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同步发电机励磁系统及PSS控制培训资料云南德宏州电力协会武汉洪山电工科技有限公司2009年5月目录第一章：同步发电机励磁系统 (1)第一节：前 言 (1)第二节：同步发电机励磁系统分类 (2)2.1 直流励磁机励磁方式 (2)2.2 交流励磁机励磁方式 (3)2.3 静止励磁方式 (6)第三节：同步发电机励磁系统的作用 (7)3.1 控制发电机电压和无功分配 (7)3.2 提高电力系统的稳定性 (10)第二章：电力系统稳定器的原理 (13)第一节：前 言 (13)第二节：低频振荡原因分析 (15)2.1 基本关系式 (16)2.2 阻尼力矩系数和同步力矩系数的关系 (18)2.3 同步电机不同工况下模型系数的变化 (21)2.4 励磁控制系统参数对同步电机阻尼的影响 (22)2.5 同步电机运行工况对阻尼力矩系数的影响 (22)第三节：电力系统稳定器原理及参数选择 (26)3.1 基本原理 (26)3.2 电力系统稳定器参数选择 (27)第四节：对电力系统稳定器的基本要求 (28)第五节：电力系统稳定器的试验 (29)5.1 电力系统稳定器的静态试验 (29)5.2 电力系统稳定器的动态试验 (29)5.3 PSS阻尼功率振荡效果的检查试验 (30)5.4 加速功率型PSS原理和试验结果介绍 (32)第三章：国标《电力系统稳定器整定试验导则》解读及试验说明 (36)第一节：《Q/GDW 143-2006电力系统稳定器整定试验导则》解读 (36)1.1 PSS的整定试验条件 (36)1.2 PSS整定试验内容、方法、步骤 (38)1.3 试验报告 (43)第二节：中国电科院关于洪山电工的PSS测试报告 (44)2.1 概述 (46)2.2 AVR及PSS模型参数 (46)2.3 录波测量点配置 (47)2.4 试验项目及步骤 (47)2.5 结论 (54)2.6 参数设置 (54)第三节：武汉洪山电工科技有限公司其它几份PSS测试报告 (55)第一章：同步发电机励磁系统第一节：前 言根据中华人民共和国电力行业标准《DL／T191—1999大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置运行、检修规程》和《DL/T583-2006大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》的定义：励磁系统：为同步发电机提供励磁电流的设备，包括所有调节、控制、保护单元及功率电源和灭磁装置等。
同步发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分,直接影响发电机的运行特性。
励磁系统一般由两部分构成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；第二部分是励磁调节器，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机远行的要求。
同步发电机励磁系统的任务无论在稳态运行或暂态过程中，同步发电机的运行状态在很大程度上与励磁有关。
优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以有效地提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。
为此，在正常运行或事故情况下，同步发电机都需要调节励磁电流。
励磁调节应执行下列任务。
一、电压控制及无功分配在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压(或升压变压器高压侧电压)在给定水平。
当发电机负荷改变而端电压随之变化时，由于励磁调节器的调节作用，励磁系统将自动地增加或减少供出的励磁电流，使发电机端电压回复到给定水平，保证有一定的调压精度。
当机组甩负荷时，通过励磁系统的调节作用，应限制机瑞电压使之不致过份升高。
另外．当几台机组并列运行时，通过励磁系统应能稳定地分配机组的无功功率。
维持电压水平和机组间稳定分损无功功率，这是励磁调节应执行的基本任务。
调节作用，应限制机瑞电压使之不致过份升高。
另外．当几台机组并列运行时，通过励磁系统应能稳定地分配机组的无功功率。
维持电压水平和机组间稳定分损无功功率，这是励磁调节应执行的基本任务。
