第3讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析(1)
同步发电机励磁控制系统分析
同步发电机励磁控制系统分析摘要：励磁控制系统承担电力系统电压控制、无功分配和提高同步发电机并列运行的稳定性的任务，其是否可靠直接影响发电机的安全运行和电网的稳定，而根据实际情况选择正确的励磁系统是其可靠和稳定的前提。
关键词：励磁系统；继电保护装置；1.励磁系统的主要作用励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态、暂态稳定性；4）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；5）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
根据运行方面的要求，励磁控制系统应该承担如下的任务：1.1.维持发电机端或系统指定控制点的电压在给定水平上。
满足这一要求首先考虑的是保证电力系统运行设备的安全性，其次保证发电机运行的经济性。
此外，维持发电机电压与提高电力系统稳定性方面的要求也是一致的。
1.2.合理分配并联运行发电机间的无功功率。
电力系统中有许多台发电机并联运行。
为了保证系统的电压质量和无功潮流合理分布，要求合理控制电力系统中并联运行发电机输出的无功功率。
1.3.提高电力系统的静态稳定性。
当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行的特性称为电力系统的静态稳定性。
现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率，自动励磁的调节装置的出现，使许多技术问题得到了圆满的解决。
1.4. 提高电力系统的暂态稳定性。
电力系统在运行中随时都可能遭受各种干扰，在各种干扰后，发电机组能够恢复到原来的运行状态或者过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。
励磁自动控制系统是通过改变励磁电流If从而改变Eq值来改善系统稳定性的。
1.5.提高电力系统动态稳定性。
当电力系统的负荷发生突变、线路结构参数改变，以及电力系统遭受突然短路等故障时，电力系统能否继续稳定运行，称为电力系统的动态稳定性。
增加励磁调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的有效措施。
同步发电机励磁控制系统分析
同步发电机励磁控制系统分析摘要：发电机励磁体系是供给同步发电机励磁电流的电源和别的附加控制设备的统称。
它通常由励磁功率单元与励磁调节器2大部分组成，而励磁调节器是依据控制需求的输入信号与给定的调节原则控制励磁功率单元输出的装置。
同步发电机励磁体系是电力系统控制的关键构成部分，它除了保持发电机端电压的恒定与实施无功功率分配外，还一定要确保电力系统的静态、暂态与动态稳定性。
关键词：励磁系统；继电保护装置1.同步发电机励磁系统概述由励磁调节器、励磁功率单元、灭磁过电压保护与发电机自身共同构成的整个体系称为同步发电机励磁系统。
控制发电机端电压与无功功率的关键构成部分就是同步发电机励磁系统，关键的实时持续控制系统，对保持电力系统固定性起重要作用，正常运行时，发电机的励磁电流自动调节，使发电机稳定运行。
同步发电机励磁体系控制部分在构造上关键由功率整流单元、调节器装置与灭磁过电压保护装置，共3大部分所构成。
励磁功率整流单元向同步发电机转子供应励磁电流；而励磁调节器则运用智能控制办法依据输入信号与给定的调节原则掌控励磁功率单元的输出，灭磁过电压保护装置可以避免体系形成过电压与迅速灭磁。
励磁系统的自动励磁调节器对提升电力系统并联机组的稳定性具备比较大的功能。
特别是现代电力体系的发展造成极限降低机组稳定的趋势，也推动励磁技术持续发展。
2.同步发电机励磁系统的任务2.1控制发电机的端电压电力系统调压的关键方法之一就是保持发电机的端电压等于给定值，在负荷转变的状况下，要确保发电机的端电压为给定值则一定要调节励磁。
由发电机的简单化相量图（图1-1）可得：（1-1）式中：Eq——发电机电势的空载；Uf——发电机的端电压；If——发电机的比例负荷电流。
式（1-1）说明，在发电机空载电势Eq恒定的状况下，会随负荷电流If 的加大而降低的是发电机端电压Uf，为确保发电机端电压Uf 恒定，一定要随发电机负荷电流If 的增加（或减小），让发电机电势的空载Eq增加（或减小），而发电机励磁电流Ifq 的函数（如果不思考饱和，成正比的Eq与Ifq）是Eq，所以在运行发电机中，随着发电机变化的负荷电流，一定要调节励磁电流来让发电机端电压恒定。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
