同步发电机自动励磁
同步发电机自动调节励磁装置
同步发电机自动调节励磁装置
同步发电机是现代电力系统中一种非常常见的发电机类型，它能够与电网同步运行，保证了电网的稳定性和安全性。
同步发电机自动调节励磁装置是同步发电机控制系统中的关键部分，它能够根据电网的负荷变化自动调节发电机的励磁电流，保证了发电机的稳定运行。
同步发电机的励磁控制原理如下图所示：
图中，Vt是同步发电机的端电压，如果电网的负荷变化，会导致端电压的大小和相位发生变化。
为了保证发电机稳定运行，我们需要根据电网负荷的变化调节发电机的励磁电流，使得发电机的电功率与电网负荷匹配，保持端电压的稳定。
1、测量发电机的电流和电压信号；
2、计算发电机的无功功率和有功功率；
3、根据电网负荷变化计算出发电机的励磁电流应该调整的大小；
4、将计算出来的励磁电流值转换成控制信号，通过调节励磁装置来改变发电机的励磁电流。
同步发电机自动调节励磁装置通常采用PID控制算法，由比例、积分、微分三个环节组成。
具体来说，可以采用以下步骤实现控制：
同步发电机自动调节励磁装置的功能包括：稳定发电机的输出电压和频率、维护发电机的有功功率和无功功率平衡、提高电网稳定性和安全性。
在实际应用中，同步发电机自动调节励磁装置常常需要考虑到发电机的保护和故障处理，以确保电力系统的稳定和可靠运行。
同步发电机自动励磁
调试步骤与注意事项
调试步骤
检查励磁系统的所有设备是否正常，包括励磁机、 整流器、调节器等。
按照励磁系统的设计要求，调整励磁机的输入电 压和电流，观察励磁机的输出是否正常。
调试步骤与注意事项
测试励磁调节器的调节功能，确保其 能够根据输入信号的变化进行相应的 调节。
对励磁系统进行空载和负载试验，检 查系统的稳定性和响应速度。
02
同步发电机自动励磁系统 的组成
励磁功率单元
直流励磁机
作为励磁系统的电源，为发电 机转子提供励磁电流。
交流励磁机
通过整流和逆变，将交流电转 换为直流电，为发电机转子提 供励磁电流。
静止励磁机
采用半导体整流技术，直接将 交流电转换为直流电，为发电 机转子提供励磁电流。
开关励磁机
通过控制开关的通断，实现励 磁电流的调节。
用于调节主励磁绕组的磁场强度，实 现发电机的电压和无功功率的调节。
其他辅助设备
灭磁电阻器
在发电机停机或故障时，用于吸收转子励磁绕组中的能量，保护 励磁系统不受损坏。
电压互感器和电流互感器
用于监测发电机的电压和电流，为励磁调节器提供反馈信号。
断路器和隔离开关
用于控制励磁系统的电源通断和安全隔离。
03
同步发电机自动励磁 系统
目录
• 同步发电机自动励磁系统概述 • 同步发电机自动励磁系统的组成 • 同步发电机自动励磁系统的控制策略
目录
• 同步发电机自动励磁系统的调试与维护 • 同步发电机自动励磁系统的未来发展
01
同步发电机自动励磁系统 概述
定义与工作原理
定义
同步发电机自动励磁系统是用于 控制同步发电机输出电压的装置 ，通过调节励磁电流来改变发电 机的输出电压。
同步发电机自动励磁
如发电机直接接入无穷大电力系统，即XB=0，XL=0，则发电机端 电压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，此时发电机励磁 调节系统不再有调节发电机端电压的作用。
注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁 电流的影响较小罢了。
由以上分析可知：
结论:
同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接 入系统容量的大小有关，
率。其大小为
Pm
E qU G Xd
图5.7 同步发电机 的功角特性
从理论上讲，只要系统所取用的有功功率 P Pm ，发电机的功 角 90 ， 其运行是静态稳定的。否则，发电机就不能稳定运行。
从以上分析可知发电机运行的功角δ愈小，其抗干扰能力愈强，运
行的静态稳定性愈好。另一方面，功角δ愈小发电机输出功率亦越
其接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；
其接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制系 统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量的要 求。
注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁 电流的影响较小罢了。
（1）单机运行时：
在正常运行时，励磁电流 IEF在发电机励磁线圈FLQ 中建立磁场，使定子绕组 产生感应电势Eq，在不考 虑铁心饱和程度影响时， 感应电势的大小与励磁电 流的大小成正比，因此通 过调整IEF的大小就可使Eq 发生相应的变化 .
