励磁系统基本原理知识讲解

Pe/ΔPe 、 Δδ
快速励磁及较高的强励倍数，可以提高电力系统暂态稳定极限。
• 第一位的措施是继电保护正确、快速动作，如0.1s内切除近端故障。 • 在0.1s内各种励磁系统作用没有明显差别。 • 故障切除后，快速励磁及较高的强励倍数，可以提高系统暂态稳定极
限，有利于暂态稳定的恢复。
采用可靠性高、控制性能强的励磁系统， 是保证发电机安全稳定运行并提高电力系 统稳定性的经济而有效的措施。
稳定性（励磁PSS问题）。
功角稳定比喻
• 碗中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果 这个碗的高度很矮，像一个盘子，该球就有可能从碗中掉下来。此时，我 们就说这个系统静稳不足。提高碗的高度最经济的办法就是采用自动电压 调节器。
• 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快 速的继电保护。继保的作用就相当于减少这个外部力量的作用时间，继保 越快，外力的作用时间就越短，这个球就不会一下子掉下来。自动电压调 节器此时作用相当于自动改变这个碗的坡度，当这个球上升时增加坡度， 当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。
• 如果这个碗和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中来回滚动时间 就很长，特别是，如果这个扰动的外力不断的来回施加，就比如我们不断 的荡秋千，这个球就永远不停的来回滚动甚至掉下来，我们就说这个系统 的动态稳定性差。这里的摩擦阻力相当于电力系统的阻尼，这个来回不断 施加的外部力量就相当于自动电压调节器产生的负阻尼。一般来说，自动 电压调节器在电力系统的动态稳定中起坏作用，产生负阻尼，使整个系统 阻尼减少。当我们在自动电压调节器中增添PSS装置，PSS就把自动电压 调节器原来所产生的负阻尼变为正阻尼，相当于增加碗和球的摩擦系数， 使球的滚动幅度快速减小，于是这个系统的动态稳定性就满足要求。
电气功率Pe
由励磁系统引起的附加电磁
ΔTE
转矩，包含同步转矩ΔTs和阻尼
转矩ΔTD两个分量。当发电机
采用高放大倍数、快速励磁系
统时，阻尼转矩可能会出现负
值（如图中的ΔTD′），引起发
电机阻尼不足，当系统发生扰
动时造成发电机低频振荡。
ΔTs
Pe/ΔPe、Δδ
负阻尼区
ΔTD′
ΔTE′
PSS的原理
• 在发电机的励磁控制系统中，采用ΔPe、Δω、Δf等一个或几个信号， 经适当放大、相位补偿后作为励磁附加反馈控制，可以增加电力系统 的正阻尼，从而阻尼电力系统功率振荡，这种用于增加电力系统正阻 尼的附加励磁控制装置称为电力系统稳定器（Power System Stabilizer，简称PSS）。它不降低励磁系统电压调节环的增益，不影 响励磁控制系统的暂态性能，而对抑制电力系统低频振荡效果显著。 PSS在国内外都得到了广泛应用。
二、励磁系统的几种主要类型
励磁系统的组成： 自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类： 直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 无刷励磁系统 自并励励磁系统 按响应速度分类： 慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
定。频率稳定由调速器调节。 • 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。 • 静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性（稳定余度问题、极限功率问
题、发电机的能力问题）； • 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；（安稳装置切机
问题、继电保护问题） • 动态稳定是小扰动后或者是大扰动1－2周波后的，并且采取技术措施后的
• 因此，通过PSS实现的主要目标就是：获得一个附加的电磁力矩，
在电力系统低频振荡区（0.1～2.0Hz）内使该力矩向量对应Δω轴在
超前10º~滞后45º以内，并使本机振荡频率下的力矩向量对应Δω轴
在0º~滞后30º以内，以尽可能的提供较大的正阻尼力矩，抑制低频
振荡。
Δ
w
附加电磁力矩的 相位
Pm 、 ΔPa
三、自并励励磁系统的基本构成
自并励励磁系统是当今主流励磁系统。已在大、中 型发电机组中普遍采用。其主要技术特点： 接线简单、结构紧凑； 取消励磁机，发电机组长度缩短，减小轴系振动，节 约成本； 典型的快速励磁系统； 调节性能优越，通过附加PSS控制可以有效提高电力系 统稳定性。
3.1 自并励励磁系统的主要组成部分
电力系统稳定器（PSS）可以增加电力系统正阻尼，用于抑制电
。 力系统低频振荡 Δω
发电机电气功率 Pe/ΔPe、机械功 率Pm、加速功率 ΔPa、同步转矩 ΔTs、阻尼转矩 ΔTD、电磁转矩 ΔTE、转子角Δδ、 转子角速度Δω的 正方向相位关系如 下图所示：
Pm、ΔPa
ΔTD
正阻尼区
加速功率ΔPa＝机械功率Pm－
3.2 励磁变压器
• 将高电压隔离并转换为适当的低电压，供整流器使用。一 般接线组别：Y/d-11。
• 励磁变的额定容量要满足发电机1.1倍额定励磁电流的要 求。
• 励磁变的二次电压的大小要满足励磁系统强励的要求。 • 励磁变的绝缘等级：F级或H级。 • 励磁变的额定最大温升：80K或100K。
3.3 可控硅整流桥
可控硅整流桥一般采用三相全控可控硅整流桥的方 式，实现把交流电转换为可控的直流电的主要任务，给发Leabharlann Baidu电机提供各种运行状况下所需要的励磁电流。
在并列运行的发电机间合理分配无功功率 提高电力系统的运行稳定性
PM
U2 X
电力系统稳定简介
• 电力系统稳定分为三个电量的稳定： • 电压稳定（励磁、无功平衡、电压崩溃、人工干预：增加Q） • 频率稳定（调速、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
励磁系统基本原理
尹志丰 2016.06.21
一、励磁系统的基本作用
励磁的基本概念
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
E=4.44fNΦ
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
基本作用
建立发电机机端电压：电磁感应原理 最主要功能：维持发电机机端电压恒定、稳定
交流输电系统的输送功率极限公式：