同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设
第二章同步发电机励磁自动控制系统
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。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
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。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
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R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
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
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
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。
同步发电机自动励磁调节装置的设计
同步发电机自动励磁调节装置的设计本文将介绍《同步发电机自动励磁调节装置的设计》的主题和目的，并说明该装置在电力领域的重要性和应用价值。
同步发电机是一种广泛用于发电厂和电力系统中的发电设备。
为了保持同步发电机的稳定运行，必须对其励磁进行有效控制和调节。
励磁是指通过电磁场使发电机产生电磁力，进而产生电能的过程。
励磁调节装置的设计就是为了实现对发电机励磁电流的自动调节和控制。
同步发电机自动励磁调节装置在电力系统中具有重要作用。
首先，它能够确保发电机的励磁电流始终处于适当的范围内，以保证发电机的工作效率和发电能力。
其次，它还能够对发电机的励磁进行实时监测和调整，以应对电力系统的变化和故障情况。
同时，自动励磁调节装置还可以提高电力系统的稳定性和可靠性，减少对人工干预的依赖。
由于同步发电机自动励磁调节装置的设计具有重要的实际意义和应用价值，因此对其进行深入研究和设计是非常必要的。
本文将对该装置的设计原理、控制策略和实施方法进行详细介绍，以期能够为电力系统的稳定运行和高效发电做出贡献。
接下来的章节将对不同方面的设计要点进行阐述，包括设计原理、系统结构、控制要求和实施步骤等内容。
通过对这些方面的深入研究和理解，读者将能够掌握同步发电机自动励磁调节装置的设计技术和应用要点。
背景接下来的章节将对不同方面的设计要点进行阐述，包括设计原理、系统结构、控制要求和实施步骤等内容。
通过对这些方面的深入研究和理解，读者将能够掌握同步发电机自动励磁调节装置的设计技术和应用要点。
背景概述同步发电机的基本原理和励磁调节的作用，以及现有的励磁调节装置存在的问题和局限性。
概述同步发电机的基本原理和励磁调节的作用，以及现有的励磁调节装置存在的问题和局限性。
详细介绍同步发电机自动励磁调节装置的设计方案，包括控制原理、硬件组成、软件算法等方面。
1.控制原理同步发电机自动励磁调节装置的控制原理是通过监测发电机的输出电压和频率，并根据预设的目标值进行自动调节励磁电流，以维持稳定的电压输出。
电力系统自动装置原理三同步发电机励磁自动控制系统PPT课件
ub
uc
O t1
t
ud2
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
ud
uab uac ubc uba uca ucb uab uac
O
t
id
O
t
ia
O
t
电路带阻感负载a =30时的波形
电力系统 自动装置原理
*自动调节励磁装置
1．硬件构成 变送器；同步电压检测电路；输入、输出通道电路；主机
电力系统 自动装置原理
*自动调节励磁装置
2．软件功能 @多种励磁限制。 @电压互感器断线检测及保护。 @手动/自动运行方式的相互跟踪。 @独立的后备通道，自动跟踪工作通道， 切换无波动。 @励磁系统（包括调节器）出现失磁、失 控故障或软件连续几次出轨而自复归无 效时，自动切换到备用通道工作。 @软件具有自诊断、自恢复功能。
id
a
负 b c载
ud
VT4 VT6 VT2 d2
UAV =1.35Up-pcosα =2.34 UPcosα
三相全控桥式整流电路在 0°<α﹤90°时，处于整流工作 状态，改变α角，可以调节发电 机励磁电流; 在90°<α< 180° 时，电路处于逆变工作状态，可 以实现对发电机的自动灭磁。
ud1 = 30°ua
电力系统 自动装置原理
二、对励磁系统的要求
维持电压水平和无功的合理分配 控制能力和调节范围 快速反应能力 结构简单，易于维护 足够的阻尼能力
高度的可靠性 快速性
电力系统 自动装置原理
自动调节励磁系统的基本构成
Ie.G. GLE
励磁功率
G
单元
~
自动调节励磁 装置AER
TA
.
