同步发电机数字式励磁控制系统的设计
发电机励磁控制系统的设计
发电机励磁控制系统的设计
发电机励磁控制系统是电力系统中的重要组成部分，其设计需要考虑以下几个方面：
1. 励磁系统的控制方式：励磁系统的控制方式可以采用模拟控制或数字控制。
模拟控制方式采用模拟电路实现控制，具有简单、易实现的特点，但精度较低；数字控制方式采用数字信号处理器或可编程逻辑控制器实现控制，具有精度高、灵活性好的特点，但需要更多的编程和调试时间。
2. 励磁系统的调节性能：励磁系统需要具备一定的调节性能，包括励磁电流的调节、发电机端电压的调节等。
需要根据实际需要设计调节范围和调节精度。
3. 励磁系统的响应速度：励磁系统的响应速度需要满足电力系统的要求。
在系统发生故障时，励磁系统需要快速响应并调节发电机端电压，以保证电力系统的稳定性和可靠性。
4. 励磁系统的保护功能：励磁系统需要具备一定的保护功能，包括过流保护、过压保护、欠流保护等。
在发生故障时，励磁系统需要快速切断励磁电流，以保护发电机的安全。
5. 励磁电源的控制策略：在发电机运行过程中，励磁电源的控制策略需要根据实际情况进行设计。
例如，在发电机启动时，需要采用软启动控制策略，以避免励磁电源对发电机端电压的影响。
根据以上考虑，可以设计出一套基于数字控制的发电机励磁控制系统。
该系统采用数字信号处理器作为控制核心，通过采集发电机的电压、电流等信息，实现对励磁电流的精确控制。
同时，该系统还具备快速响应和保护功能，可以在发生故障时及时切断励磁电流，保护发电机的安全。
此外，该系统还可以根据实际需要，灵活地设置调节范围和调节精度，以满足不同的运行需求。
大型同步发电机励磁系统实验研究设计
摘要同步发电机励磁系统对电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用，在我国，励磁系统的可靠性和技术性能指标还不能令人满意。
除了制作水平的提高外，利用特殊的动态测试设备在设计、生产、运行、维护等各个阶段对励磁系统进行设计验证和动态性能测试，是提高励磁系统可靠性和技术性能指标的重要手段。
随着计算机技术的发展，数字仿真测试技术在电力系统研究领域正起着越来越重要的作用。
因此研究采用数字仿真测试技术对同步发电机励磁系统进行动态性能测试，对提高励磁系统的可靠性和技术指标有着重要意义。
关键词：同步发电机，励磁系统AbstractThe excitation system of synchronous generator plays an important role in reliability and stability of power system. However, the reliability of current excitation system in China is not very satisfactory. To improve the reliability and performance of excitation system, in addition to enhancing the fabrication technology, it is critical to conduct design verifying and dynamic performance testing at the stages of design, manufacture, run and maintenance with special dynamic testing devices. With the rapid development of computer science and technology, digital simulation testing is becoming more and mo re important in Power System research field. Adopting digital simulation testing technology in the dynamic performance testing of synchronous