第三章 同步发电机励磁自动调节
第三章__《同步发电机励磁自动控制系统》练习参考答案
一、名词解释1．励磁系统答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。
2．发电机外特性答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。
3．励磁方式答：供给同步发电机励磁电源的方式。
4．无刷励磁系统答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。
5．励磁调节方式答：调节同步发电机励磁电流的方式。
6．自并励励磁方式答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。
7．励磁调节器的静态工作特性答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。
8.发电机调节特性答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷I.Q的关系特性。
9．调差系数答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。
10．正调差特性答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。
11．负调差特性答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。
12．无差特性答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。
13．强励答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。
二、单项选择题1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A )A．保持机端电压恒定；B．调节发电机发出的无功功率；C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率；D．调节发电机发出的有功电流。
2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B )A．保持机端电压恒定；B．调节发电机发出的无功功率；C．调节机端电压和发电机发出的无功功率；D．调节发电机发出的有功电流。
3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功PG = EGUG sin™为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。
X dA．U G sin™；B．E Gsin™；C．1 X d ⊕sin™；D．sin™。
(完整版)电力系统自动装置原理思考题及答案
复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、基本概念1、并列操作：电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列，这样的操作过程称为并列操作。
2、准同期并列：发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。
3、自同期并列：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。
4、并列同期点：是发电机发电并网的条件。
同期并列点是表示相序相同、电源频率同步、电压相同。
5、滑差、滑差频率、滑差周期：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用fs 表示；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化360°所用的时间。
6、恒定越前相角准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装置。
7、恒定越前时间准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。
8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压；线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压。
二、思考题1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。
（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
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。
同步发电机的励磁调节模式
同步发电机的励磁调节模式一、引言同步发电机是发电厂的核心设备之一，其稳定运行对电网的可靠性和稳定性至关重要。
而励磁系统作为同步发电机的重要组成部分，其调节模式对发电机的稳态和动态特性影响深远。
因此，对同步发电机的励磁调节模式进行深入研究，对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。
二、同步发电机励磁系统的基本原理同步发电机的励磁系统是通过调节励磁电流来控制发电机的磁通，从而控制发电机的输出电压。
励磁系统通常是由稳压器、励磁电流限制器、励磁电源和励磁绕组等部分组成。
稳压器通过对励磁绕组的励磁电压进行控制，控制发电机的输出电压。
三、同步发电机励磁调节模式的分类同步发电机的励磁调节模式主要包括手动调节、自动调节和自动跟踪调节三种模式。
1.手动调节手动调节模式是指操作人员通过手动调节稳压器的设定值，来控制发电机的输出电压。
这种模式需要操作人员具有一定的经验和技术，并且在实际运行中容易出现误操作，影响发电机的稳定运行。
2.自动调节自动调节模式是通过采用PID控制器控制稳压器，根据发电机的输出电压信号和设定值之间的误差来调节稳压器的设定值，从而实现对发电机输出电压的自动调节。
这种模式能够有效提高发电机的稳态性能，并且可以根据实际需要进行参数优化，提高调节的精度和速度。
