发电机励磁原理(1).

励磁控制系统
Blockdiagramm according IEEE
励磁系统新科技
现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁； 发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流励磁；
励磁控制系统新科技
现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控 制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学 ） 。
全控桥与半控桥
全控桥：
整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定 If线性衰减 灭磁快
半控桥：
整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流 Uf＝0 If非线性衰减 灭磁慢 续流二极管
三相全控桥电路要点
1234561234561234……
SCR导通顺序： 整流状态
•交流变直流，能量供给 •00<a<900 •Ud>0
电力系统励磁控制发展过程：

PID 控制；
PSS 控制
线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
逆变状态
•直流变交流，能量反送
•900<a<1500 (1800-0) •Ud<0
Ud=1.35U2cosa I2＝0.816Id
三相全控桥实际电路波形
因电感引起换弧角 带来的过电压尖峰， 逆变颠覆 实际电路器件介绍： 快熔、阻容、分流器、 表记、均流、开关、 脉冲变等
同步发电机励磁的作用
1. 从发电厂角度学习励磁（励磁技术初级）
同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小） 电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等 PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性 可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲 可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉冲、脉宽调制
开关励磁
可控硅励磁原理
三相全控桥电路 α=00:强励状态，AC变DC α=α0:整流状态，AC变DC α=1500:逆变状态，DC变AC
Excitation励磁
功角含义（电气量与空间量）、静稳极 限Pmax、系统稳定余度（Pmax/P）、 功角范围（机组小于系统）
励磁重要概念
Synchronous Machine Regulator
Exciter
Synchronous Machine
Power System
励磁系统
Excitation System Excitation Control System
调节发电机电压（空载） 调节发电机无功功率（负载） 多台发电机无功功率分配（调差） 安全可Байду номын сангаас运行（关键） 2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级） 提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）

励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁

PID励磁控制理念
ΔVG 如K=100 ΔVG
K
控制

1 K
20
80 1 5s
80 G ( s ) 20 1 5s 1 s 100 1 5s
励磁机他励与自并励
Output of Excitation System
Potential Transformers Current Transformers
E=4.44fNΦ
4.44:有效值系数 F:励磁条件与影响 N:机端电压影响 Φ :与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
励磁的基本任务
Governor调速
Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug） G
发电机励磁系统原理（1）
三峡电厂陈小明 Chen_xiaoming@cypc.com.cn
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
水轮发电厂转子
n=60f/P 励磁绕组（d轴） 阻尼绕组（d轴、 q轴）
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
Uf , I f
<
UE , I E
AVR
自并励励磁系统 IGBT
Generator
Main Exciter
For Example 400 V AC
110 V DC
Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等； 自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措 施保证强励能力。
自幷励
静止
有刷励磁
静止
无刷励磁系统
旋转
自并励磁系统
励磁装置就是提 供发电机磁场电流 的装置，包括所有 调节与控制元件， 还有磁场放电或灭 磁装置及保护装置

励磁控制系统是 包括控制对象的反 馈控制系统

整流器输入开关 的定义：灭磁开关 &隔离开关：按是 否投灭磁电阻而定

现代励磁基础

三峡电厂右岸励磁系统
THYRIPOL
完全柔性制动系统
调 节 器
辅助 控制 柜
整流柜（功率柜） 制动整流柜 （柔性制动）
直流灭磁 开关柜 S101
灭磁 电阻柜
S106+S107
直流励磁机系统（开关励磁）
FMK * L FLQ F CT PT Rc LLQ
同轴
自动励磁调节器
开关式励磁调节器的优点是： 结构紧凑，体积小，且励磁电 源可靠，不受电力系统电压波 动的影响。另外，不存在可控 整流桥的触发同步问题，控制 简便，运行可靠性高。
励磁系统的组成与分类
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
交流励磁机系统（三机它励）
同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同
轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