generator excitation systems has a great significance in improving the reliability and performance of an excitation system.Keyword: Synchronous Generator, Excitation System目录摘要 (1)目录 (2)1 综述 (3)1.1课题的研究背景和意义 (3)1.2同步发电机励磁系统的主要任务 (3)1.3励磁的发展演绎 (4)1.4同步发电机对励磁的基本要求 (4)2同步发电机励磁系统的基本原理 (6)3同步发电机励磁系统的实验研究 (10)3.1 WDT-ⅢC型电力系统综合自动化试验台介绍 (10)3.2同步发电机励磁系统试验装置 (12)3.3同步发电机励磁控制实验 (23)4结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 综述1.1课题的研究背景和意义近年来，随着发电机容量的不断增大，远方水电厂到负荷中心的长距离输电线路的出现，这时，发电机间的联系变得比较松散，就出现了输送功率的极限问题。
第4讲同步发电机励磁控制系统及特性分析(2)详解
模/数变换
数/模变换
放大驱动
开关量输入/输出回路 开关量输入信 号处理 光电 隔离 开关量驱动输 出电路 开关量 输入
并行打印机接口
通信接口 串行接口 通 讯 网络接口
并行 接口
电 站 / 变 电 站 测 控 对 象
去执元 件行
2018/9/14
North China Electric Power University
第三节
励磁调节器
励磁调节单元（自动调压器）的最基本部分是一个闭环比 例调节器，它的输入量是发电机电压，输出量是励磁机的励磁 电流或者是发电机的转子电流 他的功能有二： 1、保持发电机端电压不变
2、保持并联机组间的无功负荷的合理分配
I EF
同步发电机 励磁功率 单元 手动 自动 励磁调节器
U G I G
2018/9/14
North China Electric Power University
page5
1 励磁调节器的发展历程
机电型励磁调节器
副励磁机 ～ 400HZ 励磁机 ～ 发电机 G ~ TA TV 调差 同步 起励电源
电磁型励磁调节器
电子型励磁调节器 数字型励磁调节器
自励恒压
移相 触发
综合放大
第四讲 同步发电机励磁控制系 统及特性分析（2）
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@
第四章 同步发电机励磁控制系统和特性分析
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
基于AT89C51的同步发电机励磁控制系统设计
思想，采用模块化的设计原理 ，首先对同步发电机励磁控制器的硬件 、软件组成及运行流程进行了分析设
计 ；然后给 出了系 统硬 件原理图及软件流 程图 ；最后对实验结果 用ＭＡ Ｌ Ｂ Ｔ Ａ 进行 了仿 真验 证 ，实验结果表 明 该方 法有很好 的有效性。
关键 字 ：励磁控 制 ；ＡＴ ９ ５ ；ＭＡ Ｌ Ｂ ８Ｃ １ Ｔ Ａ 仿真
２ ＂ 年 ４月 ｏ
电 子 漏 试
Ｅ ＥＣＴ Ｌ ＲＯＮＩ Ｔ ＳＴ Ｃ Ｅ
繁 ４期
Ａｐｒ２０１１ ． Ｎｏ． ４
基于ＡＴ ９ ５ 的同步发 电机 励磁控制 系统设 计 ８Ｃ １
张秀珍
（ 福建工程学 院 电子信息与 电气工程系 福州 ３ ００ ） ５ １８
摘要 ：发 电机 在正常运行时 ，负载总是不断变 化的。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 同为核 心 ，以模糊 自适应ＰＤ Ｉ 控制 为主要的控制
０ 引言
，
压调节器 （ 简称 Ｄ Ｒ 的主导产 品是 以微型计算机为核 心 Ｖ） 构成的 ， 但其造价高 ，需要高技术支持 ，在一些小型 电站
对 电网的质量要求也越来
中不 适合推 广，而可 以采用小规模的 ，以单片机 为核心 的 发电机 电压调节器 。
越高 。一些小型水 电站发 电机保护简单且不可靠 ，自动化