其电势平衡方程为
EqUGjIGXd
IG——发电机定子电流(亦是负荷电流) Xd——发电机直轴电抗 发电机稳态运行时的向量图如图 5.3(c)所示，由向量关系可得
保持同步发电机稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件。 当系统受到各种干扰或发生各种故障时，系统稳定运行的平衡 条件就被打破，系统将从一种运行状态过渡到另一种运行状态。 电力系统运行的稳定性就是指从一种稳定运行状态能否过渡到 另一种稳定运行状态的能力，它分为静态稳定和暂态稳定两类。 现在，又把电力系统受到干扰后，涉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。 下面主要分析发电机的励磁自动控制系统对静态稳定和暂态稳 定的影响。
同步发电机自动调节励磁装置
பைடு நூலகம்
交流励磁机经旋转二极管整流
<图12-7a>
------无刷励磁系统
静止硅整流励磁系统中，励磁电流通过转子滑 环和碳刷引入发电机励磁绕组，受碳刷材料和压 力的限制，励磁电流过大时，则此方式不适应。
交流励磁机与通常的交流发电机结构不同其直 流励磁绕组（磁极）是在定子上，而三相交流绕 组与硅二级管整流器和主发电机的励磁绕组装在 同一转轴上。因此，交流励磁机的输出经整流后 可直接送至发电机励磁绕组，无需滑环和电刷等 接触元件，实现无刷励磁。
同步发电机自动调节励磁装置
同步发电机将原动机的机械功率转换成 电磁功率。为完成这一转换，必须在发 电机内建立一个旋转磁场。即在发电机 转子绕组(励磁绕组)通以直流电流，产生 相对转子静止的磁场，转子在原动机拖 动下旋转，对定子形成旋转磁场。
励磁电流的大小决定了发电机空载电势 的大小，直接影响发电机的运行性能。
流2000A左右。600MW汽轮发电机的励磁电流 可达5000A。
本厂#1、#2发电机额定励磁电流5308A， 最高励磁电流（强励电流）11400A，强励时间 10s，最高励磁电压1060V。
交流励磁机系统------他励励磁系统
交流励磁机经静止二极管整流 有刷励磁，适用于励磁电流（滑环）
电流小于8000A~10000A的同步发电机。 <三种典型方框图>。
同步发电机的励磁系统主要由励磁功率 单元和励磁调节器（励磁装置AVR）两大 部分组成。<励磁系统构成框图>
励磁功率单元是为发电机转子绕组提 供直流励磁电流的励磁电源；
励磁调节器根据控制要求的输入信号 和给定的调节基准控制励磁功率单元的 输出。
第五章同步发电机励磁自动控制系统解读
频率稳定性
电压稳定性
大干扰电压 稳定性
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
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一 同步发电机励磁控制系统的任务
1、电压控制(调压精度0.5%) 2、控制无功功率分配 3、提高同步发电机并联运行的稳定性 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、水轮发电机组要求实行强行减磁
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I G cos K1
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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。
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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
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小扰动小变速运行状态
1954年苏联学 者维.柯.维尼柯 大扰动小变速运行状态 夫《电力系统 大扰动大变速运行状态 机电过渡过程》
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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
同步发电机励磁系统
四川大学电力系统自动装置题目同步发电机励磁系统学院电气信息学院专业电气工程及其自动化同步发电机励磁系统及励磁调节器工作原理一励磁系统的结构励磁系统,一般来讲，就是与同步发电机励磁回路电压建立，调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备的总称。
同步发电机的自动励磁调节通常分为两部分：第一部分是励磁功率单元，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，已建立直流磁场。
