电力系统自动化(3励磁)

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1、三、同步发电机励磁控制系统本章要点1、励磁控制系统的组成及任务2、励磁控制系统典型接线方式（励磁方式）及特点3、励磁调节器的基本组成和工作原理4、调差与无功分配5、微机励磁调节器（构成和算法）6、励磁限制器（作用和要求）7、电力系统稳定器（作用和原理）8、灭磁原理3.1励磁控制系统的组成及任务●同步发电机励磁电流的特征：（1）直流；（2）大小可调；●励磁系统就是为同步发电机提供大小可调的直流励磁电流的设备总体。●励磁系统=励磁功率单元+励磁调节器；励磁系统●励磁功率单元：为同步发电机励磁绕组提供可控直流励磁电流；●励磁调节器：根据同步发

2、电机的运行要求，调整励磁电流的大小；励磁功率单元可控直流电源类型：（1）直流发电机；（2）交流发电机+可控整流器或不可控整流器；（3）变压器+可控整流器；可控整流器：（1）晶闸管换流器；（2）基于全控器件的SPWM换流器（在励磁系统中目前暂无实际应用）；励磁调节器连续调节的闭环控制器；控制规律：（1）经典控制：PID控制；（2）现代控制：最优控制；（3）智能控制：自适应控制等。励磁控制系统的组成励磁控制系统是由励磁功率单元、励磁调节器和同步发电机共同构成的一个闭环控制系统。励磁控制系统=励磁系统+同步发电机直流励磁的同步发电机（转子单向

3、旋转和转子双向旋转）；交流励磁的同步发电机（异步化的同步发电机）；励磁控制系统的任务励磁控制系统的三大任务：（1）调压稳压；（2）无功分配；（3）提高电力系统稳定性；调压稳压调压：70%～110%（85%～115%）VN稳压：调压精度要求为0.2%～0.5%VN；动态性能指标：超调、振荡次数、调节时间、延迟时间、响应时间等（参见：DL/T583-2006）；为了满足调压精度和动态性能指标的要求，对励磁调节器提出如下要求：（1）测量精度高，速度快；（2）优良的控制规律和控制参数；（3）必要时需配备时间常数补偿器和励磁系统稳定器。无功分配无

4、功分配：同一并列点上，并列运行机组间的无功功率分配。合理分配无功的原则：按机组容量等比例分配，即按无功功率标幺值相等的原则进行分配，做到各机组所承担的无功功率占本机额定无功（或容量）的比例均相等，称为无功的合理分配。提高电力系统稳定性稳定性的概念：（1）静态稳定性；（2）暂态稳定性；（3）动态稳定性；励磁对静态稳定的影响静态稳定即无扰动或微小扰动的稳定性问题。其实就是稳定裕度（或功率极限）大小的问题；（1）不调节励磁时的功率极限；（2）在良好励磁调节作用下的功率极限；励磁对暂态稳定的影响暂态稳定即大扰动下的稳定性问题。大扰动改变了网络结

5、构和参数，研究是否存在新的稳定工作点的问题；恰当的励磁控制，可以减小加速面积，增加减速面积，提高暂态稳定性；为了有效提高暂态稳定性，要求：（1）励磁电流顶值足够大（强励倍数1.8～2.0，三峡2.5）；（2）励磁电流上升速度足够快；（励磁电压上升速度等）励磁对动态稳定的影响动态稳定即系统阻尼问题，即在工作点上稳定运行的能力问题；低频振荡的概念；励磁对阻尼的影响；提供正阻尼的励磁控制辅助单元：电力系统稳定器PSS、线性最优励磁控制等。电力系统低频振荡所谓电力系统低频振荡,是指在电力系统中发生频率较低的（0.2Hz～2Hz）机械-电气振荡。

6、阻尼：与运动方向相反的作用力，类似于摩擦力；根据功角特性方程可知：长距离、重负荷、大容量机组将降低运行的稳定裕度和减小系统阻尼（功角增加→阻尼减小）。另外高增益的快速励磁调节也产生负阻尼，使总阻尼进一步减弱。例如：负荷P↑→机组n↓→δ↓，按机端电压反馈的励磁调节：负荷P↑→Vt↓→If↑→输出P↑→δ↓，加剧了δ↓，产生了负阻尼。系统正阻尼和电压反馈负阻尼系统阻尼：当0≤δ≤90°时，负荷P↑，由转子运动方程：P↑→n↓→δ↓，由功角特性方程：δ↓→P↓，趋于稳定，是正阻尼；电压反馈：负荷P↑，由于发电机内电阻→Vt↓，由调节→If↑

7、，由功角特性方程→P↑，由转子运动方程→δ↓↓，加剧δ↓，是负阻尼（调节的影响与扰动的影响具有相同方向，助长了扰动）；电力系统稳定器PSS引入有功功率反馈或机组转速反馈，以增加正阻尼。按有功功率反馈的（辅助）励磁调节：当P↑→n↓→δ↓时，按有功功率P反馈的励磁调节：P↑→If↓→δ↑，抑制δ变化，产生正阻尼。按机组转速反馈的（辅助）励磁调节：当P↑→n↓→δ↓时，按机组转速反馈的励磁调节：P↑→n↓→If↓→δ↑，抑制δ变化，产生正阻尼。按电功率反馈的PSS的“反调”引起电功率P变化的原因有两种：（1）负荷功率波动；（2）原动机输入功

8、率波动；这两种原因对功角δ的影响是截然相反的：负荷功率增加，功角δ减小；原动机输入功率增加，功角δ增大；由于电功率测量元件无法区分功率波动的原因，按负荷功率波动设计的电功率反馈的PSS，在原动机输入功率波动