3.自动跟踪调节自动跟踪调节模式是在自动调节的基础上，加入了对电网频率和无功功率的跟踪控制。
通过对发电机输出的电压和频率进行跟踪调节，从而实现对电网功率因数的控制，保证发电机在并网运行中能够稳定输出所需要的有功功率和无功功率。
四、同步发电机励磁调节模式的应用实例在实际应用中，不同励磁调节模式会根据具体的运行条件和要求进行选择和应用。
1.在小型发电机组中，一般采用手动调节模式，通过操作人员进行手动调节来控制发电机的输出电压，这种模式操作简单，适用于运行较为稳定的情况。
2.在大型发电厂中，通常采用自动调节模式，通过PID控制器来实现发电机输出电压的自动调节，这种模式能够保证发电机在不同的运行状态下都能够保持稳定的输出电压，并且能够进行参数优化，提高调节的精度和速度。
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）
工学微机电力自动装置原理课件第3章同步发电机励磁控制系统.ppt
（1）发电机的有功功率特性（前面已经知道）
PG
EqU X
sin
第3章 指令系统及汇编语言程序设计
以上发电机有功功率公式和其曲线。可知：改变励磁电流的大小，就能改变感电动 势Eq的大小，从尔改变发电机功率角δ的大小。当功率角δ从0度变化到90度时PG 就从0变化到最大Pm值。称为发电机的内角特性。 但是当功率角δ大于90度后， PG就又从最大Pm值往小的方向变化，称为发 电机的外角特性。它带来静态特性不稳定的问题。我们希望功率角δ大于90度后， 提高Pm值，在很宽的范围内维持Pm值的稳定性？ 其办法就是使励磁调节器起作用，改变励磁电流的大小，来达到，见图3-7
第3章 指令系统及汇编语言程序设计
B、 关系说明： 励磁电流IEF增加或减小： 发电机感应电动势Eq也随着增加或减小，
因此发电机的输出电压UG和电流IG 、IP、无功电流IQ、无功功率 PQ 都将改变。
它们的关系可用下式表示：
Eq I EF
Eq c os U G IQ X d
当cos很小时：Eq U G IQ X d
第3章 指令系统及汇编语言程序设计
（4）系统能否处于动态稳定实质上是由励磁电流IEF决 定的。只要增加励磁电流IEF就能使F点上面的阴影面 积大于下面阴影面积，而使系统进入动态稳定。
（1）正常情况下，发电机输出功率为PG0，在图2-8中的a点运行。
（2）电网受干扰后，功率工作点下降到b点，此时转子因有过剩转矩 而加速，使PG上升达到F点。
（3）达到F点后P>PG0转子上出现制动转矩,转子减速.。PG下降，能 否稳定在PG0，处决于F点上下阴影区的面积是否相等。若上面的面积大 于下面的面积系统处于动态稳定，否则系统不能处于动态稳定。
自动装置知识点
《电力系统自动装置原理》知识点杨冠城主编绪论1.电力系统自动装置对发电厂、变电所电气设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。
电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置。
2.电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。
(1)按运行计划将发电机并网运行的操作为正常操作。
(2)电网突然发生事故，为防止事故扩大的紧急操作为反事故操作。
防止电力系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。
3．电力安全装置发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。
自动装置及其数据的采集处理电力系统运行的主要参数是连续的模拟量，而计算机内部参与运算的信号是离散的二进制数字信号，所以，自动装置的首要任务是数据采集和模拟信号的数字化。
1、硬件组成形式从硬件方面看，目前电力系统自动装置的结构形式主要有四种:即微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(Distributed control system——DCS)和现场总线系统(Field bus Control System——FCS)。
2、采样对连续的模拟信号x(t)，按一定的时间间隔T S，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。
采样过程就是一个在时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭(周期为T S，开关闭合时间为τ)采样开关S后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号x S(nT S)。
3、采样定理采样周期T S决定了采样信号的质量和数量： T S太小，会使x S(nT S)的数据剧增，占用大量的内存单元；T S太大，会使模拟信号的某些信息丢失，当将采样后的信号恢复成原来的信号时，就会出现信号失真现象，而失去应有的精度。
因此，选择采样周期必须有一个依据，以保证x S(nT S)能不失真地恢复原信号x(t)。
这个依据就是采样定理。
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。
电力系统自动装置原理简答
第二章 同步发电机的自动并列1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。
（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
2、同步发电机并列操可以采用什么方法？答：可分为准同期并列和自同期并列。
3、什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：调节发电机的电压Ug ，使Ug 与母线电压Ux 相等，满足条件后进行合闸的过程。
特点：并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。
适用场合：由于准同步并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但因为并列时间较长且操作复杂，故不适用紧急情况的发电机并列。