第二部分是励磁调节器，用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要。
二自动励磁调节系统的作用：1。
电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。
当发电机无功负荷变化时，一般情况下机端电压要发生相应的变化，此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率，满足不同负荷情况下励磁电流的自动调节，维持机端或系统某点电压水平。
负荷波动—功率变化—电压变化负荷增大—电压降低—励磁电流增大同步发电机的励磁系统就是通过不断调节励磁电流来维持给定的电压。
2。
合理分配发电机间的无功功率。
发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系，励磁电流的自动调节，要影响发电机间无功负荷的分配，所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。
励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。
与无限大母线并列运行的机组，调节励磁电流可以改变发电机无功功率的数值即控制无功分配。
3。
提高电力系统稳定性电力系统在运行中随时可能受到各种干扰，受到干扰后，电力系统稳定性的要求能够恢复到原来的状态或者过渡到一个新的运行状态。
其主要标志是暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。
励磁调节系统对静态稳定和暂态稳定的影响（1）对改善静态稳定的影响可以提高静态稳定储备系数Kp，提高静稳极限。
Pm—最大可能传输的功率极限性能优良的励磁系统，提高了功率极限，扩大了稳定区，发电机能够在功率角大于90度的区段运行。
（2）对暂态稳定的作用当系统遇到较大干扰时，励磁系统通过增大减速面积，减小加速面积来保持系统的稳定。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
二、对励磁系统的基本要求
励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。
（一）对励磁调节器的要求
励磁调节器主要任务是检测和综合系统运行状态的信 息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率 单元以得到所要求的发电机励磁电流。
励磁 功率单元
G 发电机
电力系统
励磁调节器 输入信息
一、同步发电机励磁控制系统的任务
优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供可靠的电 能，而且可以有效地提高系统的技术指标。
电压控制
控制无功功率的分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 改善电力系统的运行条件
静态稳定 暂态稳定
水轮发电机组要求实行强行减磁
(一)、电压控制
电力系统运行时，负荷波动引起电压波动，需要对励磁电流进 行调节以维持机端电压在给定水平。励磁自动控制系统担负了 维持电压水平的任务。
1. 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统
AE
VS
G
滑环
TR
TV
电压 启励元件
自动恒压元件
启励电源
AVR
2. 自励交流励磁机静止整流器励磁系统
AE
V
G
滑环
TR
TV
电压 启励元件
启励电源
励磁调节器
图3-19 静止励磁系统原理接线
§3.3 励磁系统中的整流电路
交流电压
整流
直流电压
大型发电机的转子励磁回路通常采用三相桥 式不可控整流电路，在静止励磁系统中采用三相 桥式全控整流电路；励磁机励磁回路通常采用三 相桥式半控整流或三相桥式全控整流电路。
0
ωt
(b) 输出电压波形（α＝1200）
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电力系统中常用的发电设备之一，其励磁系统是保证发电机正常工作的重要部分。
励磁系统的性能良好与否直接影响着发电机的稳定性和可靠性。
对同步发电机励磁系统及常见故障分析进行深入了解和研究，对于提高发电机的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。
一、同步发电机励磁系统同步发电机的励磁系统是通过向发电机的励磁绕组通入直流电流，产生磁场，从而激励旋转机械能转换为电能。
励磁系统通常包括励磁电源、励磁绕组、励磁调节器以及励磁系统的保护装置等部分。
1. 励磁电源：励磁电源通常采用直流发电机、整流设备和电容器等组成。
直流发电机产生励磁所需的直流电，整流设备将交流电转换为直流电，电容器用于滤波和稳压。