二、提高同步发电机并列运行的稳定性电力系统可靠供电的首要要求，是使并入系统中的所有同步发电机保持同步运行。
系统在运行中随时会遭受各种扰动，这样，伴随着励磁调节,系统将由一种平衡状态企图建立新的平衡状态。
这一过渡历程的时间叫做暂态时间。
在这个时间内系统是振荡的,如果振荡逐渐衰减，在有限的时间内系统稳定到新的平衡状态，则称系统是稳定的。
电力系统稳定的主要标志是，在暂态时间未了，同步发电机维持或依复同步运行。
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析同步发电机是电力系统中常用的发电设备之一，其励磁系统是保证发电机正常工作的重要部分。
励磁系统的性能良好与否直接影响着发电机的稳定性和可靠性。
对同步发电机励磁系统及常见故障分析进行深入了解和研究，对于提高发电机的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。
一、同步发电机励磁系统同步发电机的励磁系统是通过向发电机的励磁绕组通入直流电流，产生磁场，从而激励旋转机械能转换为电能。
励磁系统通常包括励磁电源、励磁绕组、励磁调节器以及励磁系统的保护装置等部分。
1. 励磁电源：励磁电源通常采用直流发电机、整流设备和电容器等组成。
直流发电机产生励磁所需的直流电，整流设备将交流电转换为直流电，电容器用于滤波和稳压。
2. 励磁绕组：励磁绕组是由励磁电源产生的直流电流通入的部分，产生磁场激励发电机。
励磁绕组通常包括定子绕组、转子绕组和励磁极。
3. 励磁调节器：励磁调节器通过调节励磁电压和电流，控制发电机的励磁电流，从而调节发电机的输出电压和无功功率。
励磁调节器通常采用自动稳定系统（AVR）来实现。
4. 励磁系统保护装置：励磁系统保护装置包括欠励磁、过励磁、励磁断路器、电压继电器、过流继电器、励磁接地保护等，用于保护励磁系统的安全运行。
二、常见故障分析2. 励磁绕组故障：励磁绕组的故障主要包括绕组接触不良、短路、断路等。
这些故障可能导致发电机的励磁电流不稳定，影响发电机的输出电压和频率。
4. 励磁系统保护装置故障：励磁系统保护装置的故障可能导致对励磁系统的保护不足，从而使得励磁系统无法及时发现故障并进行处理。
三、故障处理方法1. 对励磁电源进行定期检查和维护，保证直流发电机、整流设备和电容器的正常运行。
2. 对励磁绕组进行定期检查和绝缘测试，确保绕组连接良好，没有短路和断路现象。
3. 对励磁调节器进行定期校准和检查，确保励磁电压和电流能够按照设定值稳定输出。
4. 对励磁系统保护装置进行定期测试和校准，确保对励磁系统的保护能够及时、准确地发挥作用。
同步发电机励磁系统引言同步发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它通过励磁系统来生成磁场，使得转子能够与电网同步运行。
励磁系统在同步发电机的运行中起着至关重要的作用，它对发电机的稳定运行和输出电能的质量产生着重要影响。
本文将介绍同步发电机励磁系统的原理、常见的励磁系统类型以及其在电能发电中的作用。
一、同步发电机励磁系统的原理同步发电机的励磁系统的主要作用是在转子上产生磁场，使得转子与电网的磁场同步，从而使得发电机可以向电网输出电能。
励磁系统的原理可以通过法拉第定律来解释，该定律表明磁场的变化会产生感应电动势。
在同步发电机中，励磁系统的磁场可以通过直流电流在转子上产生。
当通过励磁绕组的电流改变时，绕组周围的磁场也会发生变化，从而在转子内感应出电动势。
这个感应电动势会引起一定的电流流动，从而通过励磁绕组将转子磁场与电网磁场同步。
二、常见的励磁系统类型1. 直流励磁系统直流励磁系统是最常见的励磁系统类型之一。
在直流励磁系统中，励磁绕组通常由一组电枢绕组和磁极绕组组成。
电枢绕组通过直流电流产生磁场，并与磁极绕组相互作用，从而产生所需的磁场分布。
直流励磁系统具有调节灵活性好、响应速度快等优点，被广泛应用于各种类型的发电机。
2. 恒功率励磁系统恒功率励磁系统是一种在同步发电机中常用的励磁系统类型。
恒功率励磁系统通过自动调节输出的励磁电流，使得同步发电机在负载变化时能够保持输出功率不变。
该励磁系统利用负载的反馈信号对励磁电流进行调整，从而实现恒功率输出。
恒功率励磁系统在电能供应系统中起到了稳定电能输出的重要作用。
3. 智能励磁系统随着电力系统的发展，智能励磁系统逐渐成为同步发电机励磁系统的研究重点。
