磁系统的分类与性能
同步发电机励磁控制系统
励磁调节器通过采集发电机电压、电流等信号，经过运算处理后，输出控制信 号调节励磁功率单元的输出，从而控制发电机的励磁电流，实现发电机电压和 无功功率的调节。
励磁控制系统的组成
励磁调节器
是励磁控制系统的核心部分，负责采 集、处理信号，输出控制指令。
励磁功率单元
灭磁及过电压保护装置
用于在停机或事故状态下快速切断励 磁电流，防止过电压对发电机和励磁 系统的损害。
磁系统。
02
CHAPTER
励磁控制系统的主要设备
励磁调节器
作用
励磁调节器是励磁控制系统的核 心，用于调节同步发电机的励磁 电流，以控制机组的无功输出和
电压水平。
工作原理
励磁调节器通过采集发电机电压、 电流等信号，经过运算处理后，输 出控制信号给功率整流器，以调节 励磁电流。
组成
励磁调节器由测量单元、控制单元 和功率单元等部分组成，各部分相 互协作实现励磁控制功能。
启动操作
在确认励磁控制系统正常、发电机及 励磁系统无故障后，按照操作规程逐 步打开励磁系统电源，调整励磁电流 至正常值，确保发电机正常运行。
停机操作
在发电机停机前，应先降低发电机负 荷，然后逐步减小励磁电流至空载状 态，最后关闭励磁系统电源，完成停 机操作。
励磁控制系统的日常维护
01
定期检查励磁控制系统 的各部件是否正常，如 发现异常应及时处理。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一章 概述
(四)改善电力系统的运行条件
1.改善异步电动机的自启动条件 2.为发电机异步运行创造条件 3.提高继电保护装置工作的正确性
(五)在发电机突然解列甩负荷时实现强行减磁
当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于它的调速系统具有较 大的惯性，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上升。如果不 采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机电压有可能升高到 危及定子绝缘的程度。所以，在这种情况下，要求励磁自动控制系 统能实现强行减磁。
(六)在发电机内部发生短路故障时快速灭磁
有励磁调节器时，能使发电机在大于功角90度范围的人工稳定区 运行，提高发电机输出功率极限或提高系统的稳定储备。
3.励磁对暂态稳定的影响 在一定的条件下，励磁自动控制系统如果能按照要求进行某种适 当的控制，可改善电力系统的暂态稳定性。
第一节 概述
4、励磁对动态稳定性的影响
电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电振荡的阻尼问题。励磁 控制系统中的自动调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱的最重要原 因之一。在维持发电机电压恒定的同时，也将产生负的阻尼作用。
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制实验报告
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篇一：同步发电机励磁控制实验
同步发电机励磁控制实验
一、实验目的
1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；
2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；
3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；
4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；
5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；
6．了解几种常用励磁限制器的作用；
7．掌握励磁调节器的基本使用方法。
二、原理与说明
同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
图1励磁控制系统示意图
实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。微机励磁调节器的控制方式有四种：恒uF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。
同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。
同步发电机励磁控制系统的稳定性分析和改善措施