同步发电机励磁控制系统
预测控制是一种基于模型的控制方法，能够根据系统的历史数据和当前状态预测 未来的行为，实现更精确的控制。
环保与节能要求对励磁控制系统的影响
能效要求
随着能源危机和环保意识的提高，励磁控制系统需要更加注重能效，采用更高效的电机 和节能控制策略，降低能源消耗和排放。
排放要求
励磁控制系统需要符合更严格的排放标准，采用环保型的电机和控制策略，减少对环境 的污染。
转子过电流保护装置
作用
转子过电流保护装置用于监测同 步发电机转子电流，当出现异常 过电流时，及时切断励磁电流， 防止转子烧毁。
工作原理
转子过电流保护装置通过电流传 感器实时监测转子电流，当检测 到过电流时，触发保护动作，快 速切断励磁电流。
组成
转子过电流保护装置由电流传感 器、比较电路和开关器件等部分 组成，各部分协同工作实现转子 过电流保护功能。
根据励磁调节器的控制指令，输出励 磁电流给发电机励磁绕组。
励磁控制系统的功能
电压控制
通过调节励磁电流，维 持发电机端电压在给定
水平。
无功功率调节
根据系统无功需求，调 节励磁电流以改变发电
机无功功率的输出。
增磁与减磁
通过增加或减少励磁电 流来改变发电机的输出
电压。
保护功能
在异常情况下，自动采 取措施保护发电机和励
THANKS
谢谢
Байду номын сангаас
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。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
P G=
EU q XΣ
sinδ
静态稳定的；当δ＞90°（b点）时→ 静态 不稳定的；当δ=90°时→ 稳定极限(裕度： 实际运行点总略低于极限值)。 最大传输功率极限：
9
UG随无功负荷的增大而下降。
图3-3 同步发电机的外特性
10
2．同步发电机的外特性与励磁调节过程
¾
（二）控制无功功率的分配
¾
¾
G
ϕ
IEF2
δ
IP IG
同步发电机的励磁自 动控制系统就是通过 不断地调节励磁电流 来维持端电压在给定 水平的。
UGN UG2
A
B
（ a）
C IEF1 IQ1 IQ2
IQ
第三章 同步发电机励磁 自动控制系统
第三章 同步发电机励磁 自动控制系统
第一节 概述 第二节 同步发电机励磁系统 第三节 励磁系统中的整流电路 第四节 励磁控制系统调节特性和并 联机组间的无功分配 第五节 励磁调节原理
本章主要内容：励磁自动控制系统的任务；对励 本章主要内容：励磁自动控制系统的任务；对励 磁自动控制系统的基本要求、励磁调节装置的构 成原理；并列运行发电机组间的无功功率的分 配；同步发电机励磁系统的整流电路的种类、特 点。 本章重点内容：励磁自动控制系统的组成原理和 本章重点内容：励磁自动控制系统的组成原理和 它的运行特性。 本章难点： 励磁调节装置的构成原理，励磁调节 器的静态工作特性，并列运行发电机组间的无功 功率的分配及整流电路原理。
同步发电机励磁控制系统
ea ec
dt
3
2.34E 1
cos
2
1.35El
1
cos
2
uL
=60°
ug1
t0 t2
VS5
VS1
V6
V2
ug3
ug5
VS3
VS5
t
V4
V6
电路受触发的晶闸管和最低电压相
的二极管导通。
各元件持续导通时间仍为120，输
t
出电压仍以2/3为周期。
1）要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。 2）具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度
励磁顶值电压：是励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高 输出电压值。
强励倍数：励磁顶值电压与额定励磁电压之比称为强励倍数。 或励磁顶值电流与额定励磁电流之比。一般取1.6~2
励磁电压上升速度是衡量励磁功率单元动态行为的一项指标
1） 脉冲控制角=0
e
ea
eb
ec
1
3
5
3
2
4
6
t
ug
ug1
ug3
ug5
t0 t1 t2
t
ab ac bc ba ca cb ab ac bc
u 16 12 32 34 54 56 16 12 32
1
1
3
3
5
5
1
1
Hale Waihona Puke 3622
4
4
6
6
2
2
t
2）脉冲控制角=30° VS1 VS3 VS5
e
ea
IEE
IR DE =
第三章 同步发电机励磁自动控制系统.