4、为什么准同期并列产生的冲击电流小？答：当电网参数一定时，冲击电流决定于相量差Us ，由于准同期并列操作是并列断路器QF 在满足频率相等幅值相等相角差为零的理想条件下合闸的，虽然不能达到理想的条件，但是实际合闸时相量差Us 的值很小，因此计算出的冲击电流很小。
5、什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率，滑差角频率不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器QF ，接着合上励磁开关开关SE ，给转子加励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
3同步发电机励磁PSS原理
2014/10/11目录1、电力系统稳定概念； 2、电力系统负阻尼概念 3、小干扰稳定和PSS模型； 4、PSS时域试验； 5、结束语。
1.1、电力系统稳定分类过去分类 电力系统稳定分为三个电量的稳定： 电压稳定（电压恒定、无功充裕、否则恶性循环电压崩溃，必须强励） 频率稳定（频率恒定、有功平衡、安稳装置切机、自动减载） 功角稳定（P、Q变化）。
励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。
频 率稳定由调速器负责。
功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。
静态稳定：系统受到小扰动后系统的稳定性（要求稳定余度大、极限功率大）； 暂态稳定：大扰动后系统在随后的1－2个周波内的稳定性（必须继电保护） 动态稳定：微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产 生的稳定性（没有自动装置，就没有动态稳定问题。
要求必须有良好的阻尼和 PSS）。
现在分类：小扰动稳定：静态稳定和动态稳定，前者不采取稳定措施的自我稳定，后 者是自动装置调节过程中产生的稳定问题；大扰动稳定：大扰动全过程的稳定性，需要采取稳定措施。
大扰动前期相 当于暂态稳定，后期是动态稳定。
1.2、静稳和动稳比喻静态稳定：倒着放的圆锥体最差，轻轻一碰就到下，不倒翁的静稳 最合适。
静稳最好静稳最差动态稳定：是指电力 系统受到小的或大的 干扰后，在自动调节 和控制装置的作用下， 保持长过程的运行稳 定性的能力。
蒙着眼睛没有恐高 症，睁着眼睛看悬 崖就会有恐高症， 动态稳定就是因自 动调节所产生。
静稳最合适1.3、AVR提高静态稳定分析随着P增加，AVR为抵消发电机去磁作用 而不断增加励磁电流，也相应增加发电 机功角曲线高度，也就提高了静稳极限经典分析图P3 P2 P1δ1 Eq恒定(励磁 电流恒定)Eq’恒定Ug恒定P1=(EqU/XΣ )Sinδ （手动励磁下的P1不变）P2=(Eq’U/XΣ )Sinδ （在突然扰动过程中的 Eq称为Eq′，尽管励磁处 于自动运行，但是Eq′变 化基本不变。
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。
电力系统自动装置原理-复习题库
10、用于大型发电机组的励磁系统主要是（
A.直流励磁机
B.交流励磁机
C.静止励磁
D.旋转励磁 ） 。
11、励磁调节器由基本控制和辅助控制两大部分组成，属于基本控制的是（ A.电力系统稳定器 C.励磁系统稳定器 B.综合放大单元 D.励磁限制单元 ） 。 D.比例积分调节
12、最简单的励磁调节器的调节方式是（ A.微分调节 B.比例调节
C.比例微分调节
13、三相全控整流桥带大电感负载情况下，控制角为 900 时其直流输出电压波形及其与横坐 标轴围成的面积，具有以下特点（ ） 。
A.波形瞬时值有正有负，正面积比负面积大 B.波形瞬时值有正有负，正负面积相等 C.波形瞬时值都为正 D.波形瞬时值都为负 14、能保证三相半控桥式整流电路输出电压波形连续的触发控制角的范围是（ A.0° ~30° B.0° ~60° C.60° ~120° D.90° ~120° ） 。
8、无刷励磁取消了转子滑环，下面的励磁方式中，属于无刷励磁的是（ A.自并励励磁方式 B.直流励磁机供电的励磁方式 C.交流励磁机经旋转二极管整流的励磁方式 D.交流励磁机经静止二极管整流的励磁方式 9、为提高励磁响应速度，交流主励磁机的频率一般为（ A.50Hz B.100Hz C.400Hz ） 。 ） 。 D.1000Hz
式中符号含义： ψ—磁链， i—电流， u—电压， d—直轴， q—交轴， f—励磁绕组，
已知： I f * 1
ud U cos 0.6 2 2 iq ， r 0, xd 1, xq 0.5 ， ， i 2 id 。 xad* u U sin 0 . 8 q
答：
d 2 id id 0.4 0 2 可得： dt
自动装置原理思考题
复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、基本概念1、并列操作，2、准同期并列，3、自同期并列，4、并列同期点，5、滑差、滑差频率、滑差周期，6、恒定越前相角准同期并列，7、恒定越前时间准同期并列，8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压。
二、思考题1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？2、同步发电机并列操可以采用什么方法？3、什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？4、为什么准同期并列产生的冲击电流小？5、什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？6、为什么自同期并列产生很大的冲击电流？7、滑差、滑差频率、滑差周期有什么关系？8、同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么？实际条件是什么？9、同步发电机自动准同期并列时，不满足并列条件会产生什么后果？为什么？10、说明同步发电机采用自动准同期方式并列时，产生冲击电流的原因，为什么要检查并列合闸时的滑差？11、为什么频率差过大时发电机可能并列不成功？12、合闸脉冲为什么需要导前时间？13、断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑？为什么是恒定导前时间？14、利用正弦整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件？15、利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件？16、如何利用线性整步电压来实现对频差大小的检查？说明工作原理。