(1)要求发电机励磁系统具有足够的励磁容量。在正常情况下，励磁系统要能按照机端电压的变化自动地改变励磁电流，从而维持发电机电压值在给定的范围内。
(2)并列运行的发电机上要装有自动励磁调节器，要能稳定分配机组间的无功负荷。
(3)电力系统发生事故导致电压降低时，励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压，以实现强行励磁的作用。
根据我国国家标准GB／T740ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.1-2008“同步电机励磁系统”的规定的定义，同步电机励磁系统是“提供同步电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件、励磁功率单元、磁场过电压抑制和灭磁装置以及其它保护装置。”
励磁系统主要由以下部分构成
1）励磁功率单元：它由功率电源（励磁机或静止整流变压器提供）、功率整流装置（采用直流励磁机的励磁系统，无整流装置）组成，是励磁系统向发电机转子提供励磁电流的主要部分。
移相触发单元包括同步、移相、脉冲形成及放大环节。移相触发环节根据输入控制信号的大小，改变晶闸管的触发角，从而控制晶闸管整流电路的输出，间接调节发电机励磁电流的大小。为了使晶闸管触发脉冲能可靠的工作，还需要有驱动电路进行脉冲放大。移相触发单元和整流桥相当于信号转换、功率放大及控制器的执行机构。
励磁系统在发电机系统中主要有两个作用：
网络教育学院
毕业设计(论文)考核评议书
指导教师评语：
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
1. 引言
1.1 引言
同步发电机励磁系统是电力系统中重要的组成部分，它的作用是保证发电机在运行过程中能够稳定地输出电能。励磁系统通过控制励磁电流，调节磁场的大小，从而控制发电机的输出电压和电流。在电力系统中，励磁系统的性能和稳定性直接影响着发电机的运行质量和电力系统的稳定性。
励磁系统的工作原理主要包括励磁电源、励磁系统控制器和励磁变压器三个部分。励磁电源提供励磁电流，励磁系统控制器监测发电机输出电压和电流，根据设定值控制励磁电流，励磁变压器将励磁电流通过励磁绕组传递到发电机转子上，从而产生磁场。
常见的励磁系统故障包括励磁电源故障、励磁系统控制器故障、励磁变压器故障等。对于这些故障，需要及时进行诊断和处理，以避免对发电机和电力系统的影响。
励磁系统的维护与管理也是非常重要的，定期检查励磁系统的各个部分，及时发现并解决潜在问题，可以有效地提高励磁系统的可靠性和稳定性。在日常运行中，要注意励磁系统的参数监测和记录，及时分析励磁系统的工作状态，以确保发电机的正常运行。结合以上内容，本文将对同步发电机励磁系统及常见故障进行深入分析和讨论。
2. 正文
2.1 同步发电机励磁系统介绍
同步发电机励磁系统是发电机组关键的部件之一，其主要作用是提供足够的励磁电流，使发电机产生足够的电磁力，保证发电机在额定运行状态下的稳定性和可靠性。励磁系统的设计和工作原理直接影响到整个发电系统的运行效率和稳定性。
同步发电机励磁系统通常由恒压励磁系统和恒功率因数励磁系统组成。恒压励磁系统主要通过稳定的励磁电流来维持发电机的电压稳定；恒功率因数励磁系统则根据负载的变化来调节励磁电流，以保持发电机的功率因数在设定值范围内。
第五章同步发电机励磁自动控制系统解读
1 电压控制
励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务
GEW
U EF I EF
Xd
I G
G
I U G G
等值
E q
U G
Eq cos G U G I Q X d
cos G 1
U jI X E q G G d
E q
jI G X d
Eq U G I Q X d
I Q1
G G
I Q2
IQ
于各发电机的外特性，曲线越平 坦的机组其无功电流的增量越大
UG
通常希望发电机组间的无功功率 分配按照机组容量大小比例分配 单纯把并联所有机组的外特性 做成相同是不可能的
G2
UM1 UM 2
调节励磁可以任意改变 外特性曲线的斜率以达 到合理分配无功的目的。
2019/1/1
DIQ2
I G cos K1
2019/1/1 9/Leabharlann Baidu3
2 控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行
发电机励磁电流变化只是改变了机组的 无功功率Q和功率 角δ值的大小。
U G = 常数
G
I G
与无穷大母线并联运 行的机组，调节励磁 电流就可以改变发电 机的无功功率。
2019/1/1
10/43
2 控制无功功率分配—多台发电机并 联运行 并联发电机组无功功率分配取决
同步发电机励磁系统及PSS控制
同步发电机励磁系统及
