值长培训讲义

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1、专业资料精心整理同步发电机励磁控制系统一、有关概念1、励磁系统励磁系统是供给电机直流励磁电源的一套系统。主要包括：励磁电源（直流或交流励磁机、励磁变压器、整流桥等），调节和控制设备（自动电压调节器、稳定器等）以及其他附属保护和量测设备等。2、励磁控制系统励磁控制系统是一种控制系统，它控制同步发电机的电势，所以它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机的功率因数和电流等参数。由于大型机组的这些参数直接影响系统的运行状态，所以在某种程度上也可以说，励磁控制也控制着系统的运行状态，特别是系统的稳定和励磁控制密切相关。二、励磁控制系统的发展在最近的20～50年内，随着电力系统的发展和机

2、组单机容量的增大，同步发电机的励磁及其控制系统发生了很大的变化，主要表现在：1、可控硅励磁代替了直流励磁机。过去同步发电机都是用与它同轴的直流发电机提供励磁电流。现在容量大于150MW的汽轮发电机和水轮发电机，都不用同轴的直流电机作为励磁机，几乎全部用可控硅整流电源供给直流励磁电流。1.1原因分析1）随着发电机单机容量的增大，其所需的励磁容量也随着增大；现代同步发电机的励磁容量约占电机容量的的0.2%～0.6%，励磁机的额定电压一般不超过400～500V，所以，100、200、300、600MW大型机组的励磁机励磁容量分别达到450、800、1300、1700～2000kW，励

3、磁电流达到2000～6000A。制造这样大容量、高速度（汽轮发电机转速3000转/分）的直流发电机显然有很多困难，如机械整流复杂不可靠、炭刷磨损大、容易冒火花等，所以汽轮发电机的直流励磁机的极限容量一般不超过350～450kW。水轮发电机组的转速低，机械整流不显得特别困难，但极限容量受到它本身尺寸和体积的限制。如果励磁机的体积尺寸太大，机组长度增大，则会使水电厂厂房高度增加，经济上显得很不合理。WORD文档下载可编辑专业资料精心整理2）大型机组由于采用内冷和其他强制冷却方式，绕组的电流密度取得很大，这样将引起发电机的阻抗值增大、惯性常数降低。发电机参数的恶化引起系统稳定性能降低

4、，直流发电机的机械时间常数大、反应速度慢，满足不了大系统稳定的要求。从这一方面要求出发，也必须用快速半导体励磁取代常规的直流励磁机。2、励磁调节器逐步演变为多功能、多变量的控制器。随着电力系统的扩大以及快速励磁的应用，在系统中出现了很多新的问题。例如：系统联络线上出现的持久的低频振荡；由于线路串联电容所引的次同步振荡、机组轴上的扭动振荡；应用快速励磁后产生的负阻尼等。应用单输入、单变量的励磁调节器已很难解决上述问题。为了阻尼振荡、扩大稳定范围，就必须应用控制理论和计算机技术将单纯的励磁调节器演变为多功能、多变量的控制器。3、最优控制理论在励磁控制方面的应用。近年来，最佳控制理论

5、在电力系统中的应用也有了发展，在励磁控制方面也希望有一个最佳动态特性，即状态变量偏差连同控制量一起达到最小程度。由于系统在遭受大小干扰时，其状态变量（如功率、电压、电流、频率等）都随运行状况而改变，为此，往往要求在控制回路中增加几个变量回路。三、励磁控制系统的任务根据运行方面的要求，励磁控制系统应该承担如下的任务：1、电压控制电力系统在正常运行时，负荷总是经常波动的，同步发电机的功率也就相应变化。随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平。励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务。≈+（1）（1）式说明，负荷中的无功电流是造成和幅值差的主要

6、原因，当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下降。图1同步发电机的外特性WORD文档下载可编辑专业资料精心整理图1说明，当无功为时，发电机端电压为额定值，励磁电流为。当无功电流增大到时，如果励磁电流不增加，则端电压降至，可能满足不了运行的要求，必须将励磁电流增大到才能维持端电压为额定值。同理，无功电流减小时，也会上升，必须减小励磁电流。同步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。2、控制无功功率的分配为了使分析简单起见，设同步发电机与无限大母线并联运行，即发电机端电压不随负荷大小而变，是一个恒定值，如图2（）所示，图2（）是它的矢量

7、图。图2同步发电机与无限大母线并联运行（）接线图；（）矢量图由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关。故无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率均为常数，即=cos=常数（3）式中，―功率因数角。当不考虑定子电阻和凸极效应时，发电机功率可以下式表示==常数（4）式中，―发电机的功率角。以上两式分别说明当励磁电流改变时，cos和sin的值均保持恒定，即WORD文档下载可编辑专业资料精心整理cos=sin=由图4（）中的矢量关系可以看到，这时感应电势的端点只能沿着虚线变化，而发