第二章 电力系统电压的自动调节 《电力系统自动装置(第2版)》教学课件
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第二章 电力系统电压的自动调 节
电力工程系 电力系统自动装置课程组
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题
UG jIG X d Ed
Ed cos U G I Q X d
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题
UG jIG X d Ed
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
在交流励磁系统中，如果采用了图2-13所示三相桥式 全控整流电路向转子供应励磁电流，可以利用全控整流桥 的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。
§2-2 同步发电机励磁系统 一、直流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 一、直流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路
§2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路
§2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁
一、强励作用及继电强行励磁
1.强励作用
强励作用是强行励磁作用的简称。当系统发生短路性 故障时，有关发电机的端电压都会剧烈下降，这时励磁系 统进行强行励磁，向发电机的转子回路送出远较正常额定 值为多的励磁电流，即向系统输送尽可能多的无功功率， 以利于系统的安全运行，励磁系统的这种功能就称为强励 作用。
(4) 对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳 定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区。
(5) 励磁调节器应能迅速反映系统故障，具备强 行励磁等控制功能，以提高系统暂态稳定和改善系统 运行条件。
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题
四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
（二）对励磁功率单元的要求
发电机励磁功率单元的任务是向同步发电机提供直流电流， 除自并励励磁方式外，一般是由励磁机担当的。励磁功率单元 受励磁调节器控制，对其如下要求：
P EdUG sin 常数
Xd
P UG IG cos 常数
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 三、并联运行各发电机间无功负荷的分配
§2-1 同步源自文库电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
（一）对励磁调节器的要求
励磁调节器的主要功能是检测和综合系统运行状 态的信息，经相应处理后，产生控制信号，控制励磁 功率单元，以得到所要求的发电机励磁电流，对其如 下要求：
(1) 有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。
(2) 系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机端 电压的高低，以维持发电机端电压的给定水平。在调 差装置不投入的情况下，励磁控制系统的自然调差系 数一般在1%内。
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
(3) 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率。 为此，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差系数 可以在± 10%以内进行调整。
§2-2 同步发电机励磁系统
二、交流励磁机励磁系统
该系统的主要优点是： (1) 励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维护方便 ，可靠性高。 (2) 不需要同轴励磁机，可缩短发电机主轴长度，降低 基建投资。 (3) 直接用晶闸管控制励磁电压，可获得近似阶跃函数 那样的快速响应速度。
(4) 由发电机机端取得励磁电源。机端电压与机组转速
(1) 要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容 量。在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统 电压和无功功率控制。因此，励磁功率单元应具备足够的容量 以适应电力系统中各种运行工况的要求。
(2) 具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。从改善电力 系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率 单元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系 统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的指标。
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 二、电压响应比
K
de
dt
Ue (t)
1 K
t
0 Ue (t)dt
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 二、电压响应比
定义电压响应比n 如下
n 0.5cd oa（电压标幺值S）
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机
组转速的一次方成正比。而其他励磁机励磁系统输出的
励磁电压与转速的二次方成正比。这样，当机组甩负荷 时静止励磁系统机组的过电压较低。
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
对于静止励磁系统，人们曾有过两点疑虑： (1) 静止系统的顶值电压受发电机端口处系 统短路故障的影响。在靠近发电机附近发生三相 短路而切除时间较长时，由于励磁变压器一次侧 电压急剧下降，励磁系统能否提供足够的强行励 磁电压。 (2) 在没有足够强励电压的情况下，短路电 流的迅速衰减，能否使带时限的继电保护正确动 作。
2．继电强行励磁
用闭合有关继电器触点的方法，使励磁机的端电压以最 快的速度升到其顶值，称为继电强行励磁。当发电机出口电 压降低到低电压继电器的动作电压时，低电压继电器动作， 被全部短路，励磁机的端电压上升到顶值，即达到其额定值 的1.8~2倍。
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 一、强励作用及继电强行励磁
Ed cos U G IQ X d
Ed UG IQ Xd
UG Ed IQ X d
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题
二、同步发电机与无穷大母线并联运行的有关问题
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题
二、同步发电机与无穷大母线并联运行的有关问题
电力工程系 电力系统自动装置课程组
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题