2. 励磁绕组：励磁绕组是由励磁电源产生的直流电流通入的部分，产生磁场激励发电机。
励磁绕组通常包括定子绕组、转子绕组和励磁极。
3. 励磁调节器：励磁调节器通过调节励磁电压和电流，控制发电机的励磁电流，从而调节发电机的输出电压和无功功率。
励磁调节器通常采用自动稳定系统（AVR）来实现。
4. 励磁系统保护装置：励磁系统保护装置包括欠励磁、过励磁、励磁断路器、电压继电器、过流继电器、励磁接地保护等，用于保护励磁系统的安全运行。
二、常见故障分析2. 励磁绕组故障：励磁绕组的故障主要包括绕组接触不良、短路、断路等。
这些故障可能导致发电机的励磁电流不稳定，影响发电机的输出电压和频率。
4. 励磁系统保护装置故障：励磁系统保护装置的故障可能导致对励磁系统的保护不足，从而使得励磁系统无法及时发现故障并进行处理。
三、故障处理方法1. 对励磁电源进行定期检查和维护，保证直流发电机、整流设备和电容器的正常运行。
2. 对励磁绕组进行定期检查和绝缘测试，确保绕组连接良好，没有短路和断路现象。
3. 对励磁调节器进行定期校准和检查，确保励磁电压和电流能够按照设定值稳定输出。
4. 对励磁系统保护装置进行定期测试和校准，确保对励磁系统的保护能够及时、准确地发挥作用。
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常用的控制方法
同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法1. 引言同步发电机励磁自动控制系统是发电厂中的重要系统之一，它能够稳定地调整发电机的励磁电流，保持电压的稳定。
在实际运行中，为了确保发电机能够正常、高效地工作，常常需要采用一些特定的控制方法。
本文将从深度和广度两个方面，对同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章，旨在帮助读者更全面、深入地理解这一主题。
2. 常用的控制方法同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法包括恒压控制、恒功率因数控制和恒无功功率控制。
这三种方法各自有着不同的特点和适用范围，下文将分别对它们进行探讨。
2.1 恒压控制恒压控制是一种常见的控制方法，在发电机运行中起到了至关重要的作用。
它通过不断地调整发电机的励磁电流，以保持输出电压在额定值附近波动。
恒压控制方法能够有效地维持系统的电压稳定性，使得发电机在不同的负载情况下都能够保持良好的电压输出。
在实际运行中，这种控制方法常常被广泛采用，因为它简单易行，且具有较好的稳定性。
2.2 恒功率因数控制恒功率因数控制是另一种常用的控制方法，它主要是通过调节励磁电流，以保持系统的功率因数在一个稳定的范围内。
功率因数是电力系统中一个非常重要的参数，它直接影响着系统的稳定性和电能利用率。
采用恒功率因数控制方法能够有效地提高系统的功率因数，降低传输损耗，改善电能质量。
在电力系统中，恒功率因数控制方法也得到了广泛的应用。
2.3 恒无功功率控制恒无功功率控制是在电力系统中常用的一种控制方法，它主要是通过调节发电机的励磁电流，使得发电机能够输出恒定的无功功率。
在电力系统中，无功功率是一个非常重要的参数，它直接关系到系统的稳定性和运行安全。
采用恒无功功率控制方法能够有效地控制无功功率的流动，改善系统的稳定性，保证系统正常运行。
3. 个人观点和理解经过对同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法的了解和研究，我认为这些方法各有其独特的优势和适用范围。
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
(1) 自励直流励磁机励磁系统
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 磁建立电压。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器RC送给励磁 机的励磁绕组。
由于励磁机向它自己提供励磁电流，故称为自励。
I I I LL
AVR
EE IILELE——励励磁磁机机的提励供磁的电励流磁机I流的AV励R—磁自电动流励磁调节器输出的电
自动励磁调节器通过调节晶闸管的控制角改变交流励磁机的励 磁电流，来控制发电机励磁电流。
主励磁机的频率 为 100Hz，副励 磁机的频率一般为 500Hz，以组成 快速响应的励磁系 统。
励磁系统的整流电路
整流电路
三相桥式 不可控
三相桥式 半控
三相桥式 全控
励磁调节装置原理
图为600MW发电机自并励励磁系统
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流IEE，从 而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电机励磁电流的 手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节，从而 实现对发电机励磁电流的自动调节。