PSS控制
培训资料
云南德宏州电力协会
武汉洪山电工科技有限公司
2009年5月
目录
第一章：同步发电机励磁系统 (1)
第一节：前 言 (1)
第二节：同步发电机励磁系统分类 (2)
2.1 直流励磁机励磁方式 (2)
2.2 交流励磁机励磁方式 (3)
2.3 静止励磁方式 (6)
第三节：同步发电机励磁系统的作用 (7)
3.1 控制发电机电压和无功分配 (7)
3.2 提高电力系统的稳定性 (10)
第二章：电力系统稳定器的原理 (13)
第一节：前 言 (13)
第二节：低频振荡原因分析 (15)
2.1 基本关系式 (16)
2.2 阻尼力矩系数和同步力矩系数的关系 (18)
2.3 同步电机不同工况下模型系数的变化 (21)
2.4 励磁控制系统参数对同步电机阻尼的影响 (22)
2.5 同步电机运行工况对阻尼力矩系数的影响 (22)
第三节：电力系统稳定器原理及参数选择 (26)
3.1 基本原理 (26)
3.2 电力系统稳定器参数选择 (27)
第四节：对电力系统稳定器的基本要求 (28)
第五节：电力系统稳定器的试验 (29)
5.1 电力系统稳定器的静态试验 (29)
5.2 电力系统稳定器的动态试验 (29)
5.3 PSS阻尼功率振荡效果的检查试验 (30)
5.4 加速功率型PSS原理和试验结果介绍 (32)
第三章：国标《电力系统稳定器整定试验导则》解读及试验说明 (36)
第一节：《Q/GDW 143-2006电力系统稳定器整定试验导则》解读 (36)
1.1 PSS的整定试验条件 (36)
同步发电机励磁系统
励磁调节器
• 作用：感受发电机电压及运行工况的变化， 自动地调节励磁功率单元输出励磁电流的 大小，以满足系统运行的要求； • 功能： • 1、调节电压 • 在正常运行条件下,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。
励磁调节器
• 2、调节无功功率
11.3加强励磁系统的调整试验管理
• 11.3.5励磁系统低励限制环节动作值的整定应主要考虑发电机定 子边段铁芯和结构件发热情况及对系统静态稳定的影响，并与 发电机失磁保护相配合在保护之前动作。当发电机进相运行受 到扰动瞬间进入励磁调节器低励限制环节工作区域时，不允许 发电机组进入不稳定工作状态。 • 11.3.6励磁系统的过励限制(即过励磁电流反时限限制和强励电 流瞬时限制)环节的特性应与发电机转子的过负荷能力相一致， 并与发电机保护中转子过负荷保护定值相配合在保护之前动作。 • 11.3.7励磁系统定子电流限制环节的特性应与发电机定子的过电 流能力相一致，但是不允许出现定子电流限制环节先于转子过 励限制动作从而影响发电机强励能力的情况。 • 11.3.8励磁系统应具有无功调差环节和合理的无功调差系数。接 入同一母线的发电机的无功调差系数应墓本一致。励磁系统无 功调差功能投入运行。
wk.baidu.com
11.2加强励磁系统的基建安装及设备改造的管理
• 11.2.1励磁变压器高压侧封闭母线外壳用于各相别之间 的安全接地连接应采用大截面金属板，不应采用导线连 接，防止不平衡的强磁场感应电流烧毁连接线。 • 11.2.2发电机转子一点接地保护装置原则上应安装于励 磁系统柜。接入保护柜或机组故障录波器的转子正、负 极采用高绝缘的电缆且不能与其他信号共用电缆。 • 11.2.3励磁系统的二次控制电缆均应采用屏蔽电缆，电 缆屏蔽层应可靠接地。 • 11.2.4励磁系统设备改造后，应重新进行阶跃扰动性试 验和各种限制环节、电力系统稳定器功能的试验，确认 新的励磁系统工作正常，满足标准的要求。控制程序更 新升级前，对旧的控制程序和参数进行备份，升级后进 行空载试验及新增功能或改动部分功能的测试，确认程 序更新后励磁系统功能正常。做好励磁系统改造或程序 更新前后的试验记录并备案。
同步发电机励磁系统
同步发电机励磁系统
引言
同步发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它通过励磁系统来
生成磁场，使得转子能够与电网同步运行。励磁系统在同步发电机
的运行中起着至关重要的作用，它对发电机的稳定运行和输出电能
的质量产生着重要影响。本文将介绍同步发电机励磁系统的原理、
常见的励磁系统类型以及其在电能发电中的作用。
一、同步发电机励磁系统的原理
同步发电机的励磁系统的主要作用是在转子上产生磁场，使得转子
与电网的磁场同步，从而使得发电机可以向电网输出电能。励磁系
统的原理可以通过法拉第定律来解释，该定律表明磁场的变化会产
生感应电动势。
在同步发电机中，励磁系统的磁场可以通过直流电流在转子上产生。当通过励磁绕组的电流改变时，绕组周围的磁场也会发生变化，从
而在转子内感应出电动势。这个感应电动势会引起一定的电流流动，从而通过励磁绕组将转子磁场与电网磁场同步。