ｖ ｒｆ ｄ ｂ ＡＴＬ ｅ ｉ ｙＭ ｉ ｅ ＡＢ ｉ ｌｔ ｎ ｎ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅｕ ｔ ｈ ｖ ｈ ｗｎ ｔ ａ ｈ ｐ ｒ ａ ｈ ｈ ｓｅ ｃ Ｕ ｎ ｆ ｃ ｖ ｎ ｓ． ｓ ｍｕ ａｉ ，ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ ａ ｅ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ａ ｘ ｅ ｅ ｔｅ ｅ ｔ ｅ ｅｓ ｏ ｉ ｌ ｓ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｅ ｃｔｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ＡＴ８ Ｃ５ ； ＡＴＬ ｘ ｉ ｉ ｏ ｔｏ ； ａｏ ９ １Ｍ ＡＢ ｉ ｌ ｉ ｎ ｓ ｍｕ ａ ｏ ｔ
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1.2.1 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。
其中直流发电机称为直流励磁机。
直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。
直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。
自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。
同步发电机励磁控制系统设计与分析
用。 国外 某些公 司 已经把 这种 方式 列为大 型机组 的 定型励 磁方式 。为 了更 加深入 地 了解 自并 励励磁 系
统 ， 设 计 采 用 自并 励 方 式 。 本 １ 主 回路设 计 主 回路 的设 计 首先 要计算 出变 压器的容 量 。计 算 时 ， 流 电 压 以 满 足 强 励 要 求 为 准 ， 虑 到 交 流 电 交 考 源允许 瞬时 电流过 载 ， 以交 流 电流 以额 定运 行 情 所 况 为准 。在 计 算 交 流 侧 线 电 压 时 有 一个 回代 的 过 程。先设 总 的 电压 降 占 １ ％， ５ 算得 估 算的 交流 侧 线 电压 。 根 据 这 个 求 得 的 线 电 压 求 出 交 流 侧 线 电 流 ， 然 后 求 出 交 流 电 源 功 率 。 根 据 求 得 的 电源 功 率 查 相 应 手 册 查 出相 近 变 压 器 漏 抗 。 用 查 得 的 漏 抗 数 值 再 求 一 次 交 流 侧 线 电 压 、 流 侧 线 电 流 ， 后 求 得 交 流 交 最
电机 机 端 短 路 时 强 励 问题 和 短 路 电 流 迅 速 衰 减 保 护 拒动 的 问题 的 解 决 ， 自并 励 方 式 越 来 越 普 遍 地 被 采
由于 自并励 方式 发 电机 起 动时 自己无法 建 立 电 压 ， 此 必 需 考 虑 起 励 问 题 。 考 虑 到 他 励 电 源 起 励 因 方式更 加 可靠 ， 且 一 般 起励 时 所 需 的他 励 电源 电 并 压不 高 ， 以采 用 厂 用 电起 励 。所 需 的起 励 电源 功 所 率 为 额 定 励 磁 功 率 的 ２ ５％， 求 得 起 励 电 源 容 量 为 ． 可 ５ ８ ６ Ａ。起 励 电源 电压为额 定 励磁 电压 的 １４ ．６ ＫＶ ／， 可算 出所 需 电源 电压 为 ４ Ｖ。 ９
现代同步发电机励磁系统设计及应用
现代同步发电机励磁系统设计及应用现代同步发电机励磁系统设计及应用什么是同步发电机励磁系统？同步发电机是一种通过旋转磁场将机械能转化为电能的装置。
在同步发电机中，励磁系统起着关键的作用，通过提供电磁激励来产生旋转磁场。
现代的同步发电机励磁系统设计与应用涉及多种技术和方法。
主要应用领域1. 发电厂同步发电机励磁系统是发电厂中不可或缺的部分。
