武汉大学程楚远教授发电机励磁系统讲座

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1、发电机励磁系统讲座武汉大学程远楚教授一.励磁系统构成同步发电机的励磁系统励磁系统一般由两部分构成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流，以建立直流磁场；第二部分是励磁控制部分，这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和灭磁等，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。整个自动控制励磁系统是由励磁调节器，励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。二.发电机励磁控制系统的任务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。相关指标：调压精度：是指在自动励磁调节器投

2、入运行，调差单元退出，电压给定值不进行人工调整的情况下，发电机负载从零变化到视在功率额定值以及环境温度、频率、电源电压波动等在规定的范围内变化时，所引起的发电机端电压的最大变化，常用发电机额定电压的百分数表示。发电机调压静差率：调压静压率定义为自动励磁调节器的调差单元退出，电压给定值不变，负载从额定视在功率减小到零时发电机端电压变化率，它可由下式计算：二.发电机励磁控制系统的任务2.控制无功功率的分配当发电机并入电力系统运行时，它输出的有功决定于从原动机输入的功率，而发电机输出的无功则和励磁电流有关。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

3、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。在研究并联运行发电机组间的无功分配问题时所涉及的主要概念之一是发电机端电压调差率。所谓发电机端电压调差率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：二.发电机励磁控制系统的任务3．提高同步发电机并列运行的稳定性暂态稳定是指电力系统

4、在受到大扰动，例如高压输电网络中发生短路，或一台主要发电机被切除，此时系统将发生较强烈的振荡，一些同步发电机也可能失步。这种情况下的稳定问题，即在大干扰作用后系统能否在新的平衡状况下稳定工作，称为暂态稳定问题。扰动的另一种形式是负荷随机地发生小的变化，即所谓小干扰。同步发电机在小干扰下的稳定问题,称为静态稳定问题。动态稳定则是指电力系统受干扰后（包括小干扰和大干扰），在考虑了各种自动控制装置的作用情况下，长时间的稳定性问题。（阻尼问题）励磁调节可有效地提高电力系统的静态稳定性，并在一定程度上改善暂态稳定性（提高强励顶值倍数），但可能引入负阻尼，引发低频振荡。二.发电机励磁控制系统

5、的任务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。二.发电机励磁控制系统的任务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，对于水轮发电机尤其如此，当水轮发电机发生甩负荷时，由于机组惯性时间常数较

6、大，发电机会产生较严重的过速，对采用同轴励磁机的发电机来说，它的端电压正比于转速的三次甚至四次方。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。二.发电机励磁控制系统的任务6．改善电力系统的运行条件前面已谈到，维持发电机端电压的恒定有利于维持电力系统的电压水平。当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加励磁以提高系统电压。从而可以改善电力系统的运行条件。（1）．改善异步电动机的自起动条件（2）．为发电机异步运行创造条件（3）．减少重负荷合闸时的电压下降（4）．重负

7、荷跳闸时，减少系统电压的上升三．对励磁系统的基本要求1．对励磁功率单元的要求（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本身无功功率的控制。因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量，并留有一定的裕量，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。前面已经提到，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