(2) 他励直流励磁机励磁系统
它与图5.10 (a)的不同之 处在于直流励磁机的励磁 电流是由另一台与发电机 同轴的副励磁机供给，故 K I
LL
EE
Z AVR
IEE—副励磁机提供的励磁电流 K—折算系数，将IAVR折算到IEE所流过的绕 组中去输出的电流
自励直流励磁机中，IEE的增加促使励磁机电压UEF增加，而IEE的增 加又依靠UEE的增加。IEE和UEE的这种关系使得励磁机的励磁时间 常数增大了。
而它励直流励磁机则不然，它没有IEE和UEE的相互依赖关系，励磁 时间常数只决定于励磁绕组的结构和参数。所以它励直流励磁机
第4章：同步发电机的励磁自动控制系统
（3）提高继电保护装置工作的正确性 励磁自动控制系统通过调节发电机的励磁
电流以提高系统电压，增大短路电流，使继电 保护装置可靠动作。
5．防止水轮发电机过电压
与原曲线相比，有三点不同： ○1 极限输送功率增加； ○2 系统的静态储备增加； ○3 稳定运行区域扩大，其扩大的部分为人工稳定运行区。
（2）励磁系统对暂态稳定的影响
提高励磁系统的强励能力，即提高电压强励倍数 和电压上升速度，被认为是提高电力系统暂态稳定性 最经济、最有效的手段之一。
P0
功角特性曲线I：对应于故障前双回线运行； 功角特性曲线Ⅱ：对应于一回线故障时的运行状况； 功角特性曲线Ⅲ：对应于故障切除后一回线运行。
第4章 同步发电机的励磁 自动控制系统
4.1 同步发电机励磁系统的任务
一. 电力系统无功功率控制的必要性
1．维持系统电压正常水平
P/Q
Q
P
系统无功功率平衡关系式：
Q Q Q n
m
l
i1
Gi
j 1
Lj
k 1
k
U
无功电源主要由两部分组成，一部分是发 电机，一部分是补偿设备。发电机供给的无 功功率起主要作用，补偿设备供给的无功功 率起次要作用。
故障期间和故障切除后，励磁系统施加的作用是 力图促使发电机的内电动势 Eq 上升而增加电磁功率 输出，使 Pm增加（即曲线幅值增加），功角特性曲线 Ⅱ和Ⅲ幅值增加，既减小了加速面积，又同时增加了 减速面积。
要求励磁系统首先必须具备快速响应的能力。 为此，一方面要求缩小励磁系统的时间常数，另一 方面应尽可能提高强行励磁的倍数。
第六章 同步发电机自动励磁控制
二（2）、静止硅整流交流励磁系统（自励）
AE ~ TR 起励 电源 电压起 励元件 AVR VS EW G TV
• AE自励回路对励磁控制系统的动态响应有影响， 与静止可控整流方式相比，响应速度较慢 。
32
二（3）、静止整流交流励磁系统 （他励）
起励 电源 交流副励磁机 ~ 400Hz 自励恒 压调节 VS A E ~ 100Hz VS 磁场 开关 G TA TV AVR
1 他励交流励磁机励磁系统 （1）原理图
副励
主励
交流发电机
~
起励电源
~
~
自励恒压 调节器 500Hz副励磁机 100Hz主励磁机
励磁调节器 50Hz发电机
34
（2）特点
• 优点：响应速度快（相对DC）； 容量较大（相对DC） • 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护
（3）应用
19
UEF(V)
d c UEFq
励磁电压响应比
UEFe a b
通常，将励磁电压在最初 0.5秒内上升的平均速率定义为 励磁电压响应比。
t(s) 0.5
励磁电压响应比= 励磁电压响应比=
Uc Ub Δt
Uc Ub U bΔ t
（绝对量） （相对量）
(斜线下的面积增量与曲线下的面积增量相等）
20
响应时间
23
24
25
26
一（1）、直流励磁机励磁系统（自励）
EEW IEE IAVR IRC 励磁调节器 DE EW G TV
励磁调节器的容量得到减小，特别适合功率放大系数较小、 由电磁元件组成的励磁调节器。
27
IEE = IRC + IAVR 从IRC的角度看，属自励方式。IEE中IAVR只占一部分，使
同步发电机励磁自动调节
第四章：同步发电机励磁自动调节较、综合放大单元因发生故障，而退出工作，所以属于一种非正常工作方式。
当稳压电源出故障时，工作在“手控闭环”运行方式；当稳压电源无故障时，工作在“手控开环”运行方式。
感应调压器—交流主励磁机—发电机的运行方式，由于需要由运行人员手动调节感应调压器，改变发电机的励磁，所以是一种“手动”运行方式。
此时，发电机励磁系统无自动调节的功能。
所以，只有在励磁系统进行切换或副励磁机、自动调节器故障以及进行发电机升压试验时才使用。
备用励磁机—发电机的运行方式是在发电机的主副励磁机、励磁调节器以及励磁整流柜因故都退出运行，由备用励磁机直接供给发电机励磁的一种运行方式，此时，备用励磁机的调节由运行人员手动进行。
第九节微机型励磁调节器本节的内容包括微机型励磁调节器的构成和主要性能特点。