UG
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。
同步发电机励磁自动控制系统方案PPT学习教案
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3 提高同步发电机并联运行的稳
定性
电力系统稳定性的定义与分类
在20世纪60年代及以前
1 静态稳定
系统受到小扰动后保持所有运行 参数接近正常值的能力
性 2 动态稳定 性
系统受到大扰动后，系统参数恢 复到正常值的能力
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
大干扰电压稳定性 系统在大干扰后维持可接受稳态电压的能力
小干扰电压稳定性 系统在小干扰后维持可接受稳态电压的能力
短期电压稳定性
包含快速响应负荷和励磁控制等动态特性及相互作用
长期电压稳定性 包含慢速响应负荷和励磁限幅器等动态特性及相互作用
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电力系统稳定性的定义与分类
改善电力系统的运行条件
改善异步电动机的自启动条件
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为发电机异第步25页运/共行87页创造条件
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提高继电保护装置工作的正确性
第二节 同步发电机励磁系统
========基本知识点========
直流励磁机励磁系统（旋转励磁） 交流励磁机励磁系统（旋转励磁） 发电机自并励系统（静止励磁系统）
功角过大而失步（滑行失步）1974年美国学者 拜金利及金巴克
大小扰动引起的振荡失步
主编论文集《大
性3 暂态不稳定
规模电力系统稳 大扰动后发电机在第一摇摆失步定性》
性 静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE PES Winter Meeting重新对电力系统稳定性进
行定义
1 静态稳定性/小扰动稳定性
时
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
第章同步发电机励磁自动控制系统讲课文档
同步发电机励磁系统
励磁系统的历史
直流励磁机励磁系统
机械整流子在换流方面遇到了困难，且大 功率半导体整流元件制造工艺的日益成熟 。 交流励磁机励磁系统(交流发电机和半导体整流元件组成 )
为了缩短主轴长度，降低造价，减少环 节。
静止励磁系统 (发电机自并励系统)
几种常用的励磁系统简要介绍（重点分析励磁功率单元）
即调节励磁电流时，可以改变发电机的无功功率数值 。
式(2) 说明在纵坐标方向投影不变，当励磁电流变化时，
只能改变功率角。
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（三）提高并联运行的稳定性
电力系统的稳定
➢静态稳定 ➢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。
同自控原理，用微分方程建立系统模型。
3 提高继电保护工作的准确性
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1．改善异步电动机的自起动条件
U(%)
短路切除后，强行励磁可加
速系统电压的回复过程。
120 100 80 60
电网短路故障时，电压很低， 使得用户电机处于制动状态。 电机自启动时需吸收大量无功 功率，延缓了电压恢复
40
20
0
t(s)
0 10 20 30
第章同步发电机励磁自动控制系统
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第1节 概 述
同步发电机的运行特性
同步发电机的空载电动势的大小 E q
控制同步发电机 的励磁
发电机的励磁电流 I E F
对发电机运行控制的重 要内容
励磁自动控制系统构成
向转子提供直流励磁电流
E q 由励磁电流建立的磁场使定子
产生的空载电势
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
第二章(1-3节) 同步发电机励磁自动控制系统教案
第二章 同步发电机励磁自动控制系统第一节 概述励磁电流I EF空载电动势q E •同步发电机的励磁系统=励磁功率单元+励磁调节器一、同步发电机励磁控制系统的任务 （一）电压控制 单机运行:•••=+q d G G E X I j U式中 ——发电机直轴同步电抗图2-1 励磁控制系统结构框图图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系 (a) 同步发电机运行原理；(b) 等值电路；(c) 矢量图)(bGI •d)(a GU •U I •qE •X I U E d Q G G q +=δcos式中δG—qE •与GU •间的相角，即发电机的功率角；QI •—发电机的无功电流。
一般δG很小，可近似认为1cos ≈δG，于是，可得简化的运算式为X I U E d Q G q +≈上式说明，负荷的无功电流是造成与幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也越大。