智能励磁系统利用现代控制技术和计算机技术，可以实现对励磁电流和磁场的精确控制，从而提高同步发电机的运行效率和稳定性。
智能励磁系统具有较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同负载和电网变化的要求。
三、同步发电机励磁系统在电能发电中的作用1. 稳定发电机输出电压和频率同步发电机励磁系统是保证电力系统稳定运行的关键之一。
励磁控制对电力系统稳定的影响励磁控制对电力系统稳定的影响摘要：它励可控桂励磁系统主要的优点是在发电站出口附近发生短路故障时，强励能力强，有利于提高系统的暂态稳定水平，在故障切除时间比较长、系统容量相对小的50、60年代这一优点是很突出的。
但是，随着电力系统装机容量的增大，快速保护的应用，故障切除时间的缩短，它励可控硅励磁系统的优势已不是很明显……关键词：励磁控制电力系统稳定影响第一章：励磁系统概述第一节：同步发电机励磁系统介绍它励可控硅励磁系统主要的优点是在发电站出口附近发生短路故障时，强励能力强，有利于提高系统的暂态稳定水平，在故障切除时间比较长、系统容量相对小的50、60年代这一优点是很突出的。
但是，随着电力系统装机容量的增大，快速保护的应用，故障切除时间的缩短，它励可控硅励磁系统的优势已不是很明显。
自并励可控硅励磁系统的优点是结构简单，元部件少，其励磁电源来自机端变压器，无旋转部件，运行可靠性高，维护工作量小。
且由于变压器容量的变更比交流励磁机的变更更简单、容易，因而更经济，更容易满足不同电力系统、不同电站的暂态稳定水平对励磁系统强励倍数的不同要求。
它励可控硅励磁系统的缺点是由于交流励磁机是非标准产品，难以标准化，即使是同容量的发电机，尤其是水轮发电机，由于水头、转速的不同，强励倍数的不同，交流励磁机的容量、尺寸也不同，因此，价格较自并励可控娃励磁系统贵。
另外它励可控硅励磁系统与自并励可控硅励磁系统相比较，元部件多，又有旋转部件，可靠性相对较低，运行维护量大。
自并励可控硅励磁系统的缺点是它的励磁电源来自发电机端，受发电机机端电压变化的影响。
当发电机机端电压下降时其强励能力下降，对电力系统的暂态稳定不利。
不过随着电力系统中快速保护的应用，故障切除时间的缩短，且&并励可控硅励磁系统可以通过变压器灵活地选择强励倍数，可以较好地满足电力系统暂态稳定水平的要求。
综合考虑技术和经济两方面因素，推荐在发电机组采用自并励快速励磁方式。
第一章 同步发电机励磁系统概述[ 摘 要 ] 本文阐述了同步发电机励磁系统的任务及发展，讨论了同步发电机的不同励磁方式及其特点，最后介绍了在发电机励磁控制系统的基本要求和相关技术。
[ 关键词 ] 同步发电机 励磁系统第一节 同步发电机励磁系统的任务和发展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（或称为功率单元）。
另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流,以满足运行的需要。
这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和自动灭磁等,一般称为励磁控制部分(或称为控制单元)。
不论在系统正常还是在故障情况下,同步发电机的直流励磁电流都需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。
励磁系统不但与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关,而且与发电机及其电力系统的运行稳定性能密切相关。
一．同步发电机励磁系统的任务（一)控制发电机的端电压维持发电机的端电压等于给定值是电力系统调压的主要手段之一，在负荷变化的情况下，要保证发电机的端电压为给定值则必须调节励磁。
由发电机的简化相量图(图1-1)可得:E U jI X q f f d=+ ﻩﻩ（1-1)式中：ﻩﻩE ｑ——发电机的空载电势；U ｆ——发电机的端电压；I f ——发电机的负荷电流比例。
图１-1 同步发电机简化向量图式(1-1）说明，在发电机空载电势E q 恒定的情况下，发电机端电压U f 会随负荷电流Ｉf 的加大而降低，为保证发电机端电压U f 恒定,必须随发电机负荷电流I f 的增加（或减小)，增加(或减小)发电机的空载电势E q ,而E ｑ 是发电机励磁电流Ｉfq 的函数(若不考虑饱和,Ｅｑ 和Ｉfq 成正比），故在发电机运行中,随着发电机负荷电流的变化,必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。