二 直流励磁机励磁系统（100MW以下） 按励磁机的励磁绕 组供电方式的不同
自励直流励磁机励磁系统
他励直流励磁机励磁系统
1 自励直流励磁机励磁系统
IEE IAVR
IR
RC
DE
=
IE
G
励磁调节器 发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机 磁场电阻RC可改变励磁机励磁电流
2 他励直流励磁机励磁系统
电力系统稳定分：静态稳定和暂态稳定 电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小 扰动后恢复到原来运行状态的能力。 (用微分方程建立该动态系统的数
学模型。)
电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭 受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到 原来运行状态的能力。 (用微分－代数方程建立该动态系统的数学模型。) 动态稳定：电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和 控制装臵作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
第一节 概述
基本概念 同步发电机励磁电流 ：转子电流 同步发电机励磁系统：一般指与同步发电机励磁电流的建立、调 整、消灭有关的部件、设备及其接线所构成的一整套装臵。 同步发电机励磁系统组成：励磁功率单元和励磁调节器 同步发电机励磁控制系统 ：同步发电机励磁系统+同步发电机 同步发电机励磁自动控制系统：具有自动调节、控制的同步发电 机励磁控制系统 （反馈系统）
V5
Rf
V4
V6
V2
L
-
1 工作原理 共阴极连接的二极管，在t=30-150之间是V1 导通，V3、V5 承受反压而关断；在t=150-270之间是V3导通；在t=270390 之间是V5 导通。 共阳极连接的二极管，在t=90-210之间是V2 导通，V4、V6 承受反压而关断；在t=210-330之间是V4 导通；在t=330450 之间是V6 导通。 e ea eb ec
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。
3. 智能励磁系统随着电力系统的发展，智能励磁系统逐渐成为同步发电机励磁系统的研究重点。
智能励磁系统利用现代控制技术和计算机技术，可以实现对励磁电流和磁场的精确控制，从而提高同步发电机的运行效率和稳定性。
智能励磁系统具有较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同负载和电网变化的要求。
三、同步发电机励磁系统在电能发电中的作用1. 稳定发电机输出电压和频率同步发电机励磁系统是保证电力系统稳定运行的关键之一。
同步发电机励磁自动控制系统
同步发电机励磁自动控制系统在现代电力系统中，同步发电机励磁自动控制系统扮演着至关重要的角色。
它如同电力生产的“智慧大脑”，时刻精准调控着发电机的运行状态，确保电力的稳定供应和优质输出。
要理解同步发电机励磁自动控制系统，首先得明白励磁是什么。
简单来说，励磁就是给同步发电机的转子提供直流电流，从而在转子周围产生磁场。
这个磁场与定子绕组相互作用，就能产生电能。
而励磁自动控制系统呢，就是能够根据电力系统的运行状况和需求，自动调整这个励磁电流的大小和方向，从而实现对发电机输出电压、无功功率等重要参数的控制。
那么，为什么需要这样一个自动控制系统呢？这是因为电力系统的运行状态是时刻变化的。
比如，当系统中的负载突然增加时，如果不及时调整励磁电流，发电机的输出电压就会下降，可能导致电力质量下降，甚至影响到用电设备的正常运行。
反之，当负载突然减少时，若不加以控制，输出电压又会升高，可能损坏设备。
同步发电机励磁自动控制系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两大部分组成。
励磁功率单元负责向发电机转子提供直流励磁电流，它就像是“动力源”，要保证有足够的能量和稳定的输出。
而励磁调节器则是整个系统的“指挥中心”，通过采集发电机的各种运行参数，如端电压、定子电流、无功功率等，然后按照预定的控制规律进行计算和分析，最终输出控制信号来调节励磁功率单元的输出。
在实际运行中，励磁自动控制系统有着多种控制方式。
其中，恒机端电压控制是最为常见的一种。
它的目标是保持发电机端电压恒定，无论系统中的负载如何变化。
通过不断监测端电压，并与设定的电压值进行比较，然后调整励磁电流，从而使端电压始终稳定在设定值附近。
这种控制方式能够有效地保证电力质量，满足用户对电压稳定性的要求。
另一种常见的控制方式是恒无功功率控制。
在某些情况下，电力系统需要发电机输出特定的无功功率，以维持系统的电压水平和功率因数。
此时，励磁自动控制系统就会根据无功功率的设定值来调整励磁电流，确保发电机输出的无功功率符合要求。
同步发电机励磁系统介绍
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。
系统的寿命也得到了延长。
数字化控制技术的应用
数字化控制器
随着数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑控制器（PLC）等数字化控制技术的发， 励磁系统的控制精度和响应速度得到了显著提升。数字化控制器可以对励磁电流进行快