线1：I EF 1不变()1,Q GeI U()22,Q G I U 曲线2：I EF 2不变()1,Q GeI U()2,Q Ge I U（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的有关问题：图2-3 同步发电机的外特性I QQ 2Q 1U GU G 2U G e 励磁不变励磁增加)(a 常数=U G GK 2'Q I •Q I •1G I K 1•1q E •qE•2q E无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率P G均为常数，即==ϕcos I U P G G G 常数 ==δsin X U E P dGq G 常数 k I G 1cos =ϕ K E q 2sin =δ•G I 的端点则沿着'BB 虚线变化 •q E 的端点则沿着'AA 虚线变化由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
2、并联运行各发电机间无功功率的分配当母线电压为U M 1时：I I I Q Q Q 21+=无功负荷增加,母线电压降到U M 2时：/2/1/Q Q Q I I I +=显然：图2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配)(bQ 2Q 1Q 2Q 1)(a I QI I Q Q 21∆>∆（三）提高同步发电机并联运行的稳定性励磁自动控制系统是通过改变励磁电流I EF从而改变空载电动势q E •值来改善系统稳定性的。
同步发电机励磁自动控制系统设计大学本科毕业论文
同步发电机励磁自动控制系统设计摘要随着电力行业不断发展和机组单机容量的增大，对机组的要求是越来越高，不仅仅是机组的可用率、运行效率和安全性，对机组的可靠性与经济性也提出了更高的要求。
励磁系统作为发电机的核心控制系统，它的运行状态直接影响发电机运行可靠性与经济性。
因此，保证励磁系统安全、可靠的工作是十分重要的。
对励磁系统进行状态监测与诊断不仅能够提高设备维护的经济性，还能显著提高系统的可靠性。
在本论文中，通过分析了同步发电机励磁系统的工作原理，运用飞升曲线法建立了励磁控制系统的动态数学模型，运用工程设计法设计出闭环控制系统的调节器。
组建了同步发电机励磁自动控制系统，完成系统调试。
实验结果表明该数学模型和控制算法是合理的。
然后分析了同步发电机自励励磁系统的不足,提出一种新型斩波控制励磁系统。
分析了这种系统的工作原理,建立了各个环节的数学模型,利用工程设计法设计出相应的调节器,根据反馈控制原理组建了自励自动控制系统。
仿真结果证明了本文提出控制方案的可行性,为励磁改造和优化提供了一定的理论指导意义。
关键词：同步发电机；飞升曲线法；工程设计法Design of automatic control system for synchronous generator excitationAbstractWith the power industry will continue to development and unit capacity increasing, the requirement of the unit is more and more high. Not only is the unit availability, operation efficiency and safety of, also put forward higher requirements on the unit reliability and economy. As the core control system of generator, the operation state of the excitation system directly influences the reliability and the economy of generator.Therefore, it is very important to guarantee the safety and reliability of the excitation system.. The state monitoring and diagnosis of excitation system can not only improve the economic performance of the maintenance, but also improve the reliability of the system.In this paper, through the analysis of the working principle of the excitation system of synchronous generator, using upwards curve method to establish the dynamic mathematical model of excitation control system, a closed loop control system of the regulator using the engineering design method is adopted to design. The automatic control system of generator excitation is established, and the system is debugged.Experimental results show that the model and control algorithm are reasonable.And then analyzes the lack of self excitation of synchronous generator excitation system, puts forward a new type of chopper control excitation system. Analysis of the working principle of this system, all aspects of the mathematical model are