汽轮发电机励磁系统概述

调差特性的类型：
负调差 无调差 正调差
（2）并联机组间的无功分配 A、当多台发电机端直接并联在一起工作时(有发电机汇流 母线），为了并联机组间能有稳定的无功分配，这些发电 机都必须有正的电压调差且要求调差率为3%～5%； B、若发电机是单元式接线，即它们是通过升压变压器在 高压母线上并联，则要求发电机有负的电压调差，负调差 的作用是部分补偿无功电流在升压变压器上形成的压降， 从而使电厂高压母线电压更加稳定。 U G
•（1）改善异步电动机的自起动条件 •当电网发生短路等故障时，电网电压降低，使大多数用户 的电动机处于制动状态。故障切除后，由于电动机自起动 时需要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过 程，发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复，有 效地改善电动机的运行条件。 •（2）为发电机异步运行创造条件 •同步发电机失去励磁时。需要从系统中吸收大量无功功率， 造成系统电压大幅度下降，严重时甚至危及系统的安全运 行。在此情况下，如果系统中其它发电机组能提供足够的 无功功率，以维持系统电压水平，则失磁的发电机还可以 在一定时间内以异步运行方式维持运行，这不但可以确保 系统安全运行而且有利于机组热力设备的运行。
汽轮发电机励磁系统概述
一、发电机励磁系统的作用 1．电压控制 2．控制无功功率的分配 3．提高同步发电机并列运行的稳定性 4．提高继电保护动作的灵敏度 5．快速灭磁 6．改善电力系统的运行条件

1．电压控制 在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电 压（或升压变压器高压侧电压）在给定水平。电力系统在 正常运行时，负荷总是经常波动的，同步发电机的功率也 就相应变化。当发电机负荷改变时，在发电机空载电势恒 定的情况下（励磁电流不变），发电机端电压会随着负荷 电流的改变而变化。为保证发电机端电压恒定，必须随发 电机负荷电流的大小相应调整发电机的励磁电流。

通讯
YPT SPT FCT LCT IL TB
ADC 信号 调理 滤波 采样 保持
脉冲放大 显 示 键 盘
ROM
CPU
RAM
信号输入 信号输出
隔离 隔离
I/O接口
来自百度文库光字
整流桥
图4-1
微机励磁调节器硬件框图示例
微机励磁调节器硬件示意图
2、微机励磁调节器典型结构模式 （1）微机—模拟双通道调节器框图
•（3）减少重负荷合闸时的电压下降 •重负荷线路合闸（或重合闸）时，电力系统都可能造成大 量无功缺额，系统电压水平将下降。自动励磁调节能减小 这种下降，使电力系统的运行特性得到改善。 •（4）重负荷跳闸时，减少系统电压的上升 •当系统中有重负荷跳闸或发电机发生甩负荷时，自动励磁 调节有助于降低此时可能产生的系统及发电机电压过分升 高。改善电气设备的运行条件。


（1）整流状态（控制角α=0°～90°）
输出电压的平均值
Ud=1.35U2cosα

（2）逆变状态（控制角α=90°～180°）
Ud=1.35U2cosα
2、综合放大单元 综合放大单元对测量等信号起综合和放大作用。为了得 到调节系统良好的静态和动态特性，综合放大环节除了起 放大作用外，还形成一定的控制规律，如PID控制、超前 滞后校正等。此外，有时还须根据要求综合由辅助装置来 的稳定信号、限制信号、补偿信号等其他信号。综合放大 后的控制信号输入到移相触发单元。
3．提高同步发电机并列运行的稳定性 (1)对静态稳定的影响（增大了静态稳定的区间和极限功 率）

P 3 2
具有理想灵敏度和快速性的励磁调节， 能保持发电机端电压恒定的功率特性 具有比较灵敏、快速的励磁调节器，能 Eq 保持恒定
'
P0
1
不调节励磁的功率特性，能 Eq 保持恒定
0
0

90
图3-5 调节励磁对功率特性的影响

三、微机励磁调节器 1．微机励磁调节器的基本工作原理 来自发电机和励磁系统的电流、电压信号经调理滤波后， 送入采样保持和A/D转换电路。CPU控制ADC对被调量 （如发电机机端电压）定时采样，并将采样值与给定值进 行比较，得出偏差信号，根据偏差信号的大小，按一定的 调节规律计算出控制量，经软件移相后由高速输出口或并 行口送出触发脉冲，经脉冲放大后，触发相应的可控硅， 调整励磁电流的大小，形成闭环的微机励磁调节系统。

微机励磁调节器功能原理图
一个完善的励磁调节器，除了具有保持机端电压恒定和 机组间的无功分配外，为了保证机组及电网的安全和稳定 运行，还必须设置完善的保护、限制功能。如： PT断线保护 过励磁限制 强励顶值限制 低（欠）励磁限制 Ｖ／Ｆ限制 误强励保护 空载过压保护 系统电压跟踪 PSS或EOC等。

