第四章 同步发电机的自动励磁调节装置
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。
同步发电机自动调节励磁装置
励磁变压器
01
02
03
作用
将高电压转换为低电压， 为励磁装置提供所需电源。
工作原理
利用电磁感应原理，将输 入的高电压降为较低的电 压，为励磁装置提供稳定、 可靠的电源。
特点
具有高效率、低损耗、安 全可靠等优点，是励磁装 置中不可或缺的组成部分。
整流器
作用
将交流电转换为直流电， 为励磁绕组提供直流电流。
核能发电站的应用
核能发电站利用核反应产生的热 能驱动蒸汽轮机产生机械能，进
而通过发电机产生电能。
励磁装置在核电站中起到调节发 电机输出电压和频率的作用，确
保机组的稳定运行。
核电站对励磁装置的安全性和可 靠性要求极高，因为一旦励磁装 置出现故障，可能会影响整个电
站的安全运行。
其他领域的应用
励磁装置在风力发电、太阳能发 电等可再生能源领域也有广泛应
工作原理
利用二极管的单向导电性， 将交流电转换为直流电。
特点
具有高效率、低纹波、高 稳定性等优点，能够满足 励磁装置对直流电源的要 求。
灭磁电阻
作用
在发电机停机时，吸收励磁绕组 中的磁场能量，防止发电机出现
过电压。
工作原理
利用电阻的耗能作用，将励磁绕组 中的磁场能量转化为热能，从而消 耗掉磁场能量。
的电压稳定。
组的快速启停和有功、无功的快速调节。
火力发电站的应用
火力发电站利用化石燃料的化学能转 化为热能，进而驱动蒸汽轮机产生机 械能，最终通过发电机产生电能。
火电站中的励磁装置通常采用自动调 节系统，能够根据电网的实时需求自 动调整励磁电流，实现机组的自动控 制。
励磁装置在火电站中起到调节发电机 输出电压和无功功率的作用，确保机 组稳定运行。
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(第4—7章)
《电力系统自动装置》复习思考题参考答案（第4—7章）第四章复习思考题1．何谓励磁系统？答：供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
2．同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么？答：（1）系统正常运行条件下，维持发电机端或系统某点电压在给定水平；（2）实现并联运行发电机组无功功率的合理分配；（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；（5）对水轮发电机组在必要时强行减磁。
3．对同步发电机的自动调节励磁系统的基本要求是什么？答：励磁系统应具有足够的调节容量、励磁顶值电压、电压上升速度、强励持续时间、电压调节精度与电压调节范围，应在工作范围内无失灵区，应有快速动作的灭磁性能。
4．何谓励磁电压响应比？何谓强励倍数？答：通常将励磁电压在最初0.5s内上升的平均速度定义为励磁电压响应比，用以反映励磁机磁场建立速度的快慢。
强励倍数是在强励期间励磁功率单元可能提供的最高输出电压与发电机额定励磁电压之比。
5．同步发电机励磁系统类型有哪些？其励磁方式有哪两种？答：同步发电机励磁系统类型有：直流励磁机系统、交流励磁机系统和发电机自并励系统。
励磁方式分为自励方式和他励方式两种。
6．画出三相全控桥式整流电路，哪些晶闸管为共阳极组，哪些为共阴极组?答：VTHl、VTH3、VTH5为共阴组，VTH2、VTH4、VTH6为共阳组。
（第6题）7．三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流工作状态和逆变工作状态？整流和逆变工作状态有何作用？整流和逆变工作状态有何作用？答：三相全控桥式整流电路的控制角α在0°＜α＜90°时，三相全控桥工作在整流状态；当90°＜α＜180°时，三相全控桥工作在逆变状态。
整流状态主要用于对发电机的励磁；逆变状态主要用于对发电机的灭磁。
8． 简述自动励磁调节器的工作原理。
答：自动励磁调节器的工作原理如下：根据发电机电压G U 变化，把测得的发电机端电压经调差、测量比较环节与基准电压进行比较，得到正比于发电机电压变化量的de U ，经综合放大环节得到SM U ，SM U 作用于移相触发环节，控制晶闸管控制极上触发脉冲α的变化，从而调节可控输出的励磁电流，使发电机端电压保持正常值。
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
同步发电机励磁系统与励磁调节器
同步发电机励磁系统与励磁调节器一般来说，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总称为励磁系统。