established, and the engineering design method design corresponding regulator, according to the feedback control principle of formation of the automatic control system of self. The experimental results prove the feasibility of the proposed control scheme, and provide some theoretical guidance for the excitation and optimization.Key words:synchronous generator; soaring curve; engineering design目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 励磁系统概述 (1)1.2 励磁系统的分类 (2)1.2.1 直流励磁机系统 (2)1.2.2 他励交流励磁机系统 (2)1.2.3 静止并励励磁系统 (2)1.3 励磁系统状态监测发展前景 (3)2励磁系统的建模分析 (4)2.1 建模方法简介 (4)2.2 飞升曲线法简介 (5)2.3 本次实验的方法及数据处理 (7)3 控制器的设计 (10)3.1 PID励磁控制 (10)3.2 励磁调节器的 PID 算法 (10)3.3 调节器的工程设计方法 (11)3.3.1 工程设计方法的基本思路 (12)3.3.2 典型Ⅰ型系统 (12)3.3.3 典型Ⅱ型系统 (14)3.4 励磁控制系统的设计 (16)3.4.1 PID电压调节器参数整定 (17)4 开关式自并励励磁系统的硬件设计 (18)4.1 同步发电机励磁自动控制策略 (18)4.2控制器的设计与应用 (18)4.2.1 PWM调制器 (18)4.2.2 驱动电路 (22)4.3 机械功率输出部分的设计与应用 (24)4.4 开关式并励励磁系统功率主回路的设计与应用 (25)4.4.1 降压斩波电路简介 (25)4.4.2 功率回路分析 (27)4.5 检测控制单元 (29)5 励磁自动控制系统的仿真及结果分析 (29)5.1 动态特性试验 (30)5.2 直流电源起励方式 (30)5.2.1 起励流程 (30)5.2.2 国家相关标准 (31)5.2.4 MATLAB仿真图 (32)5.3 抗扰动特性试验 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1 绪论现实生活中，越来越多的同步发电机系统应用于像电站、工厂、舰船等独立供电系统之中。
第二章同步发电机的自动励磁控制系统
电力系统自动化
13
第二节 同步发电机励磁系统
三种励磁系统 (励磁功率单元) ： 直流励磁机励磁系统
交流励磁机励磁系统 静止励磁系统
一、直流励磁机励磁励磁系统（自励和他励两种方式）
1、自励直流励磁机励磁系统：转子由专用的直流励磁机供电
LLQ
L FLQ F TA
同步发电机的励磁绕组FLQ
机端电压下降到(0.8~0.85) U G N ，使励磁电压迅速达到顶值 两个指标 强励顶值：（1.8~2）U E F N
响应比：转子磁场的建立速度(发电机的磁场)
强励速度 励磁机时间常数 转子磁场建立速度-响应比
灭磁： 转子磁场能量迅速消释，且无内部过电压。
本节问题： 磁场建立：励磁机时间常数，响应比
励磁功 率单元
电
G
力
~
系
发电机
统
励磁调节器
输入信息
2019/10/25
电力系统自动化
2
一、同步发电机励磁控制系统的任务
㈠ 电压控制
正常运行：负荷波动→发电机功率变化→ 机端或某一点电压变化 励磁调节→维持端压在给定水平
UEF
UG IG
Xd
Eq
IG
UG
2019/10/25
U GjIGXd E q
难点： 发电机励磁、电压、无功功率的关系
并联发电机间无功功率的分配
主要内容： 同步发电机励磁自动控制的任务
电压控制 控制无功功率分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 改善电力系统运行条件 水轮发电机组要求实现强行减磁
对励磁系统的基本要求（调节器；功率单元）
2019/10/25
继电保护安全自动装置课件——3_第二章 同步发电机励磁自动控制系统
③提高继电保护装置工作的正确性
当系统处于低负荷运行状态时，发电机 的励磁电流不大，若系统此时发生短路故 障，其短路电流较小，且随时间衰减，以 致带时限的继电保护不能正确工作。励磁 自动控制系统就可以通过调节发电机励磁 以增大短路电流。使继电保护正确工作。 由此可见，发电机励磁自动控制系统 在改善电力系统运行方面起了十分重要的 作用。
a F
c d 1 23
b
上述极简单的示例，使我们得到启示：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，同样可以改善电力系统的暂态 稳定性。
要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励 磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的 时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。
2、同步发电机励磁控制系统的任务
• ⑴电压控制 • ⑵ 控制无功功率的分配 • ⑶提高同步发电机并联运行的稳定性
• ⑷改善电力系统的运行条件
• ⑸水轮发电机组要求实行强行减磁
(1)电压控制
电力系统在正常运行时，负荷总是经常波动的，同步发电机的功率也就相应变 化。随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电 压在给定的水平。励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务。 IG IEF