速、准确的调节，提高发电机的动态性能和稳定性。
应用优势
数字化控制技术的应用，使得励磁系统的控制策略更加灵活和智能化。通过数字化控制 器，可以实现对励磁系统的远程监控和故障诊断，提高励磁系统的可靠性和可维护性。
高性能永磁材料的应用
永磁材料
随着高性能永磁材料的出现，如稀土永磁材 料，励磁系统的性能得到了显著提升。这些 材料具有高磁能积和矫顽力，可以替代传统 的电磁铁，减小励磁系统的体积和重量，提 高励磁系统的效率和可靠性。
应用优势
高性能永磁材料的应用，使得励磁系统在小 型化和高效化方面取得了重要突破。同时， 由于永磁材料的耐腐蚀和抗氧化性能，励磁
励磁系统的组成
励磁电源
提供励磁电流的电源设备，通常为直流电源 或交流电源。
励磁线圈
安装在发电机转子上的线圈，用于产生励磁 磁场。
励磁控制器
用于控制励磁电流的调节器，根据发电机运 行状态和电网需求进行自动调节。
第3讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析(1).
I Q 2
I Q1
G2
G1
I Q1
I I I Q1 Q 2 Q2
IQ
page11
North China Electric Power University
2 使并列发电机组间无功功率合理分配
我国在1953年以前把调整同步发电机励磁电流的自 动装置成为“自动调压器”，
1953年后又改称为“自动励磁调节器”，现在又有 重称为自动调压器的趋势。
频率稳定性
频 率 过 渡 过 程 时 间 1 表征着系统遭受到严重的故障造成出力与负荷出现 较大的不平衡时维持频率在可接受的范围的能力。取 决于系统在切除最大可能切除的负荷后是否能够恢复 出力与负荷之间的平衡。
2 频率发生不稳定时，潮流、电压及其他变量会出现 大的波动，并引起系统中控制和保护的动作，造成更 多机组或负荷的切除。这种情况出现在大系统因失步 而解列为数个孤立系统，在这些系统中，发电机之间 的稳定不是问题，主要是出力和负荷是否会保持平衡。
第三讲 同步发电机励磁控制系 统及特性分析（1）
主讲人：李岩松
North China Electric Power University
华北电力大学 电气与电子工程学院 liyansong811@
第三章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
2018/9/14
本章讲述电力系统的自动 调压问题，包含发电机的自动 调节励磁系统，也包括和用户 的电压稳定问题。 North China Electric Power University page2
I Q1
G G
I Q2
IQ
并联发电机组无功功率分配取决 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
同步发电机励磁自动控制系统ppt课件
静止励磁系统 (发电机自并励系统)
13
二 直流励磁机励磁系统（100MW以下）
按励磁机的励磁绕组供电方 式的不同
自励直流励磁机励磁系统 他励直流励磁机励磁系统
1 自励直流励磁机励磁系统
IEE
IR DE =
IE
G
IAVR
R 励磁调节器
发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻R可改变励磁机励磁 电流
第三节 励磁系统中的整流电路
同步发电机励磁系统中整流电路的主要任务是将交流电压整流成直流电压供给发电机 励磁绕组或励磁机的励磁绕组。
一 三个基本整流电路
三相桥式不可控整流电路 三相桥式半控整流电路 三相桥式全控整流电路
一 ） 三相桥式不可控整流电路
V1 ea
eb ec
V3
V5
H+ Rf
14
2 他励直流励磁机励磁系统
IR
PE =
IAVR IEE
DE =
IE
G
励磁调节器 他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比自励多用了一台副励磁机
15
三 交流励磁机励磁系统（100MW以上） 交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的不同可分为以下几种。
1）他励交流励磁机励磁系统
电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称 为动态稳定。
6
1 ） 励磁对静态稳定的影响
GG
升压变压器
Eq
输电线
Xd
UG
XT
降压变压器
系统
U
U
PG
EqU X
sin
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
第三章同步发电机励磁自动控制系统在现代电力系统中，同步发电机扮演着至关重要的角色，而励磁自动控制系统则是确保其稳定运行和高效发电的关键组件。
首先，让我们来了解一下什么是同步发电机的励磁。
简单来说，励磁就是给同步发电机的转子绕组提供直流电流，从而产生磁场。
这个磁场与定子绕组中的磁场相互作用，实现了电能的转换和传输。
那么，为什么需要一个自动控制系统来管理励磁呢？这是因为在电力系统的运行中，各种因素会导致系统的电压和无功功率发生变化。
例如，负载的突然增加或减少、电网故障等。
如果没有有效的励磁控制，发电机的输出电压可能会不稳定，无功功率分配也会不合理，这将对整个电力系统的运行造成不良影响。