它通过控制励磁电流来实现发电机的功率调节和电压调节。
励磁系统的设计和应用对于发电厂的经济运行和稳定供电至关重要。
2. 风力发电在风力发电中，同步发电机励磁系统也扮演着重要的角色。
它可以控制风力发电机组的输出电压和频率，使其与电网保持同步。
同时，励磁系统还能提供额外的励磁容量，以应对突发的风速变化和负荷波动。
3. 水力发电水力发电是利用水能转换为电能的发电方式。
在水力发电中，同步发电机励磁系统的设计和应用决定了发电机组的输出功率和调整能力。
励磁系统可以根据水轮机的负荷需求和发电机输出状况来控制励磁电流，实现自动调节和优化运行。
4. 火力发电火力发电是利用燃烧化石燃料产生高温高压蒸汽驱动汽轮机发电的方式。
同步发电机励磁系统在火力发电中起着关键的作用，它能够提供稳定的励磁电流，使发电机输出恒定的电压和频率。
5. 核能发电核能发电是利用核裂变产生的热能驱动蒸汽轮机发电的一种方式。
同步发电机励磁系统在核能发电厂中同样扮演着重要的角色。
它能够稳定控制励磁电流，使发电机输出稳定的电压和频率。
总结现代同步发电机励磁系统的设计和应用在各种发电方式中都发挥着关键的作用。
它们通过控制励磁电流来保证发电机的稳定运行和功率输出。
随着能源领域的不断发展，同步发电机励磁系统的设计和应用将继续迎来新的挑战和机遇。
同步发电机励磁系统设计的挑战同步发电机励磁系统的设计面临一些挑战，需要考虑以下因素：1. 功率调节和电压调节励磁系统需要能够对发电机的输出功率和电压进行准确的调节。
这意味着励磁系统必须能够快速响应负荷波动，并且能够稳定控制励磁电流，以确保发电机输出满足电网的要求。
同步发电机励磁控制系统的分析与校正
同步发电机励磁控制系统的分析与校正同步发电机励磁控制系统是保证发电机稳定运行的关键部分，它通过控制和调节发电机的励磁电流，实现对发电机输出电压的调节和稳定。
在实际运行中，励磁控制系统可能会出现一些问题，例如：输出电压波动、发电机励磁电流过大或过小等。
本文将对同步发电机励磁控制系统进行分析与校正。
首先，需要对同步发电机励磁控制系统的结构和原理进行分析。
同步发电机励磁控制系统通常由励磁电源、励磁调节器和励磁增益调节器组成。
励磁电源负责提供励磁电流，励磁调节器根据发电机输出电压的变化来调节励磁电流，励磁增益调节器负责调节励磁调节器的增益。
然后，通过对同步发电机励磁控制系统的实际运行情况进行分析，确定需要进行校正的问题。
例如，如果发电机输出电压波动较大，可能是励磁调节器的增益设置不合适，或者励磁电源的稳定性有问题。
如果发电机励磁电流过大或过小，可能是励磁增益调节器的增益设置不合适，或者励磁电源的输出电流能力不足。
接下来，针对分析得到的问题进行校正。
首先，针对发电机输出电压波动较大的情况，可以通过调节励磁调节器的增益来实现校正。
增大增益可以提高励磁调节器对发电机输出电压变化的响应速度，减小增益可以提高励磁调节器的稳定性。
其次，对于发电机励磁电流过大或过小的情况，可以通过调节励磁增益调节器的增益来实现校正。
增大增益可以提高励磁增益调节器对发电机励磁电流变化的响应速度，减小增益可以提高励磁增益调节器的稳定性。
同时，还需要检查励磁电源的输出电流能力是否符合要求，如果不足，需要进行相应的改进和升级。
最后，对校正后的同步发电机励磁控制系统进行测试和验证。
可以通过实际运行的数据和曲线来评估系统的稳定性和性能。
如果发现仍然存在问题，需要进一步分析和校正。
综上所述，同步发电机励磁控制系统的分析与校正是一项重要的工作，通过对系统结构和原理的分析，确定需要进行校正的问题，采取相应的措施进行校正，并进行测试和验证，可以提高同步发电机励磁控制系统的稳定性和性能，保证发电机的正常运行。
同步发电机励磁自动控制系统组成、基本任务和要求
以迅速提高发电机的端电压，从而有效地改善系统的暂 态稳定性。
二 、同步发电机励磁自动控制系统的基本任务
电
无
提
强
强
压
功
高
行
行
控
分
稳
励
减
制
配
定
磁
磁
（一）电压控制
(1)单机运行时
IG
UG IG
IEF
G
EqEqUG源自IPUGIQ
IG
UG
Eq UG jIG X d
电压UB，或维持它们在给定的范围内.
