同步发电机励磁自动控制系统(1)
第二章同步发电机励磁自动控制系统
接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制 系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量 的要求。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq sin constant
发电机励磁电流的变化改变了机组 的无功功率和功率角的大小。
调节与无限大母线并联运行的机组的励磁 电流可以改变发电机无功功率的数值。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流 IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电 机励磁电流的手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节， 从而实现对发电机励磁电流的自动调节。
2 他励直流励磁机励磁系统
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 = EGUGsinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。
X dA．U G sinδ；B．E Gsinδ；C．1 X d⋅sinδ；D．sinδ。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
同步发电机励磁控制系统
预测控制是一种基于模型的控制方法，能够根据系统的历史数据和当前状态预测 未来的行为，实现更精确的控制。
环保与节能要求对励磁控制系统的影响
能效要求
随着能源危机和环保意识的提高，励磁控制系统需要更加注重能效，采用更高效的电机 和节能控制策略，降低能源消耗和排放。
排放要求
励磁控制系统需要符合更严格的排放标准，采用环保型的电机和控制策略，减少对环境 的污染。
转子过电流保护装置
作用
转子过电流保护装置用于监测同 步发电机转子电流，当出现异常 过电流时，及时切断励磁电流， 防止转子烧毁。
工作原理
转子过电流保护装置通过电流传 感器实时监测转子电流，当检测 到过电流时，触发保护动作，快 速切断励磁电流。
组成
转子过电流保护装置由电流传感 器、比较电路和开关器件等部分 组成，各部分协同工作实现转子 过电流保护功能。
根据励磁调节器的控制指令，输出励 磁电流给发电机励磁绕组。
励磁控制系统的功能
电压控制
通过调节励磁电流，维 持发电机端电压在给定
水平。
无功功率调节
根据系统无功需求，调 节励磁电流以改变发电
机无功功率的输出。
增磁与减磁
通过增加或减少励磁电 流来改变发电机的输出
电压。
保护功能
在异常情况下，自动采 取措施保护发电机和励
THANKS
谢谢
Байду номын сангаас
磁系统。
02
CHAPTER
励磁控制系统的主要设备
励磁调节器
作用
励磁调节器是励磁控制系统的核 心，用于调节同步发电机的励磁 电流，以控制机组的无功输出和
电压水平。
工作原理
励磁调节器通过采集发电机电压、 电流等信号，经过运算处理后，输 出控制信号给功率整流器，以调节 励磁电流。
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。
同步发电机励磁自动控制系统1讲课文档
1 静态不稳定性 2 动态不稳定性 3 暂态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步）
1974年美国学者拜金 利及金巴克主编论文
大小扰动引起的振荡失步
集《大规模电力系统
稳定性》
大扰动后发电机在第一摇摆失步
静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE电力系统分会的冬季会议上重新对电力系统稳定性进行定 义
North China Electric Power University
11
电力系统稳定性的定义与分类
2004年8月，IEEE发表了CIGRE第38委员会与IEEE系统动态行为委员会 联合小组制定的电力系统稳定性分类及定义
电力系统稳定性
功角稳定性 频率稳定性 电压稳定性
小干扰功角 稳定性
大干扰功角 稳定性
1 静态稳定性/小扰动稳定性
所加干扰足够小，可以用系统的线 性化方程来描述系统过渡过程
当系统受到小的干扰后，系统会达到与受干扰前相同或接近的运行状态
2 暂态稳定性/大扰动稳定性