励磁系统包括发电机绕组，励磁电源，励磁装置及调节电压有关的其他设备。
同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。
一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分。
另一部分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，一般称为励磁控制部分或称之为励磁调节器。
励磁系统的主要作用：一、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。
二、合理分配发电机间的无功负荷。
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。
三、在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。
四、提高电力系统稳定性。
五、快速灭磁，当发电机或升压变压器内部发生故障时，要求快速灭磁，以降低故障所造成的损害。
同步发电机的励磁方式一、直流发电机供电的励磁方式二、交流励磁机经整流供电的励磁方式三、静止电流供电的励磁方式。
励磁电流是通过励磁变压器、励磁电流器取自同步发电机机端或外部辅助电流。
励磁调节器的构成励磁自动调节指的是发电机的励磁电流根据机端电压的变化按预定要求进行调节，以维持端电压为给定值。
所以自动调节励磁系统可以看作为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。
同步发电机的励磁调节方式可分为按电压偏差调节和按定子电流，功率因数的补偿调节两种。
下面主要介绍按电压偏差调节方式。
励磁调节器基本方框图为了调节同步发电机的端电压V f,,应测量端电压的变化值。
为了便于测量，设置了端电压变换机构，这样量测机构的输出电压k l V f 和V f 成正比例。
同步发电机中自动励磁调节技术的应用作用
同步发电机中自动励磁调节技术的应用作用摘要：同步发电机是电力系统的重要组成部分，可以起到平衡无功功率以及减小电压波动的作用，将自动励磁调节技术应用在同步发电机中可以有效保证系统运行的稳定性。
本文主要针对同步发电机中自动励磁调节技术以及PID控制算法的应用进行分析。
关键词：同步发电机；自动励磁调节技术；应用近年来随着我国综合国力的增强，我国的电力系统得以快速发展，大机组对励磁调节器提出了更高的要求，也促进了励磁调节器功能的进一步完善。
传统的调节器已经不能满足当今信息社会的需求，所以新型调节器成为今后发电机的主要发展方向。
优质的励磁调节系统对于整个系统储备能力的提高、继电保护灵敏度的提高、防止励磁的过度降低有着重要的作用。
一、励磁调节系统简述（一）励磁调节系统的构成励磁调节控制系统主要由控制器、供方单元、发电机、反馈测量器等组成。
发动机将采集的信号交给反馈测量器进行处理，把所测得的差值传递给控制器。
控制器把这些信息进行校准和放大。
经过这一系列处理以后，发电机的励磁电压以及电流就得到了有效地控制。
而接口模块一般采用转换器将数字信号模拟信号进行转换。
（二）励磁调节器的功能励磁调节器由功能完善的软件系统和随之配合的硬件系统组成，可以执行多种调节控制功能：（1）高级控制算法。
励磁系统支持多种复杂的控制算法，比如比例调节、PI调节这些比较简单的算法以外，还支持线性以及非线性最优励磁控制等较难的控制方法。
（2）定值调节器数字系统，可以根据需要对电压、电流，保护整定值以及各调节规律的有关参数等数据进行随意设定，并且对有关调节规律的参数进行在线调节，通过网络的支持，可实现远程控制功能。
（3）利用调节器内部循环数据记录装置，把系统中的各种状态下的有效数据和参数记录下来，也可把发电机传递的数据经过处理传递给励磁系统，同样励磁系统的数据也可以传递到外部存储器上，以便将来需要的时候进行查询。
二、PID控制算法的应用（一）PID控制算法我国的工程建设行业发展十分迅猛，自动化技术和控制理论有了较高的发展，自动控制系统也有了较大的发展，技术相对来说比较成熟。
同步发电机励磁调节及励磁系统实验
同步发电机励磁调节及励磁系统实验一、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。
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。
发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。