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：
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，
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq sin constant
发电机励磁电流的变化改变了机组 的无功功率和功率角的大小。
调节与无限大母线并联运行的机组的励磁 电流可以改变发电机无功功率的数值。
发电机并入电力系统运行时，电力系统的电压水平由系统中 无功电源发出的无功功率总和与系统中负荷所消耗的无功功 率总和之间的平衡关系决定。
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。
同步发电机数字式励磁控制系统的设计
量 由一 系列信 号所 表征 。信 号采 集部分 的任务 就是要 快 速 、 确 的采集外 部 信号 ， 准 为控 制算法 提供参 数 。模
（） Ｉ 信号量 采集 单元 ： 要想 对 发 电机 进行 控制 ， 首
先应 该 得到发 电机 及 电力 系统 当时 的状态 ， 些状 态 这
线修改， 动发出一个控制信号 ， 自 断开接触器 ， 切断起 励 电源 ， 进人 正常 调节 升压 。 在 发 电机 正 常工 作 时 ， 磁 电 源 由 接在 发 电机机 励
目前国 内微 机励磁 控制 器的研 制和开 发有 多个单 位 开展 了研 制 ， 中南 京 自动化 研 究 所 、 其 清华 大 学 、 华
中科技 大学研制 的产 品已在应 用 中 ， 但其 功能简单 ， 可
（） ４ 并列补偿 —— 用 于两 台或 多 台发 电机 并联 或
并 网运 行 。
Ｌ ＵＪ ｎｈ ａ １ ｕ — ｕ
（ ｈ ｐｃ ｌ ｌ ｔｃｌ ｅａ ｍ ｎ ｏ Ｘａｇ ｎＥｅｔｃｌ ｒ ｐ Ｘａｇ ｎ １１ １Ｃ ｉ ） Ｔ ｅ ｅｉ ｅ ｒ ａ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｉ ｔ ｌ ｒ ａ Ｇｏ ， ｉ ｔ ０ ，ｈ ａ Ｓ ａ Ｅ ｃｉ ｔ ｎａ ｃｉ ｕ ｎ ａ ４１ ｎ
（） １ 自动电压调节（ Ｖ ） Ａ Ｒ ——其稳态 电压调整率
达到较高值。 （） ２ 稳定性—— 即 ＰＤ参数应能针对不同发电机 Ｉ
参数过行灵 活设 置 。
相继生产出微机励磁调节器 ， 这些大公司均具有很强
的科 研开 发能力 ， 励磁 控 制器 所 用 的计 算 机 系统 都 以
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
同步发电机励磁系统设计与优化
同步发电机励磁系统设计与优化一、综述在发电机组中，励磁系统是保证发电机输出电流大小和品质的重要部分。
同步发电机励磁系统需要满足调节可靠、稳定性好、响应速度快等多个特点。
针对同步发电机励磁系统设计与优化问题，本文就同步发电机、励磁系统这两个问题进行了细致的分析和探讨。
二、同步发电机同步发电机是以旋转的机械能为输入，以旋转的电磁场为输出的能量转换装置。
在同步发电机运行过程中，Pole flux和Armature flux是建立在转子和定子之间的两个磁环，Pole flux与转速同步，并在空气隙中旋转；而Armature flux是由电流激励在三相定子绕组中形成的。
同步发电机的3个重要参数：功率（Power）、电压（Voltage）和频率（Frequency）。
电压和频率是由转子的转速决定的，因此后者也是一个重要的参数。
三、励磁系统同步发电机内部的电磁感应所导致的电动势在定子绕组中诱导出电流，进而输出电力。
为了控制这个过程，在发电机的转子内设置了励磁绕组。
这个励磁绕组通过产生磁场导致定子绕组中的电磁感应强度，从而能够调节输出电流大小和品质。
在设计励磁系统之前，需要对发电机的特点进行充分的认识和分析，主要考虑以下几个方面：1. 发电机的类型、功率和额定电压；2. 动态响应的要求，包括对速度变化的响应，功率因数等；3. 对于工程实现的要求，例如励磁绕组的物理尺寸、适应于特殊环境的特殊要求等等。
四、优化方案一般情况下，在同步发电机的励磁系统中，我们会采用静态投切法或是滑模控制等方法进行励磁。
其中静态投切法是在运行时直接断开控制电源，然后等待发电机励磁系统恢复到一个稳定状态；而滑模控制则会通过一个模型来实现控制。
在优化励磁系统之前，我们还需要注意的是控制参数的一致性和可控性，包括波形、非线性响应等指标。
