电力系统稳定器原理

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 ） 。
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）

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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
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
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
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） 安全可靠运行（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
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

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
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。
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
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。