自动励磁控制系统

自动励磁控制系统摘要：同步发电机的励磁控制系统对发电机的输出特性具有重要
的影响。

发电机的励磁系统通过闭环回路的反馈调节控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应该在允许的范围内。

其中，励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。

尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。

关键词：自动励磁控制系统、自动励磁调节器、励磁功率单元、励磁电流
励磁控制系统原理及其作用：
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。

它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则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。

励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。

尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。

发电机的励磁系统的控制主要有单励、相励和复励，通过闭环回路的反馈调节控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应该在允许的范围内。

当发电机并网运行时，发电机的励磁系统决定无功功率的分配，发动机的输出决定发电机的有功功率的分配。

对于小电网独立运行的发电机而言，励磁系统直接关系到发电机的输出特性，当启动大负荷的设备时，发电机的励磁调节十分重要的。

发电机的励磁电流是由发电机的输出取得，励磁电流的大小是由A VR根据发电机的输出给定值和输出端电压、电流的反馈量自动调节；励磁系统设有强迫励磁调节单元。

励磁系统的基本功能是给同步发电机磁场绕组提供直流电流，此外励磁系统通过调节发电机励磁绕组的直流电流，控制发电机机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要，同时寸抓‘制发电机组间无功功率的合理分配，因此同步发电机励磁控制系统直接影响发电机的运行特性。

在电力系统正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统对保证发电机可靠运行，有效地提高发电机及电力系
统的技术经济指标，使电力系统有令人满意的性能是至关重要的。

具体励磁系统的主要作用包括以下几个方面：
1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；
2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；
4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；
5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；
6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

下图是励磁系统电流电路原理图。

自动励磁控制系统电流的大小正常运行前由接触器K2控制，电压达到正常的80%后有A VR自动调节输出电压以满足设备的运行电流互感器T3是短路励磁电流，即发电机输出瞬间短路时，系统电压为零，即T1二次侧的电压为零，K2接触器处于为接通的状态，K2接触器辅助触点动作，此时励磁电流就由T3电流互感器的二次电流提供，但短路电流非常大，足够提供发电机的励磁电流。

瞬间可以满足发电机的运行，但时间不能太长，否则引起更大的故障。

同时直流接触器K1、K3由24V电源控制，一旦24V电源失电，K1接触器的辅助触点短路励磁电流线圈，因而发电机也不能正常工作。

励磁控制系统电路如图2所示：
自动励磁控制系统电气接线图：
自动励磁控制系统的职能方框图：
个环节的数学模型：
（1）此过程为环节，传递微分环节函数为
2
2
1()1c b sT G s sT +=
+，
()()()f e U s G s U s =∙
（2）、此过程为微分环节环节，传递函数为
1
1
1()1c b sT G s sT +=
+，
()()()
g f U s G s U s =⋅
（3）、此过程为惯性环节环节，其传递函数为
1
()1b
G s sT =
+，
()()()b g U s G s U s =⋅
励磁系统控制过程的电压变化：
设发电机外接负载电流产生变化（比如Ig ）则
，
即：
控制过程各参量的关系：
设控制器为比例型的，即
Uf=kUe
而Ub 与Ug 成比例，即 Ub=cUg
又设参考输入信号Ur 与期望值g U ∧
具有与式Ub=cUg 相同比例：
Ur=c g U ∧
在以上各式中，k 和c 为比例系数。

再发电机正常运行时，发电机端电压（输出电压）Ug 应等于
或接近期望值
g U ∧
，其偏差为：
ΔUg=
g U ∧
-Ug
根据式Ub=cUg 和式Ur=c
g U ∧
的关系有：
Ue=Ur-Ub=c g
U ∧
-cUg=c ΔUg
故可借助于控制器的输入偏差电压Ue 来评价发电机实际输出电压偏差ΔUg 大小
结论：
发电机的自动励磁控制系统通过对发电机输出电压波动后产
生的偏差实现对发电机输出电压的控制，从而使发电机的输出电压不变或者维持在可许的波动范围内，从而提高发电机的输出特性，提高发电机的效率。

参考文献：
［1］刘湘涛. 自动控制原理与应用. 北京：电子工业出版社，2007 ［2］刘增煌，吴中习，周泽昕. 电力系统稳定计算研究用励磁系统数学模型库. 中国电气设计网，1993.。