第四章 同步发电机的自动励磁调节装置

同步发电机自动调节励磁装置
同步发电机是现代电力系统中一种非常常见的发电机类型，它能够与电网同步运行，保证了电网的稳定性和安全性。

同步发电机自动调节励磁装置是同步发电机控制系统中的关键部分，它能够根据电网的负荷变化自动调节发电机的励磁电流，保证了发电机的稳定运行。

同步发电机的励磁控制原理如下图所示：
图中，Vt是同步发电机的端电压，如果电网的负荷变化，会导致端电压的大小和相位发生变化。

为了保证发电机稳定运行，我们需要根据电网负荷的变化调节发电机的励磁电流，使得发电机的电功率与电网负荷匹配，保持端电压的稳定。

1、测量发电机的电流和电压信号；
2、计算发电机的无功功率和有功功率；
3、根据电网负荷变化计算出发电机的励磁电流应该调整的大小；
4、将计算出来的励磁电流值转换成控制信号，通过调节励磁装置来改变发电机的励磁电流。

同步发电机自动调节励磁装置通常采用PID控制算法，由比例、积分、微分三个环节组成。

具体来说，可以采用以下步骤实现控制：
同步发电机自动调节励磁装置的功能包括：稳定发电机的输出电压和频率、维护发电机的有功功率和无功功率平衡、提高电网稳定性和安全性。

在实际应用中，同步发电机自动调节励磁装置常常需要考虑到发电机的保护和故障处理，以确保电力系统的稳定和可靠运行。

《电力系统自动装置》复习思考题参考答案（第4—7章）第四章复习思考题1．何谓励磁系统？答：供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。

它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

2．同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么？答：（1）系统正常运行条件下，维持发电机端或系统某点电压在给定水平；（2）实现并联运行发电机组无功功率的合理分配；（3）提高同步发电机并联运行的稳定性；（4）改善电力系统的运行条件；（5）对水轮发电机组在必要时强行减磁。

3．对同步发电机的自动调节励磁系统的基本要求是什么？答：励磁系统应具有足够的调节容量、励磁顶值电压、电压上升速度、强励持续时间、电压调节精度与电压调节范围，应在工作范围内无失灵区，应有快速动作的灭磁性能。

4．何谓励磁电压响应比？何谓强励倍数？答：通常将励磁电压在最初0.5s内上升的平均速度定义为励磁电压响应比，用以反映励磁机磁场建立速度的快慢。

强励倍数是在强励期间励磁功率单元可能提供的最高输出电压与发电机额定励磁电压之比。

5．同步发电机励磁系统类型有哪些？其励磁方式有哪两种？答：同步发电机励磁系统类型有：直流励磁机系统、交流励磁机系统和发电机自并励系统。

励磁方式分为自励方式和他励方式两种。

6．画出三相全控桥式整流电路，哪些晶闸管为共阳极组，哪些为共阴极组?答：VTHl、VTH3、VTH5为共阴组，VTH2、VTH4、VTH6为共阳组。

（第6题）7．三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流工作状态和逆变工作状态？整流和逆变工作状态有何作用？整流和逆变工作状态有何作用？答：三相全控桥式整流电路的控制角α在0°＜α＜90°时，三相全控桥工作在整流状态；当90°＜α＜180°时，三相全控桥工作在逆变状态。

整流状态主要用于对发电机的励磁；逆变状态主要用于对发电机的灭磁。

8． 简述自动励磁调节器的工作原理。

答：自动励磁调节器的工作原理如下：根据发电机电压G U 变化，把测得的发电机端电压经调差、测量比较环节与基准电压进行比较，得到正比于发电机电压变化量的de U ，经综合放大环节得到SM U ，SM U 作用于移相触发环节，控制晶闸管控制极上触发脉冲α的变化，从而调节可控输出的励磁电流，使发电机端电压保持正常值。

同步发电机励磁系统与励磁调节器一般来说，与同步发电机励磁回路电压建立、调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备总称为励磁系统。

励磁系统包括发电机绕组，励磁电源，励磁装置及调节电压有关的其他设备。

同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。

一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分。

另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要，一般称为励磁控制部分或称之为励磁调节器。

励磁系统的主要作用：一、电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。

当发电机无功负荷变化时，一般情况下机端电压要发生相应变化，此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率，满足不同负荷情况下励磁电流的自动调节，维持机端或系统某点电压水平。

二、合理分配发电机间的无功负荷。

发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系，励磁电流的自动调节，要影响发电机间无功负荷的分配，所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。