二、常见的励磁系统类型
1. 直流励磁系统
直流励磁系统是最常见的励磁系统类型之一。在直流励磁系统中，
励磁绕组通常由一组电枢绕组和磁极绕组组成。电枢绕组通过直流
电流产生磁场，并与磁极绕组相互作用，从而产生所需的磁场分布。直流励磁系统具有调节灵活性好、响应速度快等优点，被广泛应用
于各种类型的发电机。
2. 恒功率励磁系统
恒功率励磁系统是一种在同步发电机中常用的励磁系统类型。恒功
率励磁系统通过自动调节输出的励磁电流，使得同步发电机在负载
变化时能够保持输出功率不变。该励磁系统利用负载的反馈信号对
励磁电流进行调整，从而实现恒功率输出。恒功率励磁系统在电能
供应系统中起到了稳定电能输出的重要作用。
同步发电机励磁系统介绍
静止励磁系统
总结词
采用静止的半导体元件提供励磁电流。
详细描述
静止励磁系统通过静止的半导体元件如晶体管等为同步发电机提供励磁电流。该系统具有调节速度快 、响应灵敏度高、可靠性高等优点，但也有对工作环境要求高、维护成本高等缺点。
03
CHAPTER
励磁系统的控制方式
手动控制方式
总结词
操作简单，适用于小容量、控制精度要求不高的场合。
励磁系统的作用
01
02
03
控制电压
励磁系统通过调节励磁电 流，实现对发电机输出电 压的调节和控制，确保电 压稳定。
提高稳定性
励磁系统的自动调节功能 有助于提高电力系统的稳 定性，减小因负荷变化引 起的电压波动。
分配无功功率
励磁系统能够根据电网需 求，合理分配无功功率， 优化电力系统的功率因数 和运行效率。
智能控制技术的应用
要点一
智能控制算法
随着智能控制算法的发展，如模糊控制、神经网络等，励 磁系统的智能化水平得到了显著提升。这些算法可以对励 磁系统进行自适应控制，自动调整励磁电流的参数，提高 发电机的运行效率和稳定性。
要点二
应用优势
智能控制技术的应用，使得励磁系统的自适应能力和鲁棒 性得到了增强。同时，通过智能控制算法，可以实现对励 磁系统的优化控制，降低发电机的运行成本和维护成本。
电力系统自动化-电力系统自动化-《电力系统自动化》课程教学大纲
■■■■■■■■■课程教学大纲
PowerSystemAutomation
课程编号：130201021
学时：32学分：2.0
适用对象：电气工程及其自动化专业
先修课程：电力系统分析，自动控制原理，电力电子技术等
一、课程的性质和任务（四号黑体加粗，描述文字用四号小宋体（下同））
本课程是电气工程及其自动化专业一门学科方向类必修课程。电力系统自动化是保证电力系统安全、优质、经济运行的综合性技术，涉及电力系统运行理论、自动控制理论、计算机控制技术、网络通信技术等多方面的知识，包括发电机励磁自动控制、发电厂自动化、电网调度自动化、配电网自动化、变电站自动化等，是自动控制技术、信息技术在电力系统中的应用，已经成为电气工程类专业学生必备的专业知识之一。该课程可以支撑电气工程及其自动化专业毕业要求2（问题分析）、3（设计／开发解决方案）、4（研究）的达成。本课程的主要任务是：
1、使学生对电力系统相关问题形成较为系统的认识和理解；
2、使学生掌握发电机自动励磁控制的基本原理和方法，深入了解发电机同步并列的条件与过程，以及自动准同期装置的工作原理，分析在电力系统运行过程中不满足并列条件对电网产生何种影响，为分析复杂工程问题奠定基础。
3、使学生了解电力系统频率调整及电压调整的基本问题，掌握电力系统功频特性、自动发电控制、经济调度的原理和方法，掌握电力系统电压控制措施，为进一步分析和研究电力系统运行问题打下良好的基础；
4、使学生掌握电力系统自动化的基本工作原理、装置的调试方法以及装置的设计方法，并且学习自动装置对电力系统运行影响的分析方法，为设计、研发电力系统自动控制装置和解决电力系统复杂运行工程问题奠定基础。
chap2-5 同步发电机励磁控制系统的静态特性
3、当发电机既带有功负荷又带无功负荷 即0< cosφ<1时 发电机电流均可以分解为有功分量和 无功分量。由于可以忽略有功分量对调差 的影响，故只要计算其中无功电流的影响 即可。 思考题：如果将Ia和Ic接入Rc和Ra的两个接 线头对调，发电机的调差特性又如何？若 要接成三相式或单相式正调差，应对两相 式原理图作何改动？
图2-37 发电机电压调节特性
调差系数δ也可用百分 数表示 U G1 U G 2 % 100% U Ge
UG
δ<0
δ =0 δ >0
在实际运行中， 发电机一般采用 正调差系数。
IQ
0
图2-38 发电机调差系数与外特性
结论：调差系数越小，无功电流变化时 发电机电压变化越小。所以，调差系数δ 表征了励磁控制系统维持发电机电压的 能力。
2、当发电机带纯有功负荷时， 即cosφ=1，φ=0。,做出相量图
图2-40（b） 两相式正调差接线相量图（ cosφ=1 ）