同步发电机励磁自动控制系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两大部分组成。
励磁功率单元负责向转子绕组提供直流励磁电流，它的性能直接影响到励磁系统的输出能力和可靠性。
而励磁调节器则是根据测量到的发电机运行参数，如端电压、无功功率等，按照预定的控制规律来调节励磁功率单元的输出，以实现对发电机励磁的自动控制。
在实际运行中，励磁自动控制系统具有多种功能。
其一，它能够维持发电机端电压在给定水平。
当电力系统中的负载变化时，通过及时调整励磁电流，使发电机的输出电压保持稳定，从而保证电力设备的正常运行和电能质量。
其二，合理分配并列运行机组之间的无功功率。
在多台发电机并联运行的情况下，励磁系统可以根据各机组的容量和运行状态，自动分配无功功率，提高电力系统的运行效率和稳定性。
其三，提高电力系统的静态和动态稳定性。
通过快速响应系统的变化，励磁系统可以增强系统抵御干扰的能力，减少电压波动和功率振荡的发生。
为了实现这些功能，励磁调节器通常采用不同的控制规律和算法。
常见的有比例积分微分（PID）控制、模糊控制、自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，它具有结构简单、易于实现的优点，但对于复杂的系统可能效果不够理想。
模糊控制则能够处理一些不确定性和模糊性的问题，具有较强的鲁棒性。
330MW同步发电机励磁控制系统设计及性能分析
摘要励磁系统是同步发电机的重要组成部分。
优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以有效的提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。
本次设计以330MW同步发电机为例，对其励磁系统进行设计和性能分析。
本次设计采用自并励励磁系统，用三相全控整流桥整流，根据励磁控制系统的基本要求、任务，对主回路和控制回路进行计算、设计和选择。
性能分析部分主要对所设计的励磁系统的静态特性、动态特性和强励倍数进行简单的分析和讨论。
关键词：励磁自并励自动性能AbstractExcitation system is an important part of Synchronous generator. Excellent generator excitation system can not only ensure the reliability and stability, but also can effectively improve the generator and its associated power system technical and economic indicators. Let's take the metal removal rate for example. Excitation system design and performance is analyzed.The design uses a self-shunt excitation system, three-phase full-controlled rectifier bridge rectifier excitation control system .According to the basic requirements of the task, the main circuit and control circuit is carried out calculation, design and selection.The part of performance analysis analyzes the static characteristics and dynamic characteristics and strong excitation multiples.Keywords: Excitation Self-shunt Automatic Performance目录引言 (1)第一章方案的选择 (2)1.1 概述 (2)1.2 方案论证及选择 (2)第二章励磁系统主回路的设计 (5)2.1 励磁变压器的设计 (5)2.2 整流回路的原理浅析及整流元件参数的计算 (7)2.2.1整流回路的原理浅析 (7)2.2.2整流元件参数的计算 (8)2.3 半导体励磁系统的保护 (9)2.3.1过电压保护 (9)2.3.2过电流保护 (10)2.4 同步发电机的起励设计与选择 (10)2.5 同步发电机的灭磁 (12)第三章励磁系统控制回路的设计 (13)3.1 控制回路的作用、构成 (13)3.2 测量比较单元 (13)3.2.1测量整定环节 (14)3.2.2滤波电路 (15)3.2.3比较整定电路 (15)3.3 综合放大单元 (16)3.4 移相触发单元 (17)3.4.1对移相触发单元的要求 (17)3.4.2移相触发电路的种类及选择 (17)第四章励磁系统的性能浅析 (19)4.1 励磁系统静态特性 (20)4.1.1发电机端电压调节精度 (20)4.1.2电压调差率(无功电源补偿率) (20)4.1 励磁系统动态特性 (21)结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (24)引言发电机不仅是有功电源，而且也要输出无功功率，而通过调节发电机励磁电流可以调节着输出的无功功率，无论在稳态运行或者暂态过程中，励磁系统的好坏对同步发电机的运行有很大的影响。