三、在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。

四、提高电力系统稳定性。

五、快速灭磁，当发电机或升压变压器内部发生故障时，要求快速灭磁，以降低故障所造成的损害。

同步发电机的励磁方式一、直流发电机供电的励磁方式二、交流励磁机经整流供电的励磁方式三、静止电流供电的励磁方式。

励磁电流是通过励磁变压器、励磁电流器取自同步发电机机端或外部辅助电流。

励磁调节器的构成励磁自动调节指的是发电机的励磁电流根据机端电压的变化按预定要求进行调节，以维持端电压为给定值。

所以自动调节励磁系统可以看作为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。

同步发电机的励磁调节方式可分为按电压偏差调节和按定子电流，功率因数的补偿调节两种。

下面主要介绍按电压偏差调节方式。

励磁调节器基本方框图为了调节同步发电机的端电压V f,,应测量端电压的变化值。

为了便于测量，设置了端电压变换机构，这样量测机构的输出电压k l V f 和V f 成正比例。

同步发电机中自动励磁调节技术的应用作用摘要：同步发电机是电力系统的重要组成部分，可以起到平衡无功功率以及减小电压波动的作用，将自动励磁调节技术应用在同步发电机中可以有效保证系统运行的稳定性。

本文主要针对同步发电机中自动励磁调节技术以及PID控制算法的应用进行分析。

关键词：同步发电机；自动励磁调节技术；应用近年来随着我国综合国力的增强，我国的电力系统得以快速发展，大机组对励磁调节器提出了更高的要求，也促进了励磁调节器功能的进一步完善。

传统的调节器已经不能满足当今信息社会的需求，所以新型调节器成为今后发电机的主要发展方向。

优质的励磁调节系统对于整个系统储备能力的提高、继电保护灵敏度的提高、防止励磁的过度降低有着重要的作用。

一、励磁调节系统简述（一）励磁调节系统的构成励磁调节控制系统主要由控制器、供方单元、发电机、反馈测量器等组成。

发动机将采集的信号交给反馈测量器进行处理，把所测得的差值传递给控制器。

控制器把这些信息进行校准和放大。

经过这一系列处理以后，发电机的励磁电压以及电流就得到了有效地控制。

而接口模块一般采用转换器将数字信号模拟信号进行转换。

（二）励磁调节器的功能励磁调节器由功能完善的软件系统和随之配合的硬件系统组成，可以执行多种调节控制功能：（1）高级控制算法。

励磁系统支持多种复杂的控制算法，比如比例调节、PI调节这些比较简单的算法以外，还支持线性以及非线性最优励磁控制等较难的控制方法。

（2）定值调节器数字系统，可以根据需要对电压、电流，保护整定值以及各调节规律的有关参数等数据进行随意设定，并且对有关调节规律的参数进行在线调节，通过网络的支持，可实现远程控制功能。

（3）利用调节器内部循环数据记录装置，把系统中的各种状态下的有效数据和参数记录下来，也可把发电机传递的数据经过处理传递给励磁系统，同样励磁系统的数据也可以传递到外部存储器上，以便将来需要的时候进行查询。

二、PID控制算法的应用（一）PID控制算法我国的工程建设行业发展十分迅猛，自动化技术和控制理论有了较高的发展，自动控制系统也有了较大的发展，技术相对来说比较成熟。

同步发电机励磁调节及励磁系统实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6．了解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。

励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。

可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。

当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。

而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。

两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F（保持机端电压稳定）、恒I L（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。

其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。

当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

《电力系统自动化》课程教学大纲Power System Automation课程编号：130201021学时：32 学分：2.0适用对象：电气工程及其自动化专业先修课程：电力系统分析，自动控制原理，电力电子技术等一、课程的性质和任务（四号黑体加粗，描述文字用四号小宋体（下同））本课程是电气工程及其自动化专业一门学科方向类必修课程。

电力系统自动化是保证电力系统安全、优质、经济运行的综合性技术，涉及电力系统运行理论、自动控制理论、计算机控制技术、网络通信技术等多方面的知识，包括发电机励磁自动控制、发电厂自动化、电网调度自动化、配电网自动化、变电站自动化等，是自动控制技术、信息技术在电力系统中的应用，已经成为电气工程类专业学生必备的专业知识之一。

该课程可以支撑电气工程及其自动化专业毕业要求2（问题分析）、3（设计／开发解决方案）、4（研究）的达成。

本课程的主要任务是：1、使学生对电力系统相关问题形成较为系统的认识和理解；2、使学生掌握发电机自动励磁控制的基本原理和方法，深入了解发电机同步并列的条件与过程，以及自动准同期装置的工作原理，分析在电力系统运行过程中不满足并列条件对电网产生何种影响，为分析复杂工程问题奠定基础。

3、使学生了解电力系统频率调整及电压调整的基本问题，掌握电力系统功频特性、自动发电控制、经济调度的原理和方法，掌握电力系统电压控制措施，为进一步分析和研究电力系统运行问题打下良好的基础；4、使学生掌握电力系统自动化的基本工作原理、装置的调试方法以及装置的设计方法，并且学习自动装置对电力系统运行影响的分析方法，为设计、研发电力系统自动控制装置和解决电力系统复杂运行工程问题奠定基础。

二、教学目的与要求本课程的教学目的是使学生掌握电力系统自动化的基本知识，熟悉电网调度自动化、配电网自动化、变电站自动化的相关问题，训练和培养学生独立思考、解决电力系统实际复杂工程问题的能力。

具体要求如下：1、掌握发电机同步并列的条件，以及自动准同期装置的工作原理。