结论：在cosφ . =1时，励磁调节器中增加调差 . . 单元后， Ua′Ub ′ Uc ′基本上不会随着发电 机电流的增加而变化。这样按照励磁系统 的工作特性，发电机的励磁电流和机端电 压将不随发电机有功电流的变化而变化。 综合图2-40（a）、（b）可得：励磁调节器 的调差单元只反映发电机无功功率变化而 基本不反映发电机有功功率变化。
同步发电机励磁系统介绍
一、励磁系统原理
1.1什么是励磁系统？ 供给发电机励磁电流的电源及其附属设备 称为励磁系统。励磁系统国标定义
第三，提高维持发电机电压能力的要求和 提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。 励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳 定的改善，都有显著的作用，而且是最为简单、 经济而有效的措施。 1.3.2控制并联运行机组无功功率合理分配 并联运行机组无功功率合理分配与发电机 端电压的调差率有关。发电机端电压的调差率 有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。
自并励系统的缺点：
整流输出的直流顶值电压受发电机端或电力 系统短路故障 形式（三相、两相或单相短 路）和故障点远近等因素的影响。 需要起励电源，还存在滑环和碳刷。 对这种励磁方式，人们曾有两点顾虑： 第一，发电机近端短路时能否满足强励要 求，机组是否会失磁； 第二，由于短路电流的迅速衰减，带时限 的继电保护可能会拒绝动作。 国内外的分析研究和试验表明，这些技术问 题已有解决方案，故自并励方式越来越得到 广泛的应用。
调差特性由自动电压调节器中附加的调差 环节整定。与大系统联网的机组,调差率Ku在 土(3%～10%)之间调整。 同步发电机的励磁系统种类很多，目前在 电力系统中广泛使用的有以下几种类型。
同步发电机励磁控制实验解析
实验报告
课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________
实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________
一、实验目的
1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；
2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；
3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；
4.了解微机励磁调节器的基本控制方式；
5.掌握励磁调节器的基本使用方法；
6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。
二、原理与说明
同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
图1 励磁控制系统示意图
实验用的励磁控制系统示意图如图l 所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控
专业： 电气工程及其自动化 姓名：
学号： 日期： 地点：教2-105
桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。
微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F (保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
同步发电机是一种常见的发电机，其工作原理是通过励磁系统激励电机产生磁场，使电机在旋转时产生电能。同步发电机的励磁系统是至关重要的组成部分，它能够帮助电机工作更加稳定、高效。
同步发电机的励磁系统主要包括励磁电源、励磁转换装置、励磁调速器、控制电路和接地电阻。其中励磁电源提供励磁电流，励磁转换装置将励磁电流调整成适合电机运行的电流，励磁调速器控制励磁电流的大小和方向，控制电路将控制信号传输到励磁调速器，而接地电阻则是为了防止涡流损失和电压浪涌。
同步发电机的故障会给电力系统带来很大的影响，以下是常见的同步发电机故障及其分析：
1. 励磁断路器故障
励磁断路器是励磁系统中最关键的元件之一，如果励磁断路器出现故障，整个励磁系统将无法正常工作。故障原因可能包括接触不良、烧毁或机械故障。
励磁控制器主要用于控制励磁电流和电场强度大小，如果励磁控制器出现故障，电机可能无法正常运行或励磁过强导致电机过热。故障原因包括电子元件故障、线路问题或者不恰当的调整参数。
3. 励磁转换装置故障