本节的学习路线：借助本章第四节学过的模拟型半导体励磁调节器的构成和工作原理，计算机控制系统的构成，理解微机型励磁调节器的硬件电路和软件框图及性能特点。
学习微机型励磁调节器硬件电路构成时，根据计算机控制系统主要是由模拟量输入回路、开关量输入/输出回路、主机、人机接口四部分构成，可知微机型励磁调节器的硬件电路也应该包括这四部分，但考虑到对于执行原件是大功率的晶闸管整流电路，微机型励磁调节器的输出应该是触发脉冲，所以微机型励磁调节器的硬件还包括脉冲输出通道，图4-37示出了微机型励磁调节器框图。
学习微机型励磁调节器硬件电路各部分作用时，结合励磁调节器的作用和调节过程去考虑，如：模拟量输入通道需要输入的模拟量有：发电机的端电压、负荷电流和励磁电流；开关量输入/输出通道需要输入的开关量有：发电机的主开关（保证发电机只有与系统并联运行时，励磁调节器才能实现强励作用）、灭磁开关（确保发电机故障时实现自动灭磁），需要输出的开关量主要有：灯光、音响等信号。
根据励磁调节器的工作原理和计算机控制系统的特点，容易理解微机型励磁调节器的软件框图主要由两大部分组成，即主程序和中断服务程序，如图4-38所示。
三相同步发电机励磁调节
三相同步发电机励磁调节三相同步发电机励磁调节是电力系统中的重要环节，它能够保证发电机的稳定运行和电力质量的提高。
在电力系统中，发电机是负责将机械能转化为电能的设备，而励磁调节则是控制发电机输出电压和励磁电流的过程。
在三相同步发电机中，励磁系统的调节是为了使发电机输出电压稳定在额定值，同时保证电力系统的稳定运行。
励磁系统通过调节励磁电流来控制发电机的输出电压。
当电网负荷变化时，励磁系统能够及时调整发电机的励磁电流，以保持电压的稳定性。
励磁调节的过程可以分为两个阶段：静态调节和动态调节。
静态调节主要是在发电机运行之前进行的，它通过调整励磁电流的大小和相位来控制发电机的输出电压。
动态调节主要是在发电机运行过程中进行的，它能够根据电网负荷的变化及时调整励磁电流，以保持电压的稳定。
在励磁调节过程中，需要根据电网负荷的变化来调整励磁电流的大小。
当电网负荷增加时，励磁电流需要增加，以提高发电机的输出电压。
相反，当电网负荷减少时，励磁电流需要减小，以保持发电机输出电压的稳定。
为了实现励磁调节，通常会使用自动励磁调节装置来监测发电机的输出电压，并根据设定值进行调整。
自动励磁调节装置通过与发电机的励磁系统连接，能够实时监测发电机的输出电压，并根据设定值进行调整。
除了自动励磁调节装置外，还可以使用励磁控制器来进行励磁调节。
励磁控制器通常由调节器、比例放大器和执行器等组成，能够根据发电机输出电压的变化来控制励磁电流的大小和相位，以实现励磁调节的目的。
三相同步发电机励磁调节是电力系统中的重要环节，它能够保证发电机的稳定运行和电力质量的提高。
励磁调节通过调节励磁电流的大小和相位来控制发电机的输出电压，以适应电网负荷的变化。
励磁调节可以使用自动励磁调节装置或励磁控制器来实现，以保证电力系统的稳定运行。
同步发电机励磁方式
同步发电机励磁方式引言：发电机是一种将机械能转化为电能的设备，而励磁则是保证发电机正常运行的重要环节。
在发电过程中，励磁方式的选择对于发电机的性能和稳定性至关重要。
本文将介绍常见的同步发电机励磁方式，以帮助读者更好地理解发电机的工作原理。
一、直流励磁方式1. 独立励磁方式独立励磁方式是指发电机独立设置励磁设备，通过直流电源提供励磁电流。
这种方式适用于小型发电机或需要灵活调节励磁电流的场合。
常见的励磁电源包括直流发电机、蓄电池和整流器等。
2. 自励励磁方式自励励磁方式是指发电机利用其自身产生的电动势通过励磁回路提供励磁电流。
这种方式适用于小型发电机或无法外接励磁电源的场合。
常见的自励方式包括串励、复励和混合励磁等。
二、交流励磁方式1. 恒压励磁方式恒压励磁方式是指通过稳定的电压源提供励磁电流，以保持发电机励磁电流的稳定。
这种方式适用于对励磁电流要求较高的场合，如高功率发电机和电力系统。
2. 恒流励磁方式恒流励磁方式是指通过稳定的电流源提供励磁电流，以保持发电机励磁电流的稳定。
这种方式适用于对励磁电流要求较高的场合，如大容量发电机和电力系统。
三、混合励磁方式混合励磁方式是指同时采用直流励磁和交流励磁的方式，以兼顾两种励磁方式的优点。
这种方式适用于对励磁电流和电压要求较高的场合，如大功率发电机和电力系统。
四、调速特性发电机的励磁方式不仅会影响其励磁电流和电压的稳定性，还会对其调速特性产生影响。
不同的励磁方式会导致发电机的励磁电流与转速之间的关系不同，从而影响发电机的输出电压和频率。
结论：同步发电机励磁方式的选择对于发电机的正常运行和性能有着重要的影响。
在实际应用中，需要根据发电机的类型、容量和工作环境等因素综合考虑，选择合适的励磁方式。
同时，还需要根据实际情况对励磁电流和电压进行调整，以保证发电机的稳定性和可靠性。
通过本文的介绍，相信读者对同步发电机励磁方式有了更深入的了解。
励磁方式的选择是发电机设计和运行中的重要问题，需要综合考虑多个因素。