同时，优化的目标需要考虑到如下几个方面：1. 响应速度与动态质量，通常采用对系统的稳态和动态响应进行评估；2. 功率效率和电力质量，包括功率因数和谐波等指标；3. 控制可行性，即技术的可用性和资源的可行性。
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装置采集的模拟量包括发电机机端电压、系统电 压（ 电网电压） 、定子电流、励磁电压、励磁电流。各电 压互感器、电流互感器所得交流信号，励磁电压、励磁 电流经隔离后，进入模拟量输入通道转换成数字量，由 主控系统滤波处理后，经过均方根算法，计算出机端电 压、系统电压、定 子 电 流 的 有 效 值、有 功 功 率、无 功 功 率、功率因数以及励磁电流、励磁电压的平均值，这些 状态反馈信号数据供控制器进行计算和分析使用，同 时将 A 相电压经同步方波变换电路得到同步信号，供 频率检测和同步脉冲触发使用。为了保证控制调节的 实时性，程序在计算模块中首先对采集到的最新模拟 量进行计算，按照控制算法推算出三相全控桥的移相 触发角，然后将此触发角换算为定时器的计数值，到达 定时值时利用 DSP 芯片上的电机控制 PWM 模块（ 后 续章节简称 PWM 模块） 产生控制脉冲，此脉冲经隔离 和功率放大后去触发三相全控桥，来控制励磁电流的
LIU Jun-hua （ The Special Electrical Department of Xiangtan Electrical Group，Xiangtan 411101，China）
Abstract： First，the paper summarizes the effect and development of an excitation system，states the background of the
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《电气开关》（2011． No． 4）
同步发电机数字式励磁控制系统的设计
刘军华 （ 湘电集团特种电气事业部，湖南 湘潭 411101）
摘 要：首先概述了励磁系统的作用以及励磁系统的发展，阐述了课题研究的背景，提出了现代电力系统对同步
（ 4） 脉冲触发单元： PID 控制算法计算所得的结果 需要转换为控制脉冲以驱动功率器件加以执行，实现 所需的控制功能。这部分需要完成移相脉冲的形成、 整形调制和功率放大部分的软硬件设计。
4 励磁控制器的硬件总体设计
为实现上述的功能，励磁控制器需具备有： 电量测 量、调节运算、同步信号检测、脉冲移相放大等基本单
图 1 励磁控制系统总体结构框图
在自并励励磁控制系统中，励磁电源取自发电机 机端电压，发电机正常运转之前，不能提供励磁电流， 所以发电机起励时要外加起励电源，一般为提高励磁 电源的可靠性，选用厂用交流电和直流蓄电池两路供 电，对于前 者 经 过 降 压 整 流 后，供 给 励 磁 绕 组 进 行 起 励。当程序判断出机端电压达到额定电压时此值可在 线修改，自动发出一个控制信号，断开接触器，切断起 励电源，进入正常调节升压。
目前国内微机励磁控制器的研制和开发有多个单 位开展了研制，其中南京自动化研究所、清华大学、华 中科技大学研制的产品已在应用中，但其功能简单，可 靠性以及生产制造工艺与国外相比存在很大差距。
我公司 2002 年与湖南大学合作，研制了 1 套用于 几十 kW 的双绕组发电机励磁控制用的调节器。该调
节器是用 8098 单片机组成，但功能简单，仅作电压调 节用，无法用于其他同步发电机，因为作为现代数字式 电压调节器应具有以下基本功能：
（ 6） 通讯功能———应能支持 RS － 485 或 CAN 通讯。 综上所述，为了提高同步发电机的控制水平以及公 司的技术水平，研制新型数字式自动调压器迫在眉睫。
2 励磁控制器的总体结构及工作原理
本文设计的励磁控制器应用最成熟的 PID 控制算
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法实现对恒机端电压的控制。励磁控制系统的总体结 构如图 1 所示。
励磁控制器作为同步发电机控制的一个重要辅助 控制设备，由励磁功率单元和励磁控制器单元两部分 构成。本课题的研究基于励磁控制器的需求和发展趋 势，充分利用所选单片机芯片丰富的外设资源，完成励 磁控制器各模块的软硬件设计，使励磁控制器的多个 功能数字化地整合为一体，功能较为齐备，结构简单， 提高励磁控制系统的可靠性。在对现有的国内外励磁 控制装置功能和结构研究的基础上，确定该励磁控制 器的主要设计任务包括：
图 3 励磁控制系统软件主程序流程图