所加的干扰使得不能用系统的线性化方程 来描述系统过渡过程
2第0112页2，/共22/82页1。
当系统遭受到干扰后，系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态
静态稳定性——小扰动稳定性 暂态稳定性——大扰动稳定性 动态稳定性
动态稳定性 —— 电力系统受到小扰动时，考虑调节 器及元件动态，并分析它在暂态过程后能否趋于或者 接近原来稳定工况的能力。
2第1062页，2共/228/页2。1 North China Electric Power University
大干扰电压稳定性
小干扰电压稳定性
系统在大干扰后维持可接受稳态电压的能力 系统在小干扰后维持可接受稳态电压的能力
同步发电机励磁自动控制系统常见控制方法
同步发电机励磁自动控制系统常见控制方法同步发电机励磁自动控制系统是电力系统中非常重要的一部分，它的主要作用是保证发电机运行在额定电压下，以及在负载变化时能够快速、稳定地调整励磁电流，以维持系统的稳定性和可靠性。
在电力系统中，同步发电机的励磁自动控制系统需要采用一定的控制方法，以满足系统的控制需求。
下面我将介绍一些常见的控制方法，以及它们的特点和应用范围。
1. PID控制PID控制是一种经典的控制方法，它通过比例、积分和微分三个部分的组合来实现对系统的控制。
在同步发电机励磁自动控制系统中，PID 控制常常被用于对励磁电流进行调节。
比例控制部分可以根据误差的大小来调整控制量；积分控制部分可以消除静差，提高系统的稳定性；微分控制部分可以提高系统的动态响应能力。
PID控制方法简单易实现，在实际应用中得到了广泛的应用。
2. 模糊控制模糊控制是一种基于人类的直觉和经验来设计控制规则的控制方法，它可以处理非线性和模糊系统，并且对于控制对象参数变化和负载变化时有很好的鲁棒性。
在同步发电机励磁自动控制系统中，模糊控制方法可以根据系统的运行状态和负载变化情况，调整励磁电流，以满足系统的控制要求。
3. 智能控制智能控制是一种基于人工智能理论来设计控制算法的控制方法，它可以根据系统的运行状态和负载变化情况，自动调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
在同步发电机励磁自动控制系统中，智能控制方法可以根据系统的运行状态和负载变化情况，自动调整励磁电流，以保持发电机的稳定运行。
总结回顾在同步发电机励磁自动控制系统中，PID控制、模糊控制和智能控制是常见的控制方法，它们分别具有不同的特点和适用范围。
在实际应用中，可以根据系统的具体要求和性能指标，选择合适的控制方法来实现对同步发电机励磁系统的自动控制。
个人观点和理解对于同步发电机励磁自动控制系统，我认为控制方法的选择应该充分考虑到系统的稳定性、响应速度和鲁棒性。
在实际应用中，需要根据系统的具体要求和性能指标，选择合适的控制方法，以实现对同步发电机励磁系统的精密控制。
电力系统自动装置原理三同步发电机励磁自动控制系统PPT课件
ub
uc
O t1
t
ud2
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
ud
uab uac ubc uba uca ucb uab uac
O
t
id
O
t
ia
O
t
电路带阻感负载a =30时的波形
电力系统 自动装置原理
*自动调节励磁装置
1．硬件构成 变送器；同步电压检测电路；输入、输出通道电路；主机
电力系统 自动装置原理
*自动调节励磁装置
2．软件功能 @多种励磁限制。 @电压互感器断线检测及保护。 @手动/自动运行方式的相互跟踪。 @独立的后备通道，自动跟踪工作通道， 切换无波动。 @励磁系统（包括调节器）出现失磁、失 控故障或软件连续几次出轨而自复归无 效时，自动切换到备用通道工作。 @软件具有自诊断、自恢复功能。
id
a
负 b c载
ud
VT4 VT6 VT2 d2
UAV =1.35Up-pcosα =2.34 UPcosα
三相全控桥式整流电路在 0°<α﹤90°时，处于整流工作 状态，改变α角，可以调节发电 机励磁电流; 在90°<α< 180° 时，电路处于逆变工作状态，可 以实现对发电机的自动灭磁。
ud1 = 30°ua
电力系统 自动装置原理
二、对励磁系统的要求
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 结构简单，易于维护 足够的阻尼能力
高度的可靠性 快速性
电力系统 自动装置原理
自动调节励磁系统的基本构成
Ie.G. GLE
励磁功率
G
单元
~
自动调节励磁 装置AER
TA
.