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在实际运行中，为了合理利用发电机组的容量， 希望各台发电机应按照其额定容量的大小成比例 的分配其输出的无功电流。
可采取的方法
* Iq
•将并联发电机的 UG - -IQ 特性做的完全一致。
*
才能使无功电流在并联机组间进行合理的分配。
•IQ* 为发电机无功电流与其无功电流额定值的比值
在发电机自动励磁调节系统中有一个形成发电机外特性的 环节----调差环节，通过它可以改变发电机的外特性，很容 易地做到使并联运行发电机组的外特性都一致，从而达到并 联机组间无功负荷合理分配的目的。
I G cos 常数 K 1
Eq sin 常数 K 2
发电机接入无穷大系统时，当调节发电机的励磁电流IEF时:
I G 变 ，变 I G sin 变 ； QG U G I G sin 变 ； I EF 变 （U G不变） PG U G I G sin 不变； I G cos不变；
动调节，而且调节量要合理。
(1) 发电机无功功率的控制原理 Ⅰ、若同步发电机接于无穷大电力系统
UX恒定不变， 无穷大电力系统： UG亦恒定不变， 发电机输出的有功功率PG为一常数。 在忽略发电机定子损耗及凸极效应时，发电机输出的有功功率为：
P G U
G
I
COS G
EqU G Xd
sin 常数
U X U B ---电力系统电压和变压器高压侧归算值。
如果发电机直接接入无穷大电力系统：
UG U X Iq ( X B X L )
XB=0，XL=0
UG U X
结论：当发电机并入无穷大系统时，发电机端电压等于系统电 压，并随系统电压的变化而变化，此时发电机励磁调节系统不 再有调节发电机端电压的作用。
第2章 同步发电机励磁自动控制系统
什么是励磁？
导体切割磁力线感生电动势e 励磁就是提供一个磁场B
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
发电机产生的感应电动势的有效值为：
E 4.44 fN
第2章 同步发电机励磁自动控制系统
学习目的： 通过本章的学习，掌握同步发电机励磁控制系统的主
要任务和对他的基本要求、基本构成，理解励磁电源的方
统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量的要求。
（二）控制无功功率的分配
• 发电机是系统中主要的无功电源。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。 • “合理控制”的含义： • (1)每台发电机发出的无功功率数量要合理；
• (2)当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率要随之自
暂态稳定性决定于加速面积abedabcd
是否小于或等于减速面积dfed。
大。正确的思路是在不影响励磁可靠性的基础
上强调励 磁强 励倍数 。 （水 电 2 倍 ; 国标 2 倍 +80%=2.5;三峡2.5+80%=3.125;<1000V,OK）
(2) 对暂态稳定性的影响
• 结论：
• 如果在故障时快速提高励磁电流，即增加发电机的感应电势， 使发电机故障时的功角特性曲线 II 的幅值增加，从而使发电 机在故障时的输出功率相对较大，降低转子加速程度，提高 发电机的暂态稳定性。
Eq cos U G Eq 变 ，变 Eq cos变 ； QG U G 变 ； Xd I EF 变 U Eq sin 不变； PG G sin 不变； Xd 结论：
Eq U G I Q X d
发电机无功功率调节控制原理：
无失灵区
励磁控制功能（强励）
电
2. 对励磁功率单元的要求
励磁功 率单元
G
发电机
力 系 统
励磁调节器
输入信息
励磁控制系统结构框图
任务 调节系统电压和本身无功功率 较强励磁能力 快速响应能力
要求 可靠性、调节容量 頂值电压 电压上升速度
励磁顶值电压是励磁功率电源在强行励磁时可 能提供的最高输出电压值，该值与额定工况下励磁电 压之比称为强励倍数。其值的大小，涉及制造成本等 因素，一般取1.6～2。
UX)有关，并且也影响与之并联运行机组输出的无功功率。
所以：同步发电机的励磁自动控制系统还承担着并联运行机组 间无功功率合理分配的任务。
(2) 合理分配并联运行发电机间的无功功率。
以2台发电机并联运行为例：
以电网的无功负荷增加为例,分析2台发电机的无功电流变化情况。
结论：当电网的无功负荷发生变化时，由于两台发电机的外特 性不同，造成它们无功电流的变化亦不相同，改变了负荷增加 前两台发电机无功电流分配的比例。外特性斜率相差越大，其 改变程度也越大。
自动控制系统能实现强行减磁功能。
三、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
励磁系统的组成如图:
电
励磁功
G
发电机
