1、发电机组励磁控制 第一节第一节 励磁控制励磁控制概述概述 一、励磁系统及励磁控制系统一、励磁系统及励磁控制系统 供给同步发电机励磁电流的的装置称为励磁系统（excitation system），根据国家标准DL/T7409，励磁系统是指“向同步发电机提供励磁的所有部件的总和”。励磁系统包括励磁功率单元和自动励磁调节器两大部分。励磁功率单元是向发电机转子提供直流励磁电流产生磁场；励磁调节器（又称自动电压调节器，AVR，auto voltage regulator）则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。电力系统励磁调节器设定电压辅助控制信号励磁系统同步发电机励磁功率单元PT发电机端
2、电压发电机无功电流CT二、励磁控制系统任务（1）控制电压控制电压 Ed=4.44fNK 图 同步发电机Ie+-UeG ES (a)(b)(c)OADBCEsin EdIe=+cos=+与 间的相角，又称功率角。发电机的无功负荷电流有效值。一般比较小，故cos 1，于是，有 +在励磁电流不变的情况下，感应电动势恒定，负荷的无功负荷电流愈大，其端电压下降的就愈大。由此可见，同步发电机的励磁电流必须随着无功负荷的变化而不断地调整，这样才能满足电能质量的要求，维持电压稳定。IrUNUgUg2Ir1Ir2Ie1Ie2设定电压同步发电机励磁功率单元PT发电机端电压励磁系统PID信号处理励磁调节器根据图，有
3、 sin=OB OCAC=cos U 于是发电机组输出的无功功率为：Q=3UIsin=3(cos 2)在功率无穷大系统中，电网电压不会因某台发电机励磁电流改变而变化，在无穷大系统中，发电机组端电压Ug恒定不变，在汽轮机输出功率不变的情况下，这时调节励磁电流，改变了感应电动势，由式可知，发电机组输出的无功功率也改变。因此调励磁电流意味着调节发电机组输出的无功功率。（2）控制无功功率分配）控制无功功率分配 在实际运行中，发电机并列运行的系统不是无穷大系统，这时改变励磁电流会使发电机的端电压和输出无功功率都发生改变。PID移相触发被控对象（励磁机、同步发电机）调差系数K 电压设定值Us可控硅整流CT
4、PT励磁调节器UgIreIrUgK0K=0123由于对误差e进行了PID调节，有（采用P时比例增益加大，也可近似获得）e=0 =发电机端电压与发电机定子电流无功分量之间的关系，就是发电机外特性曲线，即调差特性，其调差系数K就是曲线斜率。G机组1 1 G机组2 2 IrU1U2Ir1Ir2G1G21 2 r1 r2 UgIrUg机组1机组2UIr2G机组1机组2IrUG变压器1变压器2母线（a)（b)变压器机组Pe090180（3）提高电力系统稳定性）提高电力系统稳定性 根据图，有 cos=ABAC=sin 于是发电机组输出的电磁功率为：P=3UIcos=3sin 发电机稳定性分静态稳定静态稳定
5、和动态稳定动态稳定两种。静态静态稳定稳定是指发电机受到微小干扰（电网或原动机方面）后，在干扰去掉后，发电机能恢复到原来的稳定运行状态。动态稳定动态稳定是指发电机在某一正常方式下，突然受到大扰动后能否过渡到一个新的稳定运行状态或者恢复到原来运行状态的能力。Pe090180aaccPebdPebdm(a)发电机静态稳定发电机静态稳定 Pe0aaccbdbeP1a2d12Pe0aaccbdbeP1a2de123a3c3d3e(a)(b)（b）发电机动态稳定发电机动态稳定 加速面积小于或等于减速面积，发电机是动态稳定的。当功率角在0180范围内变化时送出有功功率；当发电机功率角在180360范围内变化
6、时吸收有功功率，这时发电机的电流、功率等发生剧烈的振荡。从以上分析可以看出，从励磁控制系统来看，可从两个方面来提高发电机运行稳定性：1.选择合适的工作点，使发电机保持静态稳定，并留有一定余地。在保持输出功率不变条件下，增加励磁电流，增加了感应电动势，可提高发电机功率极限，减小功率角，从而提高发电机运行稳定性。所以在一般情况下，为了保证静态稳定，要求发电机功率角在2530范围内运行。2.故障时励磁系统进行强励磁，使功角特性变为曲线3，使得加速面积小于减速面积，使发电机能稳定运行。3.维持发电机动态稳定的另一个可能方案是在故障情况下，尽可能及时减少汽轮机的输出功率。可在汽轮机自动控制系统中，设置中
7、压调节汽门快关功能。在发电机部分甩负荷后，瞬时关闭中压调节阀、减少汽轮机输出功率，以利于发电机重新回到同步运行的稳定状态，提高动态稳定范围。第二节第二节 常用励磁系统常用励磁系统 我国大型发电机组的励磁系统主要分为两种：交流励磁机励磁系统和自并励静止励磁系统。一、交流励磁机励磁系统一、交流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统又可分为静止整流器和旋转整流器两种励磁方式。静止整流器励磁系统主要由主励磁机、副励磁机、静止整流器、灭磁开关、励磁控制器等装置构成，是使用较早的一种技术，在国内仍在使用。自动励磁调节器PTSRN永磁机定子可控硅整流器（SCR）SCT旋转元件无刷励磁机转子无刷励磁机定子发电机定
8、子旋转整流器励磁系统取消了碳刷等滑动部件，因此它又称无刷励磁系统，其有主励磁机、副励磁机、旋转整流器、晶闸管整流桥和励磁调节装置等结构部件组成，见图。无刷励磁系统具有如下特点：1.属于他励式同轴励磁机系统，励磁电源可靠；2.由于无炭刷和集电环，解决了换相带来的环火问题消除了碳刷碳粉带来的污染问题，降低了机组的噪声，没有集电环极限容量限制，所以励磁电流可很大，也不必考虑电刷电流的分配问题，维护工作量少。3.交流励磁机的时间常数较大，需增加适当措施才能提高励磁系统的反应速度，以满足快速反应要求。4.发电机励磁绕组的回路内不能装设灭磁开关、灭磁电阻等设备，所以不能直接灭磁，只能采用对励磁机励磁绕组进
9、行灭磁的方法，所以灭磁速度较慢，一般可对励磁机实行晶闸管逆变灭磁，同时加快励磁电压的响应速度。5.硅整流器及其相应的保护元件（快速熔断器、电阻、电容器等）都装在发电机轴上旋转，所以要求这些元件能承受较大的离心力作用。6.励磁系统旋转部分的参数（例如转子电压、电流、温度、绝缘电阻等）的测量和监视不方便，需要辅助集电环引出或使用其他发送设备。随轴转动的用来保护硅整流器的熔断器的监视也比较麻烦。自动励磁调节器PTCTZB滑环二、自并励静止励磁系统二、自并励静止励磁系统 自并励励磁系统主要特点是：1.励磁系统简单，可靠性高。2.无同轴励磁机，主轴长度短，减小基建投资。3.用可控硅控制转子电压，可获得很快的励磁电压相应速度。4.由发电机端取励磁能量，机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机组转速的一次方成正比。这样，当机组甩负荷时静止励磁系统的过电压就低。