UG
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）
电力系统自动化考试最全复习题
电力系统自动化考试最全复习题电力系统自动化考试复题一、填空题1、同步发电机的并列方法可分为准同期并列和自同期并列两种。
2、脉动电压含有同期合闸所需的所有信息：电压幅值差、频率差和合闸相角差。
对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实行控制的重要内容之一。
3、同步发电机励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。
4、整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元、发电机构成的一个反馈控制系统。
5，发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关。
6，与无限大容量母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
7，同步发电机的励磁自动控制系统还负担着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。
8，电力系统的稳定分为静态稳定和暂态稳定两类。
9，发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角δ值的大小。
交流主励磁机的频率机，其频率都大于50Hz，一般主励磁机为100Hz，有实验用300Hz以上。
10，他励交流励磁机系统的主副励磁机的频率都大于50Hz，只励磁机的频率为100Hz，副励磁机的频率一般为500Hz,以组成快速的励磁系统。
其励磁绕组由本机电压经晶闸管整流后供电。
11，静止励磁系统，由机端励磁变压器供电给整流器电源，经三相全控整流桥直接控制发电机的励磁。
12，交流励磁体系中，假如采用了晶闸管整流桥向转子供应励磁电流时，就能够考虑用晶闸管的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。
13，交流励磁体系中，要保证逆变过程不致“颠覆”，逆变角β一般取为40°，即α取140°，并有使β不小于30°的限制元件。
14，励磁调节器根本的控制由丈量比力，综合放大，移相触发单位组成。
15，综合放大单位是沟通丈量比力单位与移相触发单位的一其中间单位。
16，输入控制信号按性质分为：被调量控制量（基本控制量），反馈控制量（为改善控制系统动态性能的辅助控制），限制控制量（按发电机运行工况要求的特殊限制量）。
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。
同步发电机励磁自动控制
1.电压控制 电力系统正常运行时，负荷总是经常波动，为了满足负荷变化的需求，
同步发电机的功率也要相应地变化，电压也就跟着发生变化。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要 求
要保证电力系统电压在允许范围内，需对励磁电流进行调节，使系统发 电机极端或某一点的电压在给定的范围。电力系统电压控制的首要任务 是控制电力系统中各种无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在 额定值附近;其次是控制电力系统各节点电压在允许范围之内。
电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭受大扰动 后，能否过渡到一个新的稳定运行状态或者恢复到原来运行状态的能力。
电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢 复到原来运行状态的能力。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要 求
态。 提高同步发电机的强励能力，即提高励磁顶值电压和励磁电压的上升速
度，是提高电力系统暂态稳定性的最经济、最有效的手段之一。 4.改善电力系统的运行条件
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要 求
当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，发电机的励磁自动控制 系统可发挥其调节功能，即大幅度地快速增加励磁电流以提高系统电压 来改善系统运行条件。
一般δ值很小，可近似认为 发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。 2.合理分配并联运行发电机间的无功功率 现代电力系统是由许多发电厂、变电所及线路组成的庞大而复杂的系统，
系统中的有功功率电源是各类发电厂中的发电机;无功功率电源除发电机 外，还有电容器、调相机及静止补偿器等，为了保证整个系统的电压质 量和无功潮流的合理分配，将它们分散设置在各变电所中。
电力系统自动装置原理-第04章_同步发电机励磁自动控制系统的动态特性(1-2)
• 分离角和汇合角恒等于90。
29
根轨迹的渐近线
• 若开环有限极点数n >开环有限零点数m，则将有 nm条根轨迹分支沿着渐近线伸向无穷远处。渐近
线与实轴的交点和交角分别为：
交点
n
m
pj zi
a j1
i1 (n m)
交角 = (2k+1) /(nm) ( k = 0, 1, 2, nm1 )
第四章 同步发电机励磁自动控制系统的动态特性
1
第1节 概述
一、同步发电机励磁自动控制系统动态特性应满足 的基本要求
二、同步发电机励磁自动控制系统的动态特性指标
2
动态特性应满足的基本要求
①控制系统应能稳定运行（自身空载和带载情况下稳 定运行、对电力系统的稳定运行具有积极作用或负 面影响较弱不致影响电力系统的稳定运行）；