PGmax*
0.75 0.70 0.65 0.50
PGmax*
Te=0.1S
0.75
K=4
K=2 K=1
0.70
0.65 0.50
Te=0.8S
0.35
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Te(s)
0.35 0 1 2 3 4
K
⑷改善电力系统的运行条件
当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁 自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加 励磁以提高系统电压。这在下述情况下可以改善系统 的运行条件。
同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设
同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN设计报告一．设计题目同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析二．原始数据：发电机型号：QFS-125-2基本数据：额定容量：（MW）125 转速：3000 额定电压：（KV）功率因数：效率：（%）额定电流：（A）6150励磁数据：空载励磁电流（A）：630 满载励磁电流（A）：1635空载励磁电压（V）：91 满载励磁电压（V）：265参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）转子电阻(75℃)(Ω)：(R75℃ =15℃ )电压降之和:ΔU=3KC =2三.设计内容:主回路设计:1.励磁方式选择---自并励励磁方式2.励磁变压器选择1)变压器的变比 K=U1N/U2N变压器原边电压 U1N=UGN=变压器副边电压-------U2N按强励工况选择XK=UK%UN2/100SN=ΩULQ=2ULM=2×265=530(V)ULQ=αMIN－3/∏×XKULQ/R75℃－ΔUU2=U2N= U2/=(强励时机端电压是额定电压的80%-85%)符号说明ULQ 强励工况下的励磁线圈两端电压ULM 额定满载励磁电压U2 二次侧实际机端电压αMIN 强励时可控控制角,一般为5-10度,初算时可设为0度XK 换流电抗,对于变压器供电方式,取它等于变压器漏抗ΔU 电压降之和2)额定电流下容量的选择---(全控桥)I2N=(2/3)ILM=(2/3) ×1635=1335AS=3U2NI2N=1544A符号说明I2N 交流侧额定电流ILM 满载额定励磁电流S 变压器容量3)变压器接线方式的选择一次侧角接,二次侧星接3.起励问题及计算起励方式:采用厂用电起励方式起励容量 SQ=1/40ULMILM=1/40×265×1635= 起励电压 UQ=1/4ULM=1/4×265=符号说明: ILM额定满载励磁电流4.整流元件参数的确定及选择---全控桥1)(按强励工况选择)硅元件额定电流整流桥直流侧电流 I=KCILM=2×1635=3270A桥臂平均电流 IAV=1/3I=1/3×3270=1090A强励正向平均电流 I2AV=KI×IAV=×1090=2725A(安全系数KI=2)可控硅额定电压选择桥臂反向工作电压瞬时值 UQF=2U2N=944V硅元件反向工作电压瞬时值UGF=KUKCGKBUQF=3×××944=3886V参数说明KU 电压裕度系数,取2以上KCG 过电压冲击系数,取电源电压升高系数,取 3)冷却方式风冷5.主回路保护配置1)整流元件的过电流保护: 快速熔断器2) 过电压保护:抑制关断过电压交流侧副边的过电压保护采用压敏电阻,阻容吸收电路(压敏电阻:当电阻两端所加的电压达到阈值时呈低电阻特性,可散热)3) 转子过电压保护:采用切换采样式一点接地保护6. 灭磁问题为了消除励磁回路里残留的磁场能量,励磁回路装设两个灭磁开关MK1,MK2.正常运行时MK1合,MK2开灭磁工作时MK1开,MK2合,利用所串电阻消耗能量性能分析报告应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能,并给出典型运行方式下的最佳参数整定值,要求打印主要分析曲线及计算结果,分析空载情况.自并励励磁控制系统的性能分析(根轨迹分析方法)设图中励磁控制系统的参数如下:TA=0S , TD0=, TR=, TZ=1/300S, KQ=KR=KZ=1由图可求得系统的开环传递函数为其中 K=895KAKZKG=895KA开环极点为 P1=, P2=-25, P3=-300 它们是根轨迹的起始点分母展开的多项式为: S3++7539S+900MATLAB程序如下>>num=[0 0 0 895]>>den=[1 7539 900]>>rlocus(num ,den)根轨迹的图如下系统的稳定性能分析由1+G0(Jω)=0可得ω2+900+K+Jω(-ω2+7539)=0 即ω2—7539=0ω2+900+K=0此时: ω= K= 即KA=K/895=结论:当 0<KA<时此系统保持稳定.此数据说明同步发电机励磁控制系统主回路采用自并励励磁方式KA的取值较广，稳定性较高.。
电力系统自动化第6讲 同步发电机励磁控制系统及特性分析(4)解读
电力系统分析用励磁传递函数——IEEE AC7B
IEEE AC7B —— 自励式交流励磁机系统+ 微机式调节器
2019/1/15
North China Electric Power University
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电力系统分析用励磁传递函数——IEEE AC8B