励磁转换装置主要用于将直流电源转换为交流电源，并将电流调整到合适的大小。如果励磁转换装置出现故障，可能会导致励磁电流过强或过弱，从而影响电机的稳定性。
4. 接地电阻故障
接地电阻主要用于限制电机电流和电压的增长率，防止涡流损失和电压浪涌。如果接地电阻出现故障，将会使电机运行不稳定，甚至可能导致电机损坏。故障原因也可能是接触不良或损坏。
总结来说，同步发电机励磁系统的故障由于涉及到电子元件、线路、机械构造等多个方面，因此必须对励磁系统进行定期检查和维护，以确保其长期稳定运行。
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4、海佛荣-飞利浦斯（Heffron-Philips）模型
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Ede
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二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析
（1）当负荷较轻时
K5 0
M D
TEQ
K2 K6
K4 Ke
1 d2TE2Q
K5
1 K6
K2 K5TEQ
1 d2TE2Q
大 于 零
励磁系统加入后，机组的阻尼转矩增大
（2）当负荷较重时
K5 0
总的阻尼转矩系数
机组就发生振荡失步
M D
TEQ
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第七节 低频振荡与电力系统稳定器PSS
发电机经输电线路并列运行，在扰动下会发生发电机转子间 的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。此时，输电线上 功率也会发生相应的振荡。由于其振荡频率很低，一般为0.22.5Hz，故称为低频振荡（又称为功率振荡，机电振荡）
id
E fq
定子电压平衡方程不变
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1、暂态电动势的方程式
4、 Eq' 恒定模型
这个模型与经典模型是电力系统机电暂态过程分析中早期采用 的两种模型。这两种模型都不计阻尼绕组对暂态过程的影响。
这个模型认为励磁绕组暂态过程和励磁调节器共同作用使得：
K2 K6
K4 Ke
1 d2TE2Q
K5
1 K6
K2 K5TEQ
1 d2TE2Q
小 于 零
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三、改善电力系统ຫໍສະໝຸດ Baidu定性的措施——PSS
电力系统稳定器（Power System Stabilizer，PSS） 作用是产生一个正阻尼以抵消励磁控制系统的负阻尼。
U
qG
Iq
U q
d
E
' q
X
' d
Id
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M e
K1
K
2
E
' q
K1
Xq Xd
X
' d
Xe
I q0U sin 0
U cos 0
Xq Xe
EQ0
K 2
Xq
X
' d
Xe Xe
I q0
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3、发电机端电压方程
Eq'
K3 1 K3Td'0s
-∑
Ede
K6
U G
K 5
K
6
E
' q
K5
UX d' U qG0
UG0
X
' d
Xe
sin 0
UX qU dG0 UG0 X q X e
cos 0
K6
U qG0 X e
UG0
X
' d
Xe
0 Δδ s
K4
M e
K1
K
2
E
' q
K1
Xq Xd
X
Td' 0 s Eq'
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Ede 1 Td'0s Eq'
Xd
X
' d
Id
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1、暂态电动势的方程式
UG
xL G
U
U q U cos U qG X e I d Re I q U d U sin U dG Re I d X e I q
快速励磁系统
Ge
E fd UG
Ke 1 Tes
M D
TEQ
K2 K6
K4 Ke
1 d2TE2Q
K5
1 K6
K2 K5TEQ
1 d2TE2Q
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M S
K2 K6
K4 Ke
K5
1 d2TE2Q
1 K6
K2K5
1 d2TE2Q
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' d