电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。
同步发电机励磁系统
11.4加强励磁系统运行安全管理 • 11.4.5修改励磁系统参数必须严格履行审批手续， 在书面报告有关部门审批并进行相关试验后，方 可执行，严禁随意更改励磁系统参数设置。 • 11.4.6利用自动电压控制(AVC)对发电机调压时， 受控机组励磁系统应投入自动方式。 • 11.4.7加强励磁系统设备的日常巡视，检查内容至 少包括：励磁变压器各部件温度应在允许范围内， 整流柜的均流系数(各整流柜电流平均值与最大值 之比)应不低于0.9，温度无异常，通风孔滤网无堵 塞。发电机或励磁机转子碳刷磨损情况在允许范 围内，滑环火花不影响机组正常运行等。
11.3加强励磁系统的调整试验管理
• 11.3.1电力系统稳定器的定值设定和调整应由具备资质的科研单 位或认可的技术监督单位按照相关行业标准进行。试验前应制 定完善的技术方案和安全措施上报相关管理部门备案，试验后 电力系统稳定器的传递函数及自动电压调节器(AVR)最终整定参 数应书面报告相关调度部门。 • 11.3.2机组基建投产或励磁系统大修及改造后，应进行发电机空 载和负载阶跃扰动性试验，检查励磁系统动态指标是否达到标 准要求。试验前应编写包括试验项目、安全措施和危险点分析 等内容的试验方案并经批准。 • 11.3.3励磁系统的V/Hz限制环节特性应与发电机或变压器过激磁 能力低者相匹配，无论使用定时限还是反时限特性，都应在发 电机组对应继电保护装置动作前进行限制。V/Hz限制环节在发 电机空载和负载工况下都应正确工作。 • 11.3.4励磁系统如设有定子过压限制环节，应与发电机过压保护 定值相配合，该限制环节应在机组保护之前动作。
励磁系统日常维护
• 1、整流柜电流均流系数监测； • 2、整流柜、调节器柜通风滤网清扫、风机 运行状态检查； • 3、励磁变、整流柜运行温度监测； • 4、励磁系统运行环境监测； • 5、励磁调节器测量数据监测、报警监测； • 6、检查、清扫发电机转子滑环；
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
《电力系统自动化》课程教学大纲Power System Automation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。
二、教学目的与要求本课程的教学目的是使学生掌握电力系统自动化的基本知识，熟悉电网调度自动化、配电网自动化、变电站自动化的相关问题，训练和培养学生独立思考、解决电力系统实际复杂工程问题的能力。
具体要求如下：1、掌握发电机同步并列的条件，以及自动准同期装置的工作原理。
电力系统自动装置原理-第04章_同步发电机励磁自动控制系统的动态特性(1-2)
• 分离角和汇合角恒等于90。
29
根轨迹的渐近线
• 若开环有限极点数n >开环有限零点数m，则将有 nm条根轨迹分支沿着渐近线伸向无穷远处。渐近
线与实轴的交点和交角分别为：
交点
n
m
pj zi
a j1
i1 (n m)
交角 = (2k+1) /(nm) ( k = 0, 1, 2, nm1 )
第四章 同步发电机励磁自动控制系统的动态特性
1
第1节 概述
一、同步发电机励磁自动控制系统动态特性应满足 的基本要求
二、同步发电机励磁自动控制系统的动态特性指标
2
动态特性应满足的基本要求
①控制系统应能稳定运行（自身空载和带载情况下稳 定运行、对电力系统的稳定运行具有积极作用或负 面影响较弱不致影响电力系统的稳定运行）；
②动态特性要良好。
3
动态特性指标
①励磁电压响应比：励磁电压在最初0.5秒内上升的平均速率。
②由励磁电压响应曲线定义的指标：发电机空载、额定转速条 件下，突然加入励磁使发电机端电压从零升至额定值时的时间
响应曲线的上升时间（tr）、超调量（p）和调整时间（ts）可
以作为动态特性指标 。
上升时间（tr）：由稳态值的10%上升到90%（或5%至95%或 0%至100%）的时间 。通常，对欠阻尼二阶系统，取0%至 100%；对过阻尼二阶系统， 取10%至90% 。
19
第3节 励磁自动控制系统的稳定性
一、概念回顾 二、励磁控制系统空载稳定性分析 三、励磁控制系统空载稳定性的改善
20
概念回顾
1．基本概念 ①控制理论分类 ②古典控制论的分析方法 ③根轨迹的定义 ④根轨迹的求取方法 2．根轨迹的直接作法（设以开环放大倍数K为参变量） 作图规则包括：
同步发电机励磁自动调节
同步发电机励磁自动调节在现代电力系统中，同步发电机扮演着至关重要的角色。
而励磁自动调节系统则是保障同步发电机稳定运行、提高电力系统性能的关键技术之一。
要理解同步发电机励磁自动调节，首先得知道什么是励磁。