反应励磁系统强励性能的主要指标有： 励磁顶值电压倍数：常称电压强励倍数，它指在 强行励磁期间励磁功率单元可能提供的最高输出电 压值与发电机额定励磁电压之比。 励磁系统电压响应时间：它指从施加阶跃信号起 至励磁电压达到最大励磁电压与额定电压之差的 95%的时间。

•4．提高继电保护动作的灵敏度 •当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电 流不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较 小，且随时间衰减，以致带时限的继电保护不能正 确工作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机 励磁对发电机进行强励，不仅有利于提高电力系统 稳定性外，还因加大了电力系统的短路电流而使继 电保护的动作灵敏度得到提高。

微机励磁调节器与模拟式励磁调节器构成双通道， 由开关K进行切换。当K切到模拟式调节器时，则 按常规励磁调节方式运行；当K切到微机励磁调节 器时，则按微机励磁调节方式运行。若微机励磁 调节器发生故障，能自动切换到模拟式调节器， 而不影响同步发电机的运行工况，是早期微机励 磁调节器的一种过渡方案。


二、静止自并励励磁系统
F FLQ PT CT ZB
自 动励 磁调 节 器
图3-13 自并激励磁系统接线原理
1、静止励磁系统的功率回路 以三相全控桥式整流电路为例简要介绍。

三相全控桥可以工作在整流状态，也可以工 作在逆变状态。整流状态是在交流电源电压 正半周时，控制可控硅元件使之导通，这是 一种正向变换；逆变状态是在电源电压负半 周时，控制可控硅元件导通，进行反向变换， 此时将直流侧负载电感L中的能量向交流电 源侧反馈，实行“逆变”灭磁。

3、移相触发单元 移相触发单元包括同步、移相脉冲形成和脉冲放大等环 节。移相触发单元根据输入的控制信号的变化，改变输出 到可控硅的触发脉冲相位，即改变控制角α （或称移相 角），从而控制可控硅整流电路的输出，以调节发电机的 励磁电流。为了触发脉冲能可靠地触发可控硅，往往需要 采用脉冲放大环节进行功率放大。 同步信号取自可控硅整流装置的主回路，保证触发脉冲 在可控硅阳极电压为正半周时发出，使主回路与控制脉冲 同步。
(2)对暂态稳定的影响 当高压网络中发生短路，在短路未切除的一个短暂时间内， 同步发电机的端电压和传输的功率都将显著降低，而原动 机的调速器在暂态期间(例如1秒以内)尚来不及动作。这就 要求励磁系统快速地动作，并强行励磁到顶值，使Eq增大， 使传输功率不致过分降低，并使发电机的功率特性曲线的 加速面积减小，制动面积增大，以阻止发电机功率摇摆角δ 过度增大，以利于提高暂态稳定。 另一方面，在系统发生短路期间，具有高顶值电压的快速 励磁系统，能使发电机及时向系统提供大量的无功功率， 使系统电压得到一定程度的提高，这就改善了在系统中的 电动机的运行条件。


U G
发电机特性
I Q X T
发变组特性
~
~
I Q

发电机并联运行时的变动无功功率分配：
Q1N Q2 N = Q1N Q2 N +
1
2
Q1 Q2 U = UN Q1N Q2 N U Q1 Q1N U N 1 U Q2 Q2 N U N 2
•5．快速灭磁 •当发电机或升压变压器（采用单元式接线）内部 故障时，为了降低故障所造成的损害，要求这时发 电机能快速灭磁。 •此外，当机组甩负荷时，发电机机端电压会异常 升高，因此，甩负荷可能造成发电机严重过压。为 防止发电机机端电压过份升高危及定子绝缘的程度， 也要求励磁系统有快速灭磁能力。
•5．改善电力系统的运行条件

2．控制无功功率的分配 在发电机并入无穷大电网运行的情况下，调节励磁电流将 改变发电机输出的无功。 实际运行中，发电机并联运行的母线不会是无穷大母线， 这时改变励磁将会使发电机的端电压和输出无功都发生改 变。但一般来说，发电机的端电压变化较小，而输出的无 功却会有较大的变化。保证并联运行的发电机组间合理的 无功分配，是励磁系统的重要功能。 （1）发电机端电压调差率 端电压调差是指在自动励磁调节器调差单元投入，电压给 定值固定，发电机功率因数为零的情况下，发电机的无功 负载从零变化到额定值时，用发电机端电压百分数表示的 发电机端电压变化率 ，通常由下式计算：
（2）完全微机型 这是目前中小型机组广泛采用的一种形式。


（3）双通道微机型
本方式中设置了两套微机励磁调节器，两套微机 励磁调节器采用并联运行方式或平时一套微机励 磁调节器运行、另一套处于热备用，双机之间可 手动或自动切换。这种方案提高了微机励磁调节 器运行的可靠性，在大中型机组的励磁系统中得 到了广泛应用。