②动态特性要良好。
3
动态特性指标
①励磁电压响应比：励磁电压在最初0.5秒内上升的平均速率。
②由励磁电压响应曲线定义的指标：发电机空载、额定转速条 件下，突然加入励磁使发电机端电压从零升至额定值时的时间
响应曲线的上升时间（tr）、超调量（p）和调整时间（ts）可
以作为动态特性指标 。
上升时间（tr）：由稳态值的10%上升到90%（或5%至95%或 0%至100%）的时间 。通常，对欠阻尼二阶系统，取0%至 100%；对过阻尼二阶系统， 取10%至90% 。
19
第3节 励磁自动控制系统的稳定性
一、概念回顾 二、励磁控制系统空载稳定性分析 三、励磁控制系统空载稳定性的改善
20
概念回顾
1．基本概念 ①控制理论分类 ②古典控制论的分析方法 ③根轨迹的定义 ④根轨迹的求取方法 2．根轨迹的直接作法（设以开环放大倍数K为参变量） 作图规则包括：
《同步电机励磁控制》课件
功率整流器
将交流电源转换为直流电源，为同步 电机提供励磁电流。
同步电机励磁控制的软件实现
控制算法
根据电机运行状态和输入信号，通过控制算法计算出励磁电流的 调节量，实现对同步电机励磁电流的精确控制。
数字信号处理器（DSP）
利用高速运算能力，实现对控制算法的实时处理和输出控制信号。
人机界面
提供操作界面，方便用户对同步电机励磁控制系统的参数进行设置 和监控。
反馈元件检测同步电机转子励 磁电流和电压，并将其反馈到 励磁调节器，以实现闭环控制 。
同步电机励磁控制系统的分类
按控制方式分类
可以分为模拟式和数字式两种类型。模拟式励磁控制系统采用模拟电路实现控 制，而数字式励磁控制系统采用数字信号处理器（DSP）或可编程控制器（ PLC）实现控制。
按调节器主电路形式分类
在风力发电系统中的应用
提高风能利用率
励磁控制能够调节风力发电机的 无功功率输出，从而提高风能的
利用率。
减小谐波影响
励磁控制能够减小风力发电机产生 的谐波电流，提高电能质量。
增强并网能力
通过励磁控制，可以增强风力发电 机的并网能力，提高风电场的运行 稳定性。
在船舶推进系统中的应用
提高推进效率
励磁控制能够调节船舶推进电机 的功率输出，从而提高推进效率
模糊控制
将模糊逻辑应用于励磁控制，处理不确定性和非线性问题。
智能传感器与执行器的应用
智能传感器
采用高精度、高可靠性的传感器 ，实时监测励磁电流和电压，提 高控制精度。
智能执行器
采用电力电子技术和微处理器， 实现快速、准确的励磁电流调节 。
网络化与分布式励磁控制
网络化控制
通过工业以太网或现场总线技术，实 现多台电机之间的信息共享和协同控 制。
同步发电机励磁自动控制系统
同步发电机励磁自动控制系统在现代电力系统中，同步发电机励磁自动控制系统扮演着至关重要的角色。
它如同电力生产的“智慧大脑”，时刻精准调控着发电机的运行状态，确保电力的稳定供应和优质输出。
要理解同步发电机励磁自动控制系统，首先得明白励磁是什么。
简单来说，励磁就是给同步发电机的转子提供直流电流，从而在转子周围产生磁场。
这个磁场与定子绕组相互作用，就能产生电能。
而励磁自动控制系统呢，就是能够根据电力系统的运行状况和需求，自动调整这个励磁电流的大小和方向，从而实现对发电机输出电压、无功功率等重要参数的控制。
那么，为什么需要这样一个自动控制系统呢？这是因为电力系统的运行状态是时刻变化的。
比如，当系统中的负载突然增加时，如果不及时调整励磁电流，发电机的输出电压就会下降，可能导致电力质量下降，甚至影响到用电设备的正常运行。
反之，当负载突然减少时，若不加以控制，输出电压又会升高，可能损坏设备。
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发电机转子提供直流励磁电流，它就像是“动力源”，要保证有足够的能量和稳定的输出。
而励磁调节器则是整个系统的“指挥中心”，通过采集发电机的各种运行参数，如端电压、定子电流、无功功率等，然后按照预定的控制规律进行计算和分析，最终输出控制信号来调节励磁功率单元的输出。
在实际运行中，励磁自动控制系统有着多种控制方式。
其中，恒机端电压控制是最为常见的一种。
它的目标是保持发电机端电压恒定，无论系统中的负载如何变化。
通过不断监测端电压，并与设定的电压值进行比较，然后调整励磁电流，从而使端电压始终稳定在设定值附近。
这种控制方式能够有效地保证电力质量，满足用户对电压稳定性的要求。
另一种常见的控制方式是恒无功功率控制。
在某些情况下，电力系统需要发电机输出特定的无功功率，以维持系统的电压水平和功率因数。
此时，励磁自动控制系统就会根据无功功率的设定值来调整励磁电流，确保发电机输出的无功功率符合要求。
第二章同步发电机励磁自动控制系统（习题及答案）
第二章同步发电机励磁自动控制系统（习题及答案）第二章作业习题1、同步发电机励磁自动调节的作用是什么？（1）电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平；（2）在并列运行发电机之间，合理分配机组间的无功负荷；（3）提高发电机静稳定极限。
（4）提高系统的动态稳定；（5）限制发电机突然卸载时电压上升；（6）发电机故障时，对发电机实行快速灭磁。
2、同步发电机的励磁系统有哪几种？各有何特点？励磁系统包括：直流励磁系统、交流励磁系统、静止励磁系统。
（1）直流励磁机特点：结构简单；靠机械整流子换向，有炭刷和整流子等转动接触部件；维护量大，造价高；励磁系统的容量受限制；（2）交流励磁系统；励磁系统的容量不受限制；不受电网干扰，可靠性高；取消了滑环和炭刷，维护量小，不存在火花问题。