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I Q 2
I Q1
G2
G1
I Q1
I I I Q1 Q 2 Q2
IQ
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2 使并列发电机组间无功功率合理分配
我国在1953年以前把调整同步发电机励磁电流的自 动装置成为“自动调压器”，
1953年后又改称为“自动励磁调节器”，现在又有 重称为自动调压器的趋势。
第三讲 同步发电机励磁控制系 统及特性分析（1）
主讲人：李岩松
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华北电力大学 电气与电子工程学院 liyansong811@
第三章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
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本章讲述电力系统的自动 调压问题，包含发电机的自动 调节励磁系统，也包括和用户 的电压稳定问题。 North China Electric Power University page2
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4 改善电力系统运行条件
1、改善异步电动机的自启动条件
无励磁控制 有励磁控制 短路切除后的电压恢复曲线
2、为发电机异步运行创造条件
可以调节励磁为失磁异步运行 的同步发电机提供大量的无功功 率，以维持其运行
3、提高继电保护装置工作的正确性
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一 同步发电机励磁控制系统的作用
1、维持发电机机端电压在给定水平 2、使并列发电机组间无功功率合理分配 3、提高电力系统稳定性和输电线路有功传输能力 4、改善电力系统的运行条件
改善异步电动机的自启动条件 为发电机异步运行创造条件 提高继电保护装置工作的正确性
5、发电机组突然解列实行强行减磁
调节励磁电流来增大短路电流以保证继电保护正确工作
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5 发电机组突然解列实行强行减磁
大型发电机组因故障而跳闸
调速系统具有较大的惯性
汽门/导水叶不能迅速关闭 转子转速急剧上升 励磁电流 不调整 发电机端电压上升而危及 定子绝缘
I G
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1 维持发电机机端电压在给定水平
励磁自动控制系统就是通过不断的调节励磁电流来 维持发电机端电压为设定值的 发电机端电压
注：改变发电机的励 磁电流一般都不直接在 发电机的转子回路中进 行，而是改变励磁机的 励磁电流的方法来达到 调节目的。原因是转子 回路的电流很大，不易 直接调整。
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
负荷的无功电流是造成 Eq U G 之间幅值差的主要原因 I Q
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I P
G
jI Q X d U G
静态稳定性——小扰动稳定性
暂态稳定性——大扰动稳定性
动态稳定性 动态稳定性 —— 电力系统受到小扰动时，考虑调节 器及元件动态，并分析它在暂态过程后能否趋于或者 接近原来稳定工况的能力。
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励磁对静态稳定性的影响
静态稳定性
系统在小干扰下维持同步的能力 功角非周期增长而失步
滑行失步型 振荡失步型
增幅的低频振荡而失步
暂态稳定性
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系统在大干扰下维持同步的能力
注：把原来的 静态稳定（小 扰动稳定性） 和暂态稳定性 （大干扰稳定 性）合起来统 称为功角稳定 性
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UG
励磁电流
UGN
UG 2
I EF 1
IEF2
IQ
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负荷无功电流
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O
I Q1
IQ2
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2 使并列发电机组间无功功率合理分配
U G = 常数
单机无穷大系统
U G consant
G
I G
发电机发出的有功功 率只受调速器控制
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电力系统稳定性的定义与分类
电压稳定性