17、为什么说实际线性整步电压的最大值、最小值不与相角的零度、180度对应？18、在数字式自动并列装置中，可采用哪几种方法检测频率差？说明各种检测方法的工作原理。
19、在数字式自动并列装置中，可采用哪几种方法检测电压差？说明各种检测方法的工作原理。
20、在数字式自动并列装置中，如何进行相角差的实时检测？说明其工作原理。
21、在自动准同期并列的过程中，（1）滑差角频率为常数，（2）滑差角频率等速变化，（3）滑差角频率的一阶导数等加速变化。
分别代表并列过程中的什么现象？实时相角差又分别如何计算？写出其各种情况下的计算公式。
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。
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。
电力系统自动装置原理思考题及答案
复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、根本概念1、并列操作：电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足平安和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列，这样的操作过程称为并列操作。
2、准同期并列：发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。
3、自同期并列：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。
4、并列同期点：是发电机发电并网的条件。
同期并列点是表示相序一样、电源频率同步、电压一样。
5、滑差、滑差频率、滑差周期：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用fs 表示；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化360°所用的时间。
6、恒定越前相角准同期并列：在Ug和U*两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装置。
7、恒定越前时间准同期并列：在Ug和U*两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。
8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压；线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压。
二、思考题1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：〔1〕并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。
〔2〕发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
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发电机励磁系统的任务
提高并联运行的稳定性
Pm Eq，而Eq值与励磁无关，若调节励磁，则有外功率特性
它使发电机能在大于90度范围的人工稳 定区运行，即可提高发电机输送功率极 限或提高系统的稳定储备。
电力系统 自动装置原理
发电机励磁系统的任务
提高并联运行的稳定性
2 励磁对暂态稳定的影响
电力系统 自动装置原理
1 他励交流励磁机静止整流器励磁系统
交流副励磁机
交流励磁机
交流发电机 G
起励 电源
VSR
滑环
自 励 恒 压 调 节 器
励磁调节器 触发器 可控整流器
电力系统 自动装置原理
放大器
电压检测
调差
2 他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)
永磁副励磁机
旋转元件
N S
交流发电机 G
电力系统 自动装置原理
1 对励磁调节器的要求 系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电 压高低以维持发电机电压在给定水平；静差率 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率； 对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区 域运行，要求励磁调节器没有失灵区； 励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励 磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条 件； 具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变 化。
U(%)
120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30
t(s)
2．为发电机异步运行创造条件 3．提高继电保护装置工作的正确性
电力系统 自动装置原理
发电机励磁系统的任务
（五）水轮发电机强行减磁
当水轮发电机组发生故障突 然跳闸时，由于它的调速系统具 有较大的惯性，不能迅速关闭导 水叶，因而会使转速急剧上升。 如果不采取措施迅速降低发电机 的励磁电流，，则发电机电压有 可能升高到危及定子绝缘的程度， 所以，在这种情况下，要求励磁 自动控制系统能实现强行减磁。
电力系统
同步发电机的励磁系统
电力系统 自动装置原理
一、同步发电机励磁控制系统的任务
电 压 控 制
无 功 分 配
提 高 稳 定
强 行 励 磁
强 行 减 磁
电力系统 自动装置原理
一 发电机励磁系统的任务
（一）电压控制
.
.
UEF GEW UG IG Eq
φ
.
IEF
. .
δ φ
G
. .
IP
G
.
UG
.