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交流电流相互作用，实现电能的转换和传输。
那为什么需要自动调节励磁呢？这是因为电力系统的运行状态是不断变化的。
比如，负荷的突然增加或减少、系统故障等，都会导致发电机端电压的波动。
如果不及时调整励磁电流，就可能影响发电机的输出功率和电能质量，甚至威胁到电力系统的稳定运行。
同步发电机励磁自动调节系统主要由测量单元、比较单元、放大单元和执行单元等组成。
测量单元负责监测发电机的端电压、电流等参数，并将其转换为电信号。
比较单元将测量值与给定值进行比较，得出偏差信号。
放大单元将偏差信号放大，以驱动执行单元。
执行单元则根据放大后的信号调整励磁电流的大小。
在实际运行中，同步发电机励磁自动调节系统有多种调节方式。
常见的有恒机端电压调节、恒无功功率调节和恒功率因数调节等。
恒机端电压调节是最基本的调节方式。
其目标是保持发电机端电压在给定值附近。
当系统负荷增加导致端电压下降时，调节系统会增大励磁电流，增强磁场，从而提高端电压；反之，当负荷减少时，端电压升高，调节系统会减小励磁电流，使端电压恢复到给定值。
恒无功功率调节则主要用于无功功率的分配和控制。
在多台发电机并联运行的系统中，通过恒无功功率调节，可以实现各台发电机之间无功功率的合理分配，提高系统的稳定性和经济性。
恒功率因数调节则是使发电机的功率因数保持在给定值。
这种调节方式在一些特定的场合，如需要保证功率因数符合要求的工业用户中得到应用。
除了上述调节方式，同步发电机励磁自动调节系统还具有一些重要的功能。
例如，它可以提高发电机的静态稳定性。
静态稳定性是指发电机在受到小干扰后，能够自动恢复到原来的运行状态的能力。
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
第四章 励磁自动控制系统的动态特性解读
1
E
T
K 1 K T
3 3
j
s
s
0
M e2
2
K
4
K
Eq
'
'
K
E
5
s d0
S E
励磁系统
de
U G
S
E
U
REF
K
6
• 上图中K1~K6是与发电机和网络参数以及发电机运行点有关 的参数，为一定条件下两个偏差之比，即
M e K1
' ' Eq Eq 0
M e K2 ' Eq
-
1 TE s K E
UE
SE
他励直流励磁机的传递函数框图
TE N / K K E RE G RE GSE SE
2 交流励磁机的传递函数
i EE LE u EE R E
UE
AE
假设其转速为恒定，忽略其电枢回路的 暂态过程，则交流励磁机等效电路和其 饱和特性曲线如左
可求得励磁机的励磁回路方程 diEE u EE i EE RE LE dt
0
X Xe Xq Xe ' I q0 Xd Xe
' d
' Xq Xd
I q 0U sin 0
UEQ 0 Xq Xe
cos 0
' Xd Xe K3 Xd Xe
' 1 E q K4 K 3 ' Xd Xd ' U sin 0 Xd Xe
U
REF
S
E
K 1T
自动励磁调节器的作用
为了提高电力系统稳态和动态性能，对同步发电机、同步调相机和大型同步电动机的励磁进行自动调节的一种措施。
它对电力系统的作用是：
①在正常运行工况下维持母线电压为给定水平，即起调压作用。
②稳定地分配机组间的无功功率。
③提高电力系统运行的动态性能及输电线路的传输能力。
装有快速无失灵区励磁调节器的发电机可运行在人工稳定区，在系统事故下高顶值倍数的快速励磁系统能提高系统的暂态稳定度。
④励磁控制中引入镇定器后，可提供合适的阻尼力矩，有力地抑制低频振荡和改善电力系统动态品质。
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同步发电机自动励磁调节作用
浅谈同步发电机自动励磁调节作用【摘要】当前，在电力系统中同步发电机励磁系统主要是通过励磁调节来充分发挥发电机的作以提高电力系统稳定性。
且随着电网的扩大，电网的稳定和安全运行的问题日益突出，因此，发电机励磁系统自动励磁调节作用在电力系统中的重要性也就愈来愈为人们所关注。
【关键词】自动励磁稳定调节作用前言励磁系统为同步发电机的重要组成部分，其直接影响发电机的运行特性，对电力系统的稳定安全的运行有者重要的影响。
近年来国内大型发电机组应用自并励磁系统的方式已经得到广泛普及，因采用自并励磁系统发电机组比采用无刷励磁系统发电机组造价低，性能价格比高。
一、自动励磁调节系统的构成励磁系统是供给同步发电机励磁电源的一套系统，它一般由两部分组成：一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作功率单元；另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁调节器。