IEEE AC8B ——具有副励磁机或自励式交 流励磁机系统+微机式调节器
2019/1/15
忽略高次项， 得到简化模型
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North China Electric Power University
3 发电机的传递函数
•主要研究发电机空载时的励磁控制系统的性能，可以对发电 机模型进行简化。 •可以认为，发电机端电压的稳态幅值与其转子励磁电压成正 比。主要因为：在运行区域内，发电机端电压变化不大，可 以不考虑其饱和特性。 •发电机的动态响应可以用一阶惯性环节来描述
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∑ -
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North China Electric Power University
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2 励磁调节器的传递函数——测量比较单元
电压测量比较单元主要由测量变压器、整流滤波器、 测量比较电路所组成。 整流滤波器会有延时 测量变压器、测量比较电路可以忽略延时 测量比较单元的传递函数
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设计报告
一．设计题目
同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析
二．原始数据：
发电机型号：QFS-125-2
基本数据：额定容量：（MW）125 转速：3000 额定电压：（KV）功率因数：效率：（%）额定电流：（A）6150
励磁数据：空载励磁电流（A）：630 满载励磁电流（A）：1635、
空载励磁电压（V）：91 满载励磁电压（V）：265参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）
转子电阻(75℃)(Ω)：(R75℃ =15℃ )
电压降之和:ΔU=3
KC =2
三.设计内容:
主回路设计:
1.励磁方式选择---自并励励磁方式
2.,
3.励磁变压器选择
1)变压器的变比 K=U1N/U2N
变压器原边电压 U1N=UGN=
变压器副边电压-------U2N按强励工况选择
XK=UK%UN2/100SN=Ω
ULQ=2ULM=2×265=530(V)
ULQ=αMIN－3/∏×XKULQ/R75℃－ΔU
U2=
￥
U2N= U2/=(强励时机端电压是额定电压的80%-85%)符号说明
ULQ 强励工况下的励磁线圈两端电压
ULM 额定满载励磁电压
U2 二次侧实际机端电压
αMIN 强励时可控控制角,一般为5-10度,初算时可设为0度XK 换流电抗,对于变压器供电方式,取它等于变压器漏抗ΔU 电压降之和
2)$
3)额定电流下容量的选择---(全控桥)
I2N=(2/3)ILM=(2/3) ×1635=1335A
S=3U2NI2N=1544A
符号说明
I2N 交流侧额定电流
ILM 满载额定励磁电流
S 变压器容量
4)变压器接线方式的选择
|
一次侧角接,二次侧星接
4.起励问题及计算
起励方式:采用厂用电起励方式
起励容量 SQ=1/40ULMILM=1/40×265×1635=
起励电压 UQ=1/4ULM=1/4×265=
符号说明: ILM额定满载励磁电流
5.整流元件参数的确定及选择---全控桥
1)(按强励工况选择)硅元件额定电流
>
整流桥直流侧电流 I=KCILM=2×1635=3270A
桥臂平均电流 IAV=1/3I=1/3×3270=1090A 强励正向平均电流 I2AV=KI×IAV=×1090=2725A
(安全系数KI=
2)可控硅额定电压选择
桥臂反向工作电压瞬时值 UQF=2U2N=944V
硅元件反向工作电压瞬时值
UGF=KUKCGKBUQF=3×××944=3886V
/
参数说明
KU 电压裕度系数,取2以上
KCG 过电压冲击系数,取电源电压升高系数,取 3)冷却方式风冷
6.主回路保护配置
1)整流元件的过电流保护: 快速熔断器
2) 过电压保护:抑制关断过电压
交流侧副边的过电压保护采用压敏电阻,阻容吸收电路
(压敏电阻:当电阻两端所加的电压达到阈值时呈低电阻特性,可散热)￥
3) 转子过电压保护:采用切换采样式一点接地保护
6. 灭磁问题
为了消除励磁回路里残留的磁场能量,励磁回路装设两个灭磁开关MK1,MK2.
正常运行时MK1合,MK2开
灭磁工作时MK1开,MK2合,利用所串电阻消耗能量
性能分析报告
应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能,并给出典型运行方式下的最佳参数整定值,要求打印主要分析曲线及计算结果,分析空载情况.
自并励励磁控制系统的性能分析(根轨迹分析方法) $
设图中励磁控制系统的参数如下:
TA=0S , TD0=, TR=, TZ=1/300S, KQ=KR=KZ=1由图可求得系统的开环传递函数为
其中 K=895KAKZKG=895KA
开环极点为 P1=, P2=-25, P3=-300 它们是根轨迹的起始点]
分母展开的多项式为: S3++7539S+900
MATLAB程序如下
>>num=[0 0 0 895]
>>den=[1 7539 900]
>>rlocus(num ,den)
根轨迹的图如下
系统的稳定性能分析
由1+G0(Jω)=0可得ω2+900+K+Jω(-ω2+7539)=0 即ω2—7539=0
ω2+900+K=0
此时: ω= K= 即KA=K/895=
结论:当 0<KA<时此系统保持稳定.此数据说明同步发电机励磁控制系统主回路采用自并励励磁方式KA的取值较广，稳定性较高.。