UG jIG X d Ed
Ed cos U G I Q X d
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题
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§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
在交流励磁系统中，如果采用了图2-13所示三相桥式 全控整流电路向转子供应励磁电流，可以利用全控整流桥 的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。
§2-2 同步发电机励磁系统 一、直流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 一、直流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
§2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路
§2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路
§2-2 同步发电机励磁系统 三、励磁系统中的整流电路
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁
一、强励作用及继电强行励磁
1.强励作用
强励作用是强行励磁作用的简称。当系统发生短路性 故障时，有关发电机的端电压都会剧烈下降，这时励磁系 统进行强行励磁，向发电机的转子回路送出远较正常额定 值为多的励磁电流，即向系统输送尽可能多的无功功率， 以利于系统的安全运行，励磁系统的这种功能就称为强励 作用。
(4) 对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳 定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区。
(5) 励磁调节器应能迅速反映系统故障，具备强 行励磁等控制功能，以提高系统暂态稳定和改善系统 运行条件。
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题
四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
（二）对励磁功率单元的要求
发电机励磁功率单元的任务是向同步发电机提供直流电流， 除自并励励磁方式外，一般是由励磁机担当的。励磁功率单元 受励磁调节器控制，对其如下要求：
P EdUG sin 常数
Xd
P UG IG cos 常数
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 三、并联运行各发电机间无功负荷的分配
§2-1 同步源自文库电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
（一）对励磁调节器的要求
励磁调节器的主要功能是检测和综合系统运行状 态的信息，经相应处理后，产生控制信号，控制励磁 功率单元，以得到所要求的发电机励磁电流，对其如 下要求：
(1) 有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。
(2) 系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机端 电压的高低，以维持发电机端电压的给定水平。在调 差装置不投入的情况下，励磁控制系统的自然调差系 数一般在1%内。
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 四、对同步发电机励磁系统设计的基本要求
(3) 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率。 为此，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差系数 可以在± 10%以内进行调整。
§2-2 同步发电机励磁系统
二、交流励磁机励磁系统
该系统的主要优点是： (1) 励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维护方便 ，可靠性高。 (2) 不需要同轴励磁机，可缩短发电机主轴长度，降低 基建投资。 (3) 直接用晶闸管控制励磁电压，可获得近似阶跃函数 那样的快速响应速度。
(4) 由发电机机端取得励磁电源。机端电压与机组转速
(1) 要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容 量。在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统 电压和无功功率控制。因此，励磁功率单元应具备足够的容量 以适应电力系统中各种运行工况的要求。
(2) 具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。从改善电力 系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率 单元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系 统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的指标。
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 二、电压响应比
K
de
dt
Ue (t)
1 K
t
0 Ue (t)dt
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 二、电压响应比
定义电压响应比n 如下
n 0.5cd oa（电压标幺值S）
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 三、转子回路的灭磁问题
的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机
组转速的一次方成正比。而其他励磁机励磁系统输出的
励磁电压与转速的二次方成正比。这样，当机组甩负荷 时静止励磁系统机组的过电压较低。
§2-2 同步发电机励磁系统 二、交流励磁机励磁系统
对于静止励磁系统，人们曾有过两点疑虑： (1) 静止系统的顶值电压受发电机端口处系 统短路故障的影响。在靠近发电机附近发生三相 短路而切除时间较长时，由于励磁变压器一次侧 电压急剧下降，励磁系统能否提供足够的强行励 磁电压。 (2) 在没有足够强励电压的情况下，短路电 流的迅速衰减，能否使带时限的继电保护正确动 作。
2．继电强行励磁
用闭合有关继电器触点的方法，使励磁机的端电压以最 快的速度升到其顶值，称为继电强行励磁。当发电机出口电 压降低到低电压继电器的动作电压时，低电压继电器动作， 被全部短路，励磁机的端电压上升到顶值，即达到其额定值 的1.8~2倍。
§2-3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 一、强励作用及继电强行励磁
Ed cos U G IQ X d
Ed UG IQ Xd
UG Ed IQ X d
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题 一、同步发电机单机正常运行的有关问题
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题
二、同步发电机与无穷大母线并联运行的有关问题
§2-1 同步发电机运行电压的有关问题
二、同步发电机与无穷大母线并联运行的有关问题