无炭粉和铜末引起电机线圈污染，绝缘的寿命较长；无法对励磁回路进行直接测量，如转子电流、电压，转子绝缘等；无法对整流元件等的工作情况进行直接监测；对整流元件等的可靠性要求高；（3）静止励磁系统结构简单、可靠性高、造价低、维护量小；无励磁机，缩短机组长度，可减少电厂土建造价；直接用可控硅控制转子电压，可获很快的励磁电压响应速度；保护配合较复杂；3、强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？（1）作用：有利于电力系统的稳定运行；有助于继电保护的正确动作；有助于缩短短路故障切除后母线电压的恢复时间；有助于电动机的自启动过程；（2）指标：强励倍数K HSE；励磁电压响应比4、何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么？（1）灭磁：使发电机励磁绕组的磁场尽快地减弱到最低程度。
（2）灭磁方法：励磁绕组对常数电阻放电灭磁；励磁绕组对非线性电阻（灭弧栅）放电灭磁；全控整流桥逆变灭磁；。
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。
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励磁电流
负荷无功电流
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2 控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行
U G = 常数
单机无穷大系统
U G consant
G
IG
发电机发出的有功功 率只受调速器控制
PG U G I G cos consant
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电力系统稳定性的定义与分类
2004年8月，IEEE发表了CIGRE第38委员会与IEEE系统动态行 为委员会联合小组制定的电力系统稳定性分类及定义
电力系统稳定性
功角稳定性
小干扰功角 稳定性
频率稳定性
电压稳定性
大干扰电压 稳定性
PG E qU G Xd sin consant
I G cos K1
E q sin K 2
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2 控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行
发电机励磁电流变化只是改变了机组的无功功率和功率 角 值的大小。
1 静态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步） 1974年美国学者 大小扰动引起的振荡失步
2 动态不稳定性
3 暂态不稳定性
拜金利及金巴克主 编论文集《大规模 电力系统稳定性》
大扰动后发电机在第一摇摆失步
静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE电力系统分会的冬季会议上重新对电力系统稳定 性进行定义
G
U G IG
等值
Eq
UG
E q cos G U G I Q X d
cos G 1
E q U G jI G X d
Eq
jI G X d
Eq U G I Q X d
负荷的无功电流是造成 E q U G 之间幅值差的主要原因 IQ
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5、励磁调节器迅速反映系统故障，具备强行励磁的功能，提 高暂态稳定性和改善系统的运行条件 6、励磁调节器能够长期可靠工作，具有高可靠性
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静态稳定性
系统在小干扰下维持同步的能力 功角非周期增长而失步
滑行失步型 振荡失步型
增幅的低频振荡而失步
暂态稳定性
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系统在大干扰下维持同步的能力
注：把原来的 静态稳定（小 扰动稳定性） 和暂态稳定性 （大干扰稳定 性）合起来统 称为功角稳定 性
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励磁电流迅 速调整
机组安全
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二 对励磁系统的基本要求
向同步发电机转 子提供直流电流
根据输入信号和给定的调节 准则控制励磁功率单元的输出
励磁 功率单元
G
发电机
电力系统
励磁调节器
输入信息
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大干扰功角 稳定性
小干扰电压 稳定性
短期稳定性 短期稳定性
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短期稳定性 长期稳定性
长期稳定性
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电力系统稳定性的定义与分类
功角稳定性
表征着系统维持同步的能力，主要原因是发电机输入、 输出转矩平衡受到破坏，失步的形式可能是功角单调 增长，也可能是增幅振荡。分析时间为10~20s
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3 提高同步发电机并联ห้องสมุดไป่ตู้行的稳定性
电力系统稳定性的定义与分类
在20世纪60年代及以前
1 静态稳定性 2 动态稳定性
系统受到小扰动后保持所有运行 参数接近正常值的能力
系统受到大扰动后，系统参数恢 复到正常值的能力
出现了自动再同期现象——发电机在失去同步后经过较短时间的 异步运行又自动牵入同步，主系统仍然能够保持同步
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4 改善电力系统运行条件
1、改善异步电动机的自启动条件
无励磁控制 有励磁控制 短路切除后的电压恢复曲线
2、为发电机异步运行创造条件