励磁控制器的硬件结构已经从传统的模拟式调节单元发展到了以微机计算机为核心的数字式，现阶段16位机已经成为自此控制器cpu的主流，它的输入信号来自电压互感器和电流互感器，通过软件调节输入量去控制功率单元，数字式自动励磁调节器借助其软件优势，在调节规律和辅助功能等方面可以有很大的灵活性，对应于软件的励磁控制方式也是从最初的比例控制发展到pid控制方式以及avr+pss控制方式，近年来线型最优控制和非线型励磁控制理论已经得到了充分的眼界并在我国看是应用。
二、同步发电机励磁发展历史和现状控制理论的发展是由单变量到多变量，由线性到非线性，最终向智能控制方向迈进，励磁控制规律也经历了与之完全相适应的发展过程。
励磁控制器的控制规律研究一直是控制领域和电力系统一个极为活跃的课题。
同步发电机的励磁控制技术总是随着控制理论的发展而发展的，控制理论的每一步发展都将引起同步发电机励磁控制技术的突破。
从20世纪40年代开始，励磁控制规律主要经历了以下几个发展阶段（1）古典励磁控制首先从单机系统的分析和研究开始，提出了按机端电压偏差调节的比例调节方式。
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。
励磁调节器的作用及工作原理
励磁调节器的作用及工作原理刘晨旭电力系，1113班，201101320213摘要：发电机作为电力系统的重要组成部分之一，其内部励磁电流的变化会直接影响发电机的正常运转，对电网的电压水平也会产生直接的影响，同时与其并列的机组因励磁电流的变化也会在无功功率分配上有所变化。
励磁调节是为了提高电力系统稳态和动态性能。
它对电力系统的作用是在正常运行情况下维持母线电压为给定水平，即起调压作用，以及稳定地分配机组间的无功功率。
所以励磁调节是维持系统稳定运行的保障，对电网的正常运转起重要作用。
励磁调节器真是励磁调节的具体表现仪器，本文将就励磁调节器的作用及工作原理进行简要说明关键词:：励磁调节系统励磁调节器工作原理作用1.引言：发电机励磁调节器是励磁装置的控制核心，它的发展经历了机电型、电磁型、晶体管分立元件型、模拟运算放大器型以及微机型几个阶段。
目前，我国中小型水电站的励磁大都采用微机调节器，少量采用模拟运算放大器为核心的励磁调节器，老式的分立元件电路已逐步被淘汰。
随着发电机单机容量和电网规模的增大，发电机组及电力系统对励磁控制在快速性、可靠性、多功能性等方面提出了愈来愈高的要求，致使常规模拟式励磁变得过份复杂甚至力不从心。
近年来，微机型励磁调节器已成为同步发电机励磁调节器的主流。
模拟运算放大器式励磁调节器，有着调压精度高（ 0.5% - 1%）、调压范围宽（10%-120%）、直观容易熟悉等特点，对于中小型电站来说，在今后的一段时期内仍然具有吸引力。
2.正文：2.1励磁调节器的作用2.1.1控制电压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。
由于单机容量相对电力系统中发电机总容量是有限的，因此利用励磁调节器对电力系统电压水平进行平衡。
2.1.2合理分配并联运行发电机间的无功功率合理控制包含两层意义·每台发电机发出的无功功率数量要合理·当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率要随之自动调节，而且调节量要合理2.1.3提高电力系统稳定性2.1.4改善电力系统的运行条件·改善异步电动机的自启动条件·为同步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2.2励磁调节器的工作原理构成励磁调节器的型式很多，但自动控制系统的核心部分缺很相似。
自动装置选择题
第一章备用电源自动投入装置1、AAT装置低电压继电器的动作电压一般整定为（）可满足要求。
（A）额定工作电压的25％（B）额定工作电压的50％（C）额定工作电压的70％（D）不应低于额定工作电压的70％答：选（A）2、AAT装置过电压继电器的动作电压一般整定为（）可满足要求。
（A）额定工作电压的25％（B）额定工作电压的50％（C）额定工作电压的70％（D）不应低于额定工作电压的70％答：选（C）3、AAT装置的动作时间为（）。
（A）以1～秒为宜（B）零秒（C）较长时限（D）5秒答：选（A）4、停用AAT装置时应( )。
（A）先停交流后停直流（B）先停直流后停交流（C）交直流同时停答：选（B）5、AAT装置是利用中间继电器KM的延时返回常开接点保证动作一次，但对于KM延时时间为( )。