表征着系统在给定的初始条件下，受到扰动后维持所 有母线的电压的能力。主要原因是负荷需求与系统可 能提供的总量出现了不平衡。表现在电压持续下降 （或上升），又称“电压崩溃”。 发电机的励磁控制产生重要的影响：在过渡过程中， 当励磁电流的增长达到设定的限幅值（相当于励磁控 制退出），常常是出现电压不稳定的直接原因。 大干扰电压稳定性 小干扰电压稳定性 短期电压稳定性
在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力 系统稳定水平下降，为此，当电力系统故障时，要 求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水 平及稳定性。
同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的 合理分配、提高电力系统运行的可靠性方面均起到十分重要的 作用。
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出现了自动再同期现象——发电机在失去同步后经过较短时间的 异步运行又自动牵入同步，主系统仍然能够保持同步 1954年苏联学 者维.柯.维尼柯 大扰动小变速运行状态 2 动态稳定性 夫《电力系统 机电过渡过程 大扰动大变速运行状态 3 综合稳定性 》 North China Electric Power University page13 2015-6-25
秒级（几秒） 低压及低频减载、发电机控制器起主要作用 锅炉、机组保护和负荷调压系统起主要作用
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分级（几分）
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电力系统稳定性的定义与分类
我国在2001年制定的DL755-2001《电力系统安全 稳定导则》中将稳定性分为：
P
B
C
e
T1 L T2
G
E q
Xd
X T1
Xl
XT2
U
e
90
A
o
P
E qU X
sin
调节励磁系统使得 E为常数
P0
a
0
O
'
''
90 o
励磁调节系统可以 有效提高系统的静态 稳定极限
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大干扰功角 稳定性
小干扰电压 稳定性
短期稳定性 短期稳定性
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短期稳定性 长期稳定性
长期稳定性
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电力系统稳定性的定义与分类
功角稳定性
表征着系统维持同步的能力，主要原因是发电机输入、 输出转矩平衡受到破坏，失步的形式可能是功角单调 增长，也可能是增幅振荡。分析时间为10~20s
频率稳定性
频 率 过 渡 过 程 时 间 1 表征着系统遭受到严重的故障造成出力与负荷出现 较大的不平衡时维持频率在可接受的范围的能力。取 决于系统在切除最大可能切除的负荷后是否能够恢复 出力与负荷之间的平衡。
2 频率发生不稳定时，潮流、电压及其他变量会出现 大的波动，并引起系统中控制和保护的动作，造成更 多机组或负荷的切除。这种情况出现在大系统因失步 而解列为数个孤立系统，在这些系统中，发电机之间 的稳定不是问题，主要是出力和负荷是否会保持平衡。
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电力系统稳定性的定义与分类
2004年8月，IEEE发表了CIGRE第38委员会与IEEE系统动态行 为委员会联合小组制定的电力系统稳定性分类及定义
电力系统稳定性
功角稳定性
小干扰功角 稳定性
频率稳定性
电压稳定性
大干扰电压 稳定性
第一节
概述
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第一节
概述
同步发电机的运行特性与它的空载电动势 Eq 值的大小有关， 而 Eq 值是发电机励磁电流的函数。改变励磁电流就可以影响同 步发电机在电力系统中的运行特性。 电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要 影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率分配。
PG U G I G cos consant
PG EqU G Xd sin consant
I G cos K1
E q sin K 2
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2 使并列发电机组间无功功率合理分配
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励磁电流迅 速调整
机组安全
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1 静态稳定性
小扰动小变速运行状态
电力系统稳定性的定义与分类
1 静态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步） 1974年美国学者 大小扰动引起的振荡失步
2 动态不稳定性