为了表示励磁系统维持发电机端电压恒定的能力，采用了调压精度的概念。
所谓调压精度是指在自动励磁调节器投入运行,调差单元退出，电压给定值不进行人工调整的情况下,发电机负载从零变化到视在功率额定值以及环境温度、频率、电源电压波动等在规定的范围内变化时,所引起的发电机端电压的最大变化，常用发电机额定电压的百分数表示。
一般来说,发电机在运行中引起端电压变化的主要因素是负荷电流的变化,通常用发电机调压静差率δＪ来表示这种变化。
调压静差率是指自动励磁调节器的调差单元退出,电压给定值不变，负载从额定视在功率减小到零时发电机端电压的变化率,它可由下式计算：δJ f f fe U U U (%)=-⨯0100%ﻩ ﻩﻩ ﻩ ﻩ(1-２)式中： ﻩU f0——发电机空载电压；U ｆ——发电机额定负荷时的电压；U fe ——发电机的额定电压。
通过发电机甩负荷试验可测量发电机的调压静差率，它主要取决于励磁系统的稳态开环放大系数Ｋ0，K ０越大,δJ 便越小。
（二)控制无功功率的分配当发电机并联于电力系统运行时,它输出的有功决定于从原动机输入的功率,而发电机输出的无功则和励磁电流有关。
为分析方便，假定发电机并联在无穷大母线运行，即其机端电压U f 恒定。
设发电机从原动机输入的机械功率不变,即发电机输出的有功功率P f 恒定,则有:P U I E U X f f f q f d ===cos sin ϕδ常数ﻩ ﻩﻩ ﻩ (1-3）式中： ϕ——发电机的功率因数角;δ——发电机的功率角。
U ｆ恒定、P f 恒定即意味着I f ｃｏs ϕ和E q sin δ均为常数,在发电机相量图（图1-2）上,这表示发电机电流I f 的矢端轨迹为虚线BB ’,空载电势Ｅq 的矢端轨迹为虚线A Ａ’。
当改变发电机的励磁使发电机空载电势E q 变化(如E q 由E q1 变为Ｅq2)时,发电机的负载电流Ｉf 跟着变化(由Ｉf1 变为I f ２),但其有功分量I a =I f c ｏs ϕ恒定,故变化的只是无功电流I Ｒ。
所以,在无穷大母线的情况下,调节励磁将改变发电机输出的无功。
图1-2 同步发电机与无穷大母线并联运行向量图在研究并联运行发电机组间的无功分配问题时所涉及的主要概念之一是发电机机端电压调差率。
所谓发电机机端电压调差率是指在自动励磁调节器的调差单元投入,电压给定值固定，发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负载从零变化到额定值时，用发电机额定电压百分数表示的发电机机端电压变化率δT ，通常由下式计算:δT f fr fe U U U (%)=-⨯0100% ﻩ ﻩﻩ ﻩﻩ(1－４）式中: U f0——发电机空载电压；U fr ——发电机额定无功负载时的电压;U fe ——发电机的额定电压。
发电机的端电压调差率，反映了在自动励磁调节器的作用下发电机端电压U f 随着发电机输出无功的变化。
自动励磁调节器调差单元的接法不同。
发电机端电压U f 可能随发电机输出无功电流I R 的加大而降低，即U f ＜U ｆ0，这时，称发电机有正的电压调差；也可能发电机端电压Ｕｆ随发电机输出无功电流I R 的加大而升高,即U f ＞U f0,则称发电机有负的电压调差；若发电机端电压Ｕf 不随发电机输出无功电流I R 的变化而改变，即U f =U f0,则称发电机没有电压调差，即无差调节。
图1-3表示了发电机的三种调差特性。
当多台发电机机端直接并联在一起工作时,为了使并联机组间能有稳定的无功分配,这些发电机都必须有正的电压调差,且要求调差率δT =3％~5%。
若发电机是单元接线,即它们是通过升压变压器在高压母线上并联,则要求发电机有负的调差,负调差的作用是部分补偿无功电流在升压变压器上形成的压降(国外常把调差单元称为负荷补偿器），从而使电厂高压母线电压更加稳定。
有些电厂为了减小系统电压波动所引起的发电机无功的波动，常常不投入调差单元,而这对电力系统的调压,即保持系统的电压水平是不利的。
图1-3 同步发电机的三种调差特性（三）提高同步发电机并联运行的稳定性通常把电力系统的稳定性问题分为三类，即静态稳定（Ｓteady ｓtat ｅ ｓｔabili ｔy)、暂态稳定(Ｔransient ｓｔａbility ）及动态稳定（D ｙnam ｉc ｓt ａbi ｌit ｙ）问题。