（A）以秒为宜（B）大于一倍断路器QF合闸时间（C）小于两倍QF合闸时间（D）大于一倍QF合闸时间而小于两倍QF合闸时间答：选（D）6、AAT装置动作的动作条件是（）。
（A）工作电源有压，备用电源无压（B）工作电源无压，备用电源无压（C）工作电源有压，备用电源有压（D）工作电源无压，备用电源有压答：选（D）7、应用AAT装置的明备用接线方式指正常时（）。
（A）有接通的备用电源或备用设备（B）有断开的备用电源或备用设备（C）有断开的工作电源或工作设备（D）没有断开的备用电源或备用设备答：选（B）8、应用AAT装置的暗备用接线方式指（）。
（A）正常时有接通的备用电源或备用设备（B）正常时有断开的备用电源或备用设备（C）正常工作在分段母线状态，靠分段断路器取得互为备用（D）正常工作在分段断路器合闸状态，取得备用答：选（C）第二章自动重合闸装置2、要保证重合闸装置只动作一次，装置的准备动作时间应为（）。
（A)秒（B)10-15秒（C)15-20秒（D)1-10秒答：选（C）（B)拒绝重合闸（C)多次重合（D）同步重合6、重合闸装置若返回时间太长，可能出现( )。
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。
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• 发电机并网运行时，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。
• 并网运行时的单机容量相对有限, 改变一台发 电机的励磁电流对系统电压水平的影响不像单 机带负荷运行时的影响那么大，而且电力系统
的容量越大，这种特征越明显。
当系统容量无穷大时，系统电压为恒定值，
合理控制系统中并联运行发电机输出的无功功率。
• 所谓“合理控制”包含两层意思：
• 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
要随之自动调节，而且调节量要合理。
1.发电机无功功率控制的原理
• 条件: • 设同步发电机与无穷大电力系统并联运行,即发电 机端电压不随负荷的变化而变化,是一个恒定值。
IEFBiblioteka G~ÙG 负 İG 荷
-
发电机稳定运行图
(a)原理图 İG
Eq
.
UG
·
Eq UG jIG X d
(b)等值电路图 发电机稳定运行图
•Xd—发电机的直轴电抗。
. . δ是Eq和UG之间的夹角,即发电机的功率角;
İq和İp为发电机电流的无功和有功分量;
φ发电机的功率因数角。根据向量关系,得出
+
UEF
GEW
IEF
~
G
ÙG 负 İG 荷
-
发电机稳定运行图
(a)原理图
• ÙG和İG分别为发电机定子电
压和电流。
•正常时,流经GEW的励磁电流
+
UEF
GEW
IEF 在同步发电机内建立磁场,
•使定子绕阻产生空载感应电动 势Èq; •改变励磁电流IEF 大小, 可使 Èq相应变化; •图(b)是发电机稳态运行的等 值电路图，其间关系用数学式 表达为
UG
Eq2 Eq1 IEF1
返回
IEF2
• 当IEF不变时,IQ变化将引起UG的 U Ge 变化,即发电机单机带负荷运 行时,电压变化主要是由定子
0
UG′ IQ1 IQ2
发电机的外特性 (IEF不变时)
电流的无功分量IQ变化引起的。
IQ
•若发电机的无功电流IQ不变，改变IEF可以改变Eq， 进而可以改变UG，即发电机单机运行时，调节励磁 电流可以改变发电机电压。
重点：励磁控制系统的任务、基本要求，并联 运行机组间无功功率的分配。
第一节 同步发电机励磁控制系统的
主要任务和对它的基本要求
• 同步发电机励磁系统是指为发电机提供可调节 励磁电流的装置的全部组合。包括： • 产生可调节励磁电流的励磁功率单元(如励磁机)
控制功率单元的励磁调节器两个主要组成部分 以及相关的测量仪表、辅助设备等。
• 同时假定发电机定子电阻为零,并忽略凸极效应。
• 而发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励
磁电流的大小无关。
• 因此机组发出的有功功率PG为常数。
• 可以写出下列表达式
• PG=UGIGcosφ=常数
(4-3)
(4-4)
(a)
• PG=(EqUG/Xd)sinδ=常数
• φ－功率因数角；
• δ－发电机的功率角。
(a)电路图
• IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL) XB、 XL－变压器漏抗和输电线 路电抗； • UX、UB－电力系统电压 和变压器高压侧电压。
UG
XB
İG
UB
XL
Eq
(b)等值电路图
.