Xe
I q0U sin 0
U cos 0 Xq Xe
EQ0
K 2
Xq
X
' d
Xe Xe
I q0
K5
励磁系统
∑
UREF
UG
海佛荣-飞利浦斯
（Heffron-Philips）模型
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5、参数随负荷变化的规律
K3 1 K 3Td'0 s
K5
K4
K4 Ge
UREF
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Ge
UG
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二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析
M e2 (s) K2G3 (K4 K5Ge )
(s)
1 G3Ge K6
M e2 M S M Ds
U qG Eq X d I d
I I
d q
Eq' U sin 0 U cos 0 / X q
/
X
' d
Xe
Xe
E
K3
' q
1 X
' d
K3 K 3Td' 0 s Xe /
Ede Xd
1
Xe
K3K4 K 3Td' 0 s
K4 U sin 0
Xd
X
' d
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1、暂态电动势的方程式
在这里采用 “3不计阻尼绕组的模型”
Td'0 peq'
eq'
Xd
X
' d
id
E fq
eq'
E
eq X d fq eq Td' 0
X deq' dt
' d
id
Eq' Eq X d
Ede
Eq
Td' 0
X
' d
Id
dEq' dt
Eq
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1、暂态电动势的方程式
在实际应用中常根据对分析和计算精度要求的不同， 对同步发电机的方程进行简化。
1、三绕组（f、D、Q）转子模型 转子q轴通常只考虑一个等值阻尼绕组Q，认为g绕组不存在。
X g , X ag 0, ig g 0
定子电压平衡方程和定子磁链方程不变。
2、两绕组（f、g）转子模型 转子q轴通常只考虑一个阻尼绕组g，认为D、Q绕组不存在。
Te K3Td'0 K3TeTd'0
s
K6Ke Td'0Te
Td'0Te
(s)
若GX（s）与GP（s）
Gs (s)K2Ke
(s)
s2 2xxs x2 Td'0Te
准确抵消，就可以提 供正阻尼
GX (s)GP(s) (s)
实际上，只要两者的相频特性 相似，也能提供正阻尼
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PSS的信号单元的传递函数
出 为
Gs
1
Kre s Tre
s
1 aT s 1 T s
n
零
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低频振荡或者功率振荡常出现在长距离、重负荷输电线上， 特别是在快速高顶值倍数励磁系统的条件下更容易发生，这是 因为互联系统缺乏阻尼而造成的。
低频振荡的解决办法是：在励磁系统引入适当的信号 ，以增 强系统的阻尼。
数学建模
数学分析
物理映射
物理系统
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二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析
ΔMe1 ΔMm - ∑
- ΔMe2
K2
K1
1 Tjs
Eq'
K3 1 K3Td'0s
-
-
∑
Ede
K6
0
Δδ
s
K4
励磁系统
K5
∑ UG
UREF
Me2
K2
K6
5、选定初始点后，饱和效应可以忽略。
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1、暂态电动势的方程式
发电机的用电机参数表示的同步电机方程：
定子绕组磁链方程
d X d id eq1 eq2 q X qiq ed1 ed 2
' q
X
'' q
ed''
Xq
X
'' q
iq
ed1
ed 2
ed 2
Td''0Tpd'eT0q''qp'0epq' ed' XXEdd'
fq eq1
X
'' d
X
'' d
eq
ed1
2
Tq''0 ped''
X
' q
Xq
X
'' q
X
'' q
ed 2
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X D X Q X aD X fD X aQ X fQ 0 iD iQ D Q 0
