电力系统自动化----第三版(王葵、孙莹编)第二章同步发电机励磁自动控制系统教学文案.ppt

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1、电力系统自动化----第三版(王葵、孙莹编)第二章同步发电机励磁自动控制系统一、自动励磁调节系统的概念和构成励磁系统：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成图2-1励磁控制系统结构框图2励磁自动控制系统的作用空载电势发电机空载电势决定于励磁电流，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性;电力系统在正常运行时可以通过控制励磁电流来控制电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配;当系统发生故障时迅速增大励磁电流，可以改善电网的电压水平及稳定性。3同步发电机两种不同的

2、运行方式：单机运行方式：与无穷大系统并联方式特点：机端电压随发电机电流的变化而变化。特点：机端电压不随发电机电流的变化而变化。4控制电压（2-1）式中，——发电机直轴电抗。空载电势和机端电压的关系：（b）等值电路5图2-2同步发电机感应电动势和励磁电流关系(c)矢量图发电机感应电动势与端电压的幅值关系为式中—与间的相角，即发电机的功率角；—发电机的无功电流。6一般很小，可近似认为，可得简化的运算式为（2-2）式说明，负荷的无功电流是造成和幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也越大。由（2-2）式可以看出，同步发电机的外特性必然是下降的。当励磁

3、电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下降。（2-2）7图2-3同步发电机的外特性发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节励磁电流来维持机端电压为给定水平的。8控制无功功率分配为了分析简便，设同步发电机与无穷大母线并联运行，即发电机的端电压不随负荷大小而变化，是一个恒定的值。1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题如果发电机的有功功率恒定，即（2-3）当励磁电流改变时，9不考虑定子电阻和凸极效应，发电机功率还可表示为（2-4）当励磁电流改变时10(b)相量图图2-4同步发电机与无限大母线并联运行11由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁

4、电流可以改变发电机无功功率的数值。在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无限大母线，母线的电压将随着负荷波动而改变。改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率。12并联各发电机间无功电流的分配取决于各发电机的外特性，而上倾的和多于一条水平的外特性都不能起到稳定分配无功电流的作用。并联运行各发电机间无功功率的分配图2-5并联运行发电机间无功负荷的分配13通常我们希望发电机间无功电流应按机组容量的大小进行比例分配，大容量的机组担负的无功增量应相应地大，小容量的机组增量应该相应地小。只要并联机组的“UG—IQ

5、*”特性完全一致（IQ*为机组无功电流与其无功电流额定值的比值），就能使得无功负荷在并联机组间进行比例分配。要作到这一点，单纯地想把参加并联运行的大小发电机组都做成相同的“UG—IQ*”特性是很难实现的，甚至是不可能的，但是自动调压器却可以相当容易地作到这一点。14系统在扰动后，系统能够恢复到原来的运行状态或者过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。通常将电力系统的稳定性问题分为三类：静态稳定（SteadyStateStability）、和暂态稳定（TransientStability）和动态稳定（DynamicStability）。励磁电流直接影响的是。

6、励磁自动控制系统是通过改变励磁电流从而改变值来改善系统稳定性的。提高稳定性15励磁对静态稳定的影响图2-6单机向无穷大母线送电(a)接线图；(b)等值网络；(c)相量图16发电机的输出功率按（2-4）式可以写成式中—系统总电抗，为发电机，变压器，输电线电抗之和；—发电机空载电动势和端电压间的相角。（2-5）发电机输出有功功率和功率角的关系称为同步发电机的功率特性（或称功角特性）。17图2-7同步发电机的功率特性众所周知，当时,即（如图中a点所示），系统是静态稳定的。当时，即（如b点所示），则是不稳定的。为稳定的极限情况，最大可能传输的功率极限为18实际运行时，

7、为了可靠起见留有一定裕度，运行点总是低于对应功率极限值。设P0为实际输出的功率，则把比值（2-6）在正常运行方式下，按功角判据计算的静态稳定储备系数应为15％～20％；在事故后运行方式和特殊运行方式下，不得低于10％。《电力系统安全稳定导则（2001版）》19自动励磁控制提高静态稳定性的原理图2-8发电机的几条代表性功率特性图2-7同步发电机的功率特性Notice：通常把大于90度的区段称为人工稳定区。20自动励磁调节器按电压偏差调节的放大倍数愈大，发电机维持机端电压的能力愈强，Eq增加愈大，功率特性曲线幅值愈高，发电机稳定极限功率就愈大。有了自动调节励磁后，

8、如果仍按功率P0运行，则提高了静稳定储