UX
.
发电机并入电力系统 的电路图
•
以上三个表达式说明：
• ①通过调节发电机励磁电流IEF • 来调节发电机电势Eq • 可以改变发电机无功电流IQ， • 从而调节发电机电压UG和 • 变压器高压侧电压UB， • 维持发电机机端电压UG或系统内某一点电压 (如变压器高压母线电压UB)在给定水平;
Eq cos U G IQ X d
一般δ很小,可近似认为cosδ≈1,于是上式简化为
Eq U G I Q X d
Eq
φ
jIG X d
δ
U G Eq I Q X d
UG=f(IQ)称为发电
机的外特性．
İQ
φ
İP İG
UG
jIQ X d
(C)发电机的向量图
U G Eq I Q X d • Eq和IEF成正比。
第四章 同步发电机的自动 调节励磁装置
内容提要： 励磁系统的任务 励磁系统的类型
励磁调节装置的原理
并联机组间无功分配
教学目的：熟悉同步发电机励磁控制系统的任 务、理解对励磁系统的基本要求，熟悉同步发 电机的励磁方式及其特点，掌握半导体励磁调 节器的构成、工作原理，掌握并联运行机组间 无功功率的分配，熟悉强励及灭磁的概念、灭 磁的方法，理解励磁调节器静态特性调整的目 的，了解微机励磁调节器的构成原理。
化，即发电机励磁调节系统不再有调节发电机电
UX)/(Xd+XB+XL)
压的作用。
• 实际上,无穷大电力系统是不存在的,即系统等值阻 抗并不等于零,发电机电压UG将随着无功负荷的变 化而变化。 •以上即电压调节的原理.
(二)合理分配并联运行发电机间的无功功率
• 电力系统中是多台发电机并联运行的。
• 为保证系统的电压质量和无功潮流合理分布,要求
图4-1
同步发电机励磁控制系统构成示意图
一、同步发电机励磁控制系统的任务
电 压 控 制
无 功 功 率 分 配
提 高 稳 定 性
改 善 运 行 条 件
强 行 减 磁
(一) 电压控制:维持发电机端或指定控制点的电压 在给定水平上 • 发电机单机带负荷运行时, • 励磁控制系统的电压调节作 用可用右图说明。 • GEW是发电机的励磁线圈，
•UG≈UX+IQ(XB+XL)
•UB≈UX+IQXL
•IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL)
②若发电机接入无穷大系统,即
XB=0、XL=0,则发电机电压等 于系统电压,UG= UX,随系统电 压的变化而变化，
•UG≈UX+IQ(XB+XL) •UB≈UX+IQXL •IQ=(Eq-
• 调节发电机励磁电流不再会引起发电机电压的变
改变一台发电机的励磁电流对系统的电压水
平没有影响。
但是，系统中各节点电压是不相同的，
因此，对并网运行发电机的UG随IEF变化的情
况要做具体分析。
发电机经变压器和输电线路并入电力系统的
情况如下图所示。
• UG≈UX+IQ(XB+XL) • UB≈UX+IQXL
UG
XB
UB
~
Xd
G
XL
线路
UX
变压器
• 由上两式得
PG UG
IGcosφ= Eqsinδ=
＝常数=K1
Xd
UG
PG＝常数=K2
图4-4 同步发电机与无限大 母线并联运行