定子电压平衡方程不变。
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1、暂态电动势的方程式
3、不计阻尼绕组的模型 不计阻尼绕组的影响。 X D X Q X g iD iQ ig D Q g 0 所有与阻尼绕组g、D、Q有关的互阻抗都为零。
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一、同步发电机的动态方程
在描述同步发电机的动态方程时，考虑在处于小扰动情况下运 动方程可以进行线性化。
假设条件是：
1、忽略阻尼效应。
2、忽略定子绕组的电阻。
3、在定子和负荷的电压方程中，d、q轴的感应电动势中
与转速电动势q d 相比可以忽略。
dd
dt
dq
dt
4、感应电动势中 近似等于 0
/
X
' d
Xe
Ede 1 Td'0s Eq'
Xd
X
' d
Id
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2、发电机转子运动方程和电磁转矩方程
J
J
d dt
J
d 2
dt 2
Mm
Me
UMde
PG
U dG I d q XqIq
peq' 0
eq'
X
' d
Xd
id E fq
consant
5、经典模型
经典模型是将同步电机看成一个带内阻抗的简单电源，内阻抗 的电阻部分等于定子绕组的电阻，电抗部分等于d轴暂态电抗， 电源电动势的大小在暂态过程中保持不变。
E' U Ra jX a I
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eq'
Xd
X
' d
id
eq1
Xd Xd
X
' d
X
'' d
eq2
Td' 0 peq' E fq eq1
eq1 X af i f
定子绕组磁链方程
d q
eq'
X
' d
id
X qiq
eq2 X aDiD
E fq
X af Rf
uf
转子电压平衡方程
Td'0 peq'
eq'
Xd
X
' d
第七讲 同步发电机励磁控制系 统及特性分析（5）
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主讲人：李岩松
华北电力大学 电气与电子工程学院 liyansong811@126.com
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
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本章运用自动控制理论来 分析同步发电机自动励磁调节 的动态特性及其对电力系统动 态稳定的影响
U
2 G
U
2 dG
U
2 qG
U dG X q I q
U qG
Eq'
X
' d
I
d
U G K5 K6Eq'
K5
UX
' d
U
qG
0
UG0
X
' d
Xe
sin 0
UX qU dG0 UG0 X q X e
cos 0
K6
U qG0 X e
UG0
X
' d
Xe
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1、暂态电动势的方程式
其中，定义如下变量：
eq1 X af i f
ed1
X ag ig
eq2
X aDiD
ed 2 X aQiQ
E fq
X af Rf
uf
eq'
X af Xf
f
ed'
eq''
eq''
X ag Xg
g
X aD XD
D
X aQ XQ
Q
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转速信号经过G（s）后引 至励磁系统的电压参考点
M P K2
G3
G6
K6
GP s
U ref
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1、PSS的传递函数
M P K2
G3
G6
K6
GP s
M
U ref
P
(s)
s
2
GP (s)K2Ke
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2、PSS的基本构成环节
1、相位校正环节：用以抵消励磁系统惯性环节的滞后角
n
G
s
1 a
1 aT s 1 T s
2、信号复归环节：在稳态时PSS不影响发电机的稳态运行电压
Gre
s
1
Kre s Tre
s
稳 态
输
定子绕组电压平衡方程
ud p d q Raia uq p q d Rd iq
转子绕组磁链方程
转子绕组电压平衡方程
eq'
Xd
X
' d
id
eq1
Xd Xd
X
' d
X
'' d
eq2
eq''
Xd
X
'' d
id
eq1
eq2
ed'
Xq
X
' q
iq
ed1
Xq Xq
X