三 最小逆变角
电力系统 自动装置原理
三相桥式不可控整流电路
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=270-390 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=330-450 之间 是V6 导通。
电力系统 自动装置原理
t
脉冲控制角=60° e VS1 VS3 VS5 ea eb ec V4 V6 V2
t
ug V Rf
t
uL
电力系统 自动装置原理
t
脉冲控制角=120° e VS1 VS3 VS5 ea eb ec V4 V6 V2 uL
1 Ud 2 3
t
V Rf ug
t
电力系统 自动装置原理
发电机励磁系统的任务
提高并联运行的稳定性
1 励磁对静态稳定的影响
发电机的输出功率为
PG E qU X sin
电力系统 自动装置原理
发电机励磁系统的任务
提高并联运行的稳定性
c
a b
最大可能传输的功率极限为
Pm
同步发电机的功角特性
E qU X
电力系统 自动装置原理
电力系统 自动装置原理
二、对励磁系统的基本要求
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
高度的可靠性 快速性
结构简单，易于维护
足够的阻尼能力
电力系统 自动装置原理
三 对励磁系统的基本要求 励磁调节器: 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。 其基本要求 励磁功率单元: 受励磁调节器控制，并向同步发电机转子 提供励磁电流。 其基本要求
晶闸管整流器
励磁调节器
电力系统 自动装置原理
1 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统
AE
VS
G
滑环
电压起 励元件
自动恒 压元件
AVR
起励电源
电力系统 自动装置原理
2 自励交流励磁机静止整流器励磁系统
AE
VS
G
滑环
电压起 励元件
励磁调节器
起励电源
电力系统 自动装置原理
三 静止励磁系统 (发电机自并励系统)
电力系统 自动装置原理
一 直流励磁机励磁系统（100MW以下） 自励直流励磁机励磁系统
他励直流励磁机励磁系统
按励磁机的励磁绕 组供电方式的不同
电力系统 自动装置原理
1 自励直流励磁机励磁系统
IEE
IR
R
DE
=
IE
G
IAVR
励磁调节器
电力系统 自动装置原理
2 他励直流励磁机励磁系统
IR
PE
ea eb ec
V1
+
V3 V5 Rf
V4 e ea eb
V6 ec
V2 -
t
u
ab ac bc ba ca cb ab ac bc 16 12 32 34 54 56 16 12 32
t
电力系统 自动装置原理
2 输出电压
U
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6 2
e
2 6
a
eb dt dt
电力系统 自动装置原理
2 对励磁功率单元的要求
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。 在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统电 压和本身无功功率的控制。因此，励磁功率单元应具备足够 的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。
具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。从改善电力系统 运行 条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单 元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系 统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的技术指标。
=
IAVR
IEE
DE
=
IE
G
励磁调节器
电力系统 自动装置原理
二、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。 他励交流励磁机静止整流器励磁 他励交流励磁机励磁系统 系统 他励交流励磁机旋转整流器励磁 系统(无刷励磁) 自励交流励磁机静止可控整流器 励磁系统 自励交流励磁机励磁系统 自励交流励磁机静止整流器励磁 系统
6 2
2
6
2 2 E a sin t E a sin t 3
2
6 2 2 E a cost cos t 2 3 2.34E a 1.35E ab
6
电力系统 自动装置原理
Te=0.8S
0.50
0.35 0
0.50
0.2
0.4
0.6
0.8
Te(s)
0.35 0 1 2 3 4
电力系统 自动装置原理
K
发电机励磁系统的任务
（四）强行励磁以改善电力系统运行条件
改善异步电动机的自启动
1 2 3
为异步发电机运行创造条件
提高继电保护工作的准确性
电力系统 自动装置原理
1．改善异步电动机的自起动条件
第三章 同步发电机 励磁自动控制系统
总 述
励磁系统的任务
励磁系统的类型 励磁系统的整流电路 并联机组间无功分配 励磁装置的原理
电力系统 自动装置原理
第一节 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
发电机的励磁电流 励磁自动控制系统构成 G 发电机 励磁调节器
控制同步发 电机的励磁
励磁功率单元
7 6
ea ec dt
6
1 cos 1 cos 2.34E 1.35El 2 2
电力系统 自动装置原理
t
脉冲控制角=180° e
VS1 VS3 VS5
ea ug V Rf V6 V2 uL
t
eb ec
V4
VS G
滑环
电压起 励元件
励磁调节器
起励电源
电力系统 自动装置原理
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
电力系统 自动装置原理
第三节 励磁系统中的整流电路 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
二 整流电路的换流压降及外特性
j IQ xd
.
xd IG
IQ IG
. .
等值电路
Eq
.
.
UG
相量图
Eq U G jI G X d
电力系统 自动装置原理
发电机励磁系统的任务
电压控制
E q cos G U G I Q X d