力 系 统
励磁功率单 元向同步发 电机提供直 流电流。
Hale Waihona Puke 率单元励磁调节器输入信息
励磁控制系统结构框图
励磁调节器的主要功能： 检测和综合系统运行状态的信息，经相应处理后， 产生控制信号，控制励磁功率单元，以得到所要求 的发电机励磁电流。
2、励磁对暂态稳定的影响
提高暂态稳定性有两种方法 1、减小加速面积：加快故障切除时间 2 、增大减速面积：提高励磁电压响应比；提 (a)单机无限大母线系统 (b)短路故障下，功率特性曲线的变化： 初始工作曲线1；短路后3；故障切除2 高强励电压倍数，使故障切除后的发电机内电 势Eq迅速上升，增加功率输出，以达到增加减 速面积的目的。 正常工作曲线 1；短路曲线3；强励使功率特性 曲线增加到 bc‘段（减少了加速面积）； δ 2 时 故障切除；强励使曲线 2 的 dehg 增加到 de’h’g （增大减速面积）；转子功角最大值由 δ m’降 到δ m。 励磁顶值电压越高，电压响应越快，励磁调节 对改善暂态稳定的效果越明显。但负面影响越
当发电机接于无穷大系统时，通过调节发电机励磁电流的大
小就可以控制发电机输出的无功功率的大小。
Eq sin 常数 K 2
I G cos 常数 K 1
Ⅱ、推广到实际运行的系统中：
实际运行的电力系统中：发电机输出的无功功率不仅与发电 机的励磁电流IEF有关，还与发电机的端电压UG(即系统电压
注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁电流的影响较 小罢了。
小结：
同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接 入系统容量的大小有关： 其接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小； 其接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大， 通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制系
(1) 改善异步电动机的自起动条件。 发电机强行励磁的作用可以加
速系统电压的恢复，有效地改 善电动机的自启动条件。
图5.9 短路切除后电压的恢复 1—无励磁自动控制 2—有励磁自动控制
• (2) 为发电机异步运行创造条件。
当发电机的励磁系统发生故障时，有可能使同步发电机失去励磁，这 时发电机将从系统中吸收大量无功功率，造成系统电压大幅下降，严重时 会危及系统的安全运行。
（五） 防止水轮发电机过电压
• 水轮发电机在因系统故障被切除或突然甩负荷时，一方面由
于水轮发电机组的机械转动惯量很大，另一方面为了引水管
道的安全，不能迅速关闭水轮机的导水叶，致使发电机的转 速急剧上升。 • 如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机感应 电势有可能升高到危及定子绕组绝缘的程度。因此要求励磁
第一节 概述
一、同步发电机励磁自动控制系统组成
同步发电机 励磁调节器 励磁系统励磁功率单元
第一节
概述
一、同步发电机励磁自动控制系统组成
第一节
概述
二、励磁控制系统的基本任务
☞ 电压控制
☞ 控制无功功率的分配
☞提高发电机并联运行的稳定性 ☞提高电力系统的运行条件 ☞水轮发电机组要求强行减磁
☞ 即发电机单机运行时，调节励磁电流可改
变发电机端电压。
曲线1：IEF1不变，曲线2：IEF2不变
Eq U G I Q X d
励磁不变:
(UGe，IQ1) (UG2，IQ2)
励磁增加:
(UGe，IQ1) (UGe，IQ2)
同步发电机的外特性
结论:励磁控制系统通过不断调节励磁电流来维持 机端电压为给定值。
二、同步发电机励磁系统的任务
（一）电压控制 在发电机不经升压直接向用户供电的简单系统中，若
供电线路不长，线路上电压损耗不大，单靠调节发电机的励
磁来控制发电机的端电压就能满足负荷对电压质量的要求。
（1）单机带负荷运行时：
GEW Xd Eq 等值电路图
IG
UG
其电势平衡方程为：
Eq UG jIG X d
IG——发电机定子电流(亦是负荷电流) Xd——发电机直轴同步电抗
Eq UG jIG X d
Eq cosG UG IQ X d
一般δG值很小，可近似认为cosδG≈1
δ
G
Eq U G I Q X d
向量图：
——发电机功角，即Eq与UG的相位差；
IQ——发电机定子电流无功分量； Φ ——发电机功率因数(亦是负荷功率因数)。
（三） 提高同步发电机并联运行的稳定性
（1）稳定性的概念 静态稳定：小干扰后恢复到原状态； （如：负荷波动） 暂态稳定：大干扰后恢复到原状态或新状态； （如：系统故障） （2）励磁提高静态稳定性 恒定的UG：If变→Eq变→UG不变
1、励磁对静态稳定的影响
对于某一固定的空载电动势Eq值，发电机传输功率PG是功角δ的正弦函数。