所谓静态稳定是指电力系统在受到小干扰作用时的稳定性,即受到小干扰作用后恢复原平衡状态的能力;而暂态稳定是指电力系统在受到大干扰(主要是短路)作用时的稳定性,即在大干扰作用后系统能否在新的平衡状态下稳定工作；而动态稳定是指电力系统受干扰后(包括小干扰和大干扰),在考虑了各种自动控制装置作用的情况下，长过程的稳定性问题。
励磁控制对电力系统的三类稳定的改善都有显著的作用，下面讨论励磁控制对各类稳定问题的影响。
1．励磁控制对静态稳定的影响为简化分析,设发电机工作于单机对无穷大母线系统中。
发电机F 经升压变压器SB 及输电线接到受端母线,由于受端母线为无穷大母线，它的电压幅值Ｕ和相位(设为零)都保持恒定。
图1-4表示了系统的接线图及等值电路图。
F SB图1－4若忽略发电机的凸极效应(即认为Ｘd ＝Ｘq )及回路电阻，则发电机输出的有功功率为：P E U X f q d =∑sin δﻩ ﻩ ﻩ (1-５)式中：ﻩ E q ——发电机空载电势;U ——无穷大母线电压;δ——E q 和Ｕ之间的相角差，常称功率角; X ｄ∑——系统总电抗,为发电机纵轴同步电抗X ｄ，变压器电抗ＸＴ和线路电抗X T 之和。
若发电机空载电势E ｑ恒定，则发电机的有功功率P f 将只随功率角δ变化(见图1-5）,Ｐf 和δ之间的这种正弦关系称为发电机的内功角特性。
图1-5 无自动电压调节器的发电机功角特性当发电机的原动机输入功率为P 0时,发电机存在着两个平衡的工作点a 和b 。
在a 点,若发电机因干扰而偏差平衡点，由于0>∆∆δP ,即角度的偏移∆δ所产生的功率偏移∆P(和∆δ）同号,会使发电机回归平蘅点，故ａ点是稳定的;在b 点,若发电机因干扰而偏差平衡点，由于0<∆∆δP ，即角度的偏移∆δ所产生的功率偏移∆P(和∆δ)不同号，会使发电机远离平蘅点,故ｂ点是不稳定的。
通常将dP dt当作电力系统静态稳定的判据,当0>∆∆δP 时,系统是稳定的,反之是不稳定的。
对无自动励磁调节器的发电机来说，在δ>9０°时，系统是不稳定的。
即稳定极限角为9０°。
图1-６ 有自动电压调节器时发电机的功角特性若发电机具有自动励磁调节器，由于调节器能自动维持发电机端电压的恒定,即能随角度δ的加大而加大空载电势,使发电机的实际运行曲线是一组内功角特性曲线上的点组成（参见图1-6)，这时发电机可以运行于δ>90°的区段,通常把这一区段称为人工稳定区。
即由于采用了自动励磁调节器而将原来不稳定的工作区域变为稳定区域,从物理概念上,可以这样理解：在δ>９0°的情况下,当干扰使发电机偏离了原工作点δ0,产生了角度偏移∆δ,一方面按正弦特性∆δ会产生一个负的有功增量∆P f1，（∆∆P P f f Eq cont 1=⋅⋅⨯=∂∂δδ),另一方面，∆δ加大使机端电压降低,自动励磁调节器为使机端电压恒定而加大发电机的励磁电流，使空载电势E q 产生一个增量∆E ｑ,∆E q 又使发电机产生一个正的有功增量∆Ｐｆ２,(∆∆P P EqEq f f cont 2=⋅⋅⨯=∂∂δ）,显然若∆∆P P f f 21>,因角度偏移∆δ引起的总的功率增量∆∆∆P P P f f f =+>120,即dP d fδ>0,系统变稳定了。
自动电压调节器按电压偏差调节的放大倍数越大,发电机维持端电压的能力越强,∆E q 越大，∆P f2也越大,发电机的稳定极限也就加大。
当然,对于那些离系统较近（指电气距离）的发电机来说,在系统电压突然升高时(如一条重负荷线路因事故跳闸),发电机电压会随之升高,发电机的自动励磁调节器为维持机端电压恒定,会将励磁电流减得过低，造成发电机进相以致失去静态稳定。
为防止这种情况发生，在发电机的励磁调节器中,必须装有低励限制单元。
当发电机的励磁过分降低，以致危及它的静态稳定时,低励限制动作,阻止发电机励磁的进一步降低。
2.励磁控制对电力系统动态稳定性的影响如前所述,为了提高电力系统的稳定性,希望自动励磁调节器有较大的放大系数，而这却会使系统的动态特性变坏,使系统发生振荡的可能性增加。
如何控制励磁才能使系统的动态稳定性得到提高呢？设发电机工作于单机对无穷大母线系统(见图１-4),当发电机相对于系统发生幅值不大的振荡时，有:t M ⋅∆=∆γδδsin ﻩﻩ(１-6）式中: ∆δ——对平衡点的角度偏移；∆δM ——角度振荡的偏值；γ——振荡角频率。