可以调节励磁为失磁异步运行 的同步发电机提供大量的无功功 率，以维持其运行
3、提高继电保护装置工作的正确性
第一节
概述
同步发电机的运行特性与它的空载电动势 E q 值的大小有关， 而 E q 值是发电机励磁电流的函数。改变励磁电流就可以影响同 步发电机在电力系统中的运行特性。 电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要 影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率分配。
在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力 系统稳定水平下降，为此，当电力系统故障时，要 求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水 平及稳定性。
调节励磁电流来增大短路电流以保证继电保护正确工作
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5 水轮发电机实行强行减磁
水轮发电机组因故障而跳闸
调速系统具有较大的惯性
导水叶不能迅速关闭 转子转速急剧上升 励磁电流 不调整 发电机端电压上升而危及 定子绝缘
IP
G
U G jI Q X d
IG
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1 电压控制
励磁自动控制系统就是通过不断的调节励磁电流来 维持发电机端电压为设定值的 发电机端电压
注：改变发电机的励 磁电流一般都不直接在 发电机的转子回路中进 行，而是改变励磁机的 励磁电流的方法来达到 调节目的。原因是转子 回路的电流很大，不易 直接调整。
U G = 常数
G
IG
与无穷大母线并联运 行的机组，调节励磁 电流就可以改变发电 机的无功功率
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2 控制无功功率分配—多台发电机并联运行
I Q1
G G
I Q2
IQ
并联发电机组无功功率分配取决 于各发电机的外特性，曲线越平 坦的机组其无功电流的增量越大
改善异步电动机的自启动条件 为发电机异步运行创造条件
提高继电保护装置工作的正确性
5、水轮发电机组要求实行强行减磁
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1 电压控制
励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务
GEW
U EF I EF
Xd
IG
通常希望发电机组间的无功功率 分配按照机组容量大小比例分配 单纯把并联所有机组的外特性 做成相同是不可能的
UG
U M1
调节励磁可以任意改变 外特性曲线的斜率以达 到合理分配无功的目的。
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UM2
I Q 2
I Q1
G2
G1
I Q1
I I I Q1 Q 2 Q2
IQ
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系统在大干扰后维持可接受稳态电压的能力 系统在小干扰后维持可接受稳态电压的能力 包含快速响应负荷和励磁控制等动态特性及相互作用 包含慢速响应负荷和励磁限幅器等动态特性及相互作用
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长期电压稳定性
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电力系统稳定性的定义与分类
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电力系统稳定性的定义与分类
电压稳定性
表征着系统在给定的初始条件下，受到扰动后维持所 有母线的电压的能力。主要原因是负荷需求与系统可 能提供的总量出现了不平衡。表现在电压持续下降 （或上升），又称“电压崩溃”。 发电机的励磁控制产生重要的影响：在过渡过程中， 当励磁电流的增长达到设定的限幅值（相当于励磁控 制退出），常常是出现电压不稳定的直接原因。 大干扰电压稳定性 小干扰电压稳定性 短期电压稳定性
1 静态稳定性 2 动态稳定性 3 综合稳定性
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小扰动小变速运行状态
1954年苏联学 者维.柯.维尼柯 大扰动小变速运行状态 夫《电力系统 大扰动大变速运行状态 机电过渡过程》
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电力系统稳定性的定义与分类
1 静态稳定性/小扰动稳定性
所加干扰足够小，可以用系统的 线性化方程来描述系统过渡过程 当系统受到小的干扰后，系统会达到与受干扰前相同或接近的运行状态 所加的干扰使得不能用系统的线 性化方程来描述系统过渡过程
2 暂态稳定性/大扰动稳定性
当系统遭受到干扰后，系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态
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励磁 功率单元
G
发电机
电力系统
励磁调节器
输入信息
由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成了 反馈控制系统。
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一 同步发电机励磁控制系统的任务
1、电压控制 2、控制无功功率分配 3、提高同步发电机并联运行的稳定性 4、改善电力系统的运行条件