大型交流发电机励磁系统

二. 發電機勵磁控制系統的任務
• • • 1．電壓控制 在發電機正常運行工況下，勵磁系統應維持發電機端電壓（或升壓變壓器 高壓側電壓）在給定水準。 相關指標： 調壓精度：是指在自動勵磁調節器投入運行，調差單元退出，電壓給定 值不進行人工調整的情況下，發電機負載從零變化到視在功率額定值以 及環境溫度、頻率、電源電壓波動等在規定的範圍內變化時，所引起的 發電機端電壓的最大變化，常用發電機額定電壓的百分數表示。 發電機調壓靜差率： 調壓靜壓率定義為自動勵磁調節器的調差單元退出，電壓給定值不變， 負載從額定視在功率減小到零時發電機端電壓變化率，它可由下式計算：
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图3-5 调节励磁对功率特性的影响
二. 發電機勵磁控制系統的任務
• 4．提高繼電保護動作的靈敏度 當系統處於低負荷運行狀態時，發電機的勵磁電 流不大，若系統此時發生短路故障，其短路電流 較小，且隨時間衰減，以致帶時限的繼電保護不 能正確工作。勵磁自動控制系統就可以通過調節 發電機勵磁對發電機進行強勵，不僅有利於提高 電力系統穩定性外，還因加大了電力系統的短路 電流而使繼電保護的動作靈敏度得到提高。
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二. 發電機勵磁控制系統的任務
• 2. 控制無功功率的分配 當發電機併入電力系統運行時，它輸出的有功決定於從原動機輸入的功率，而發電機 輸出的無功則和勵磁電流有關。在發電機併入無窮大電網運行的情況下，調節勵磁電 流將改變發電機輸出的無功。 實際運行中，發電機並聯運行的母線不會是無窮大母線， 這時改變勵磁將會使發電機的端電壓和輸出無功都發生改變。但一般來說，發電機的 端電壓變化較小，而輸出的無功卻會有較大的變化。保證並聯運行的發電機組間合理 的無功分配，是勵磁系統的重要功能。 在研究並聯運行發電機組間的無功分配問題時所涉及的主要概念之一是發電機端電壓 調差率。所謂發電機端電壓調差率是指在自動勵磁調節器調差單元投入，電壓給定值 固定，發電機功率因數為零的情況下，發電機的無功負載從零變化到額定值時，用發 電機端電壓百分數表示的發電機端電壓變化率，通常由下式計算：
二. 發電機勵磁控制系統的任務
• 5．快速滅磁 當發電機或升壓變壓器（採用單元式接線）內部故障時，為了降低故障所造成 的損害，要求這時發電機能快速滅磁。此外，當機組甩負荷時，發電機機端 電壓會異常升高，對於水輪發電機尤其如此，當水輪發電機發生甩負荷時， 由於機組慣性時間常數較大，發電機會產生較嚴重的過速，對採用同軸勵磁 機的發電機來說，它的端電壓正比於轉速的三次甚至四次方。因此，甩負荷 可能造成發電機嚴重過壓。為防止發電機機端電壓過份升高危及定子絕緣的 程度，也要求勵磁系統有快速滅磁能力。
三．對勵磁系統的基本要求
• 1．對勵磁功率單元的要求 • （1 ）．要求勵磁功率單元有足夠的可靠性並具有一定的調節容量。 在電力系統運行中，發電機依靠勵磁電流的變化進行系統電壓和本身 無功功率的控制。因此，勵磁功率單元應具備足夠的調節容量，並留 有一定的裕量，以適應電力系統中各種運行工況的要求。 • （2）．具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。前面已經提到， 從改善電力系統運行條件和提高電力系統暫態穩定性來說，希望勵磁 功率單元具有較大的強勵能力和快速的回應能力。因此，在勵磁系統 中勵磁頂值電壓和電壓上升速度是兩項重要的技術指標。
三．對勵磁系統的基本要求
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2．對勵磁調節器的要求
（1）系統正常運行時，勵磁調節器應能反映發電機電壓高低以維持發電機電壓在給定水準，並有足夠的電壓調節範圍。 （2）勵磁調節器應能合理分配機組的無功功率，為此，勵磁調節器應保證同步發電機端電壓調差率可以在下列範圍內進行調整：半導體型 的為±10％；電磁型的為±5％。並能隨系統的要求而改變。 （3）對遠距離輸電的發電機組，為了能在人工穩定區域運行，要求勵磁調節器沒有失靈區。 （4）勵磁調節器應能迅速反應系統故障，具備強行勵磁等控制功能以提高暫態穩定和改善系統運行條件。 （5）具有較小的時間常數，能迅速回應輸入資訊的變化。 （6）勵磁調節器應具有高度的可靠性，並且運行穩定。這在電路設計、元件選擇和裝配工藝等方面應採取相應的措施。 （7）勵磁調節器應具有良好的靜態特性和動態特性。 （8）勵磁調節器的時間常數應盡可能小，回應速度快。
發電機勵磁系統
一. 勵磁系統構成
同步發電機的勵磁系統勵磁系統一般由兩部分構成： 第一部分是勵磁功率單元，它向同步發電機的勵磁繞組提供直流勵 磁電流，以建立直流磁場； 第二部分是勵磁控制部分，這一部分包括勵磁調節器、強行勵磁、 強行減磁和滅磁等，它根據發電機的運行狀態，自動調節功率單元輸 出的勵磁電流，以滿足發電機運行的要求。整個自動控制勵磁系統是 由勵磁調節器，勵磁功率單元和發電機構成的一個回饋控制系統。
二. 發電機勵磁控制系統的任務
• 6．改善電力系統的運行條件 前面已談到，維持發電機端電壓的恒定有利於維持電力系統的電壓水 準。當電力系統由於種種原因，出現短時低電壓時，勵磁自動控制系 統可以發揮其調節功能，即大幅度地增加勵磁以提高系統電壓。從而 可以改善電力系統的運行條件。 （1）．改善非同步電動機的自起動條件 （2）．為發電機非同步運行創造條件 （3）．減少重負荷合閘時的電壓下降 （4）．重負荷跳閘時，減少系統電壓的上升
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二. 發電機勵磁控制系統的任務
• • 3．提高同步發電機並列運行的穩定性 暫態穩定是指電力系統在受到大擾動，例如高壓輸電網絡中發生短路，或一臺主要發 電機被切除，此時系統將發生較強烈的振盪，一些同步發電機也可能失步。這種情況 下的穩定問題，即在大幹擾作用後系統能否在新的平衡狀況下穩定工作，稱為暫態穩 定問題。 擾動的另一種形式是負荷隨機地發生小的變化，即所謂小干擾。同步發電機在小干擾 下的穩定問題,稱為靜態穩定問題。 動態穩定則是指電力系統受干擾後（包括小干擾和大幹擾），在考慮了各種自動控制 裝置的作用情況下，長時間的穩定性問題。 （阻尼問題） 勵磁調節可有效地提高電力系統的靜態穩定性，並 在一定程度上改善暫態穩定性（提高強勵頂值倍數） ，但可能引入負阻尼，引發低頻振盪。 P