DSP 芯片增强的扩展中断处理能力为程序的设计 带来了极大的方便和好处，灵活地应用中断可以方便 地解决许多其它方法难以解决的问题。为了完成励磁 控制器的控制功能需要进行机端频率捕捉程序、数据 交流采样程序、脉冲移相触发程序、恒机端电压控制程 序和各种励磁限制程序的设计。
发电机励磁系统的要求和励磁系统的发展趋势，最后重点研究了基于 DSP 的励磁系统总体设计方案，各主要功
能模块的硬、软件设计。
关键词：励磁； DSP； 控制系统
中图分类号：TM921
文献标识码：B
The Design of an Excitation Control System of a Synchronization Generator
（ 2） 同步信号捕捉单元： 电力系统的频率是时刻 变化的，励磁控制器需要通过同步捕捉单元来跟踪电 力系统的频率变化，这一方面有利于提高信号交流采 样的精度，另一方面为控制触发脉冲的产生提供时基 和定时的起点。
（ 3） 主控制单元： 利用 DSP 丰富的片上资源和强 大的控制处 理 能 力，构 造 控 制 单 元 的 核 心 部 分，配 置 I /0 空间集计算、测 频、励磁限制等功能。
图 2 励磁控制器的硬件总体结构框图
本文所设计的励磁控制器首先利用 DSP 芯片的 捕捉单元捕捉的电压信号计算出发电机频率，确 定 AD 转换的采样周期： 对发电机的机端电压、系 统 电 压、定子电 流 等 模 拟 量 进 行 高 速 交 流 采 样，对 励 磁 电 流、励磁电压进行直流采样，采样完成后，经过均方根 算法，计算出 机 端 电 压、系 统 电 压、定 子 电 流、有 功 功 率、无功功率、功率因数，这些状态反馈数据供 PID 调 节装置进行计算和分析使用； 当同步信号到来后，利用 DSP 芯片的定时器及 PWM 模块产生移相触发脉冲， 此脉冲经过功率放大单元触发三相整流桥，达到通过 控制发电机转子励磁电流来控制和调节发电机电压或 无功功率的目的。同时，励磁控制器还将根据现场输 入的操作和状态信号进行逻辑判断，实现各种运行方 式所需的励磁调节、限制等功能。
outside research and puts forward the morden power system to the requirements of synchronization generator excitation system and development trends of the excitation system． Finally，the overall design plan of the excitation system based DSP and the hardware and software of the main functional modules are studied．
大小。当发电机机端电压的测量值低于给定值时，增 大励磁电流，使机端电压上升； 反之，减小励磁电流，从 而达到控制和调节发电机机端电压和无功功率的目 的。控制器还将根据现场输入的操作和状态信号进行 逻辑判断，实现各种运行方式所需的励磁调节和限制、 保护、检测、故障判断等功能。
3 励磁控制器设计任务分析
6 总结
励磁系统是同步发电机的一个重要组成部分，它 直接影响发电机的运行特性，对电力系统的安全稳定 运行有重要的影响。一台同步发电机除电机本身特质 外，其优良品质很大程度决定于其励磁系统，一个性能 优良的数字式自动励磁系统可极大地提高同步发电机 的性能，同时也能提高其在市场中的竞争能力。
参考文献
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元。根据前文所述的励磁控制器的基本要求，励磁控 制器也由以下几个基本单元组成： 主控制单元、模拟量 输入通道、开关量输入输出通道、同步测频单元和脉冲 放大单元等，励磁控制器的硬件总体结构框图如图 2 所示。
相触发等励磁控制的主要功能，主程序完成主控制器 及外围扩展电路的初始化等功能，为响应中断做好准 备。主程序流程如图 3 所示。
（ 1） 自动电压调节（ AVR） ———其稳态电压调整率 达到较高值。
（ 2） 稳定性———即 PID 参数应能针对不同发电机 参数过行灵活设置。
（ 3） 无功功率 / 功率因数控制———用于发电机和 电力系统并网。
（ 4） 并列补偿———用于两台或多台发电机并联或 并网运行。
（ 5） 保护功能———如过励限制、磁场过电压、过电 流、发电机过电压、励磁机旋转二极管故障等。
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文章编号：1004 － 289X（2011）04 － 0045 － 03