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chapter2-5励磁系统稳定器

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励磁ESS和PSS稳定器

励磁ESS和PSS稳定器


jM D (d )
同步转矩系数 阻尼转矩系数
同步转矩 增量
阻尼转矩 增量
M D (d )
M e D
M s (d )
系统稳定，要求：
• 同步转矩>0 • 阻尼转矩>0
17
假定 Ede 恒定 Ede 0 无励磁控制
D
(s) Mm(s)
1 K3Td'os 0 TJ s2 0K1 1 K3Td'os K2K3K40
Eq
xd
xT 1
UG
U L1
xL
xT 2
xL UL2
U
10
1、基本方程
Uq Ud
U U
cos sin
UGq UGd
U U
cos sin
Id Xe IqXe
Eq' IqXq
Id
X
' d
I q I d
U cos0 XEq q'XUe sin 0
X
' d
Xe
U Gq
Eq'
X
' d
I
d
UGd X qIq
d 0
阻尼转矩增量
轻负荷情况下，K5>0 同步转矩增量↓
重负荷情况下，K5<0 同步转矩增量↑
阻尼转矩增量↑ 阻尼转矩增量↓
简单式励磁控制：
➢ 增加同步发电机同步转矩系数 ➢ 但同时引进了负阻尼
21
三、电力系统稳定器（PSS）
引进人为信号 → 增强阻尼
PSS的原理
转子运动方程：
TJ
d
dt
M m
'
滤波器
主要保证相位
d
继电保护安全自动装置课件——3_第二章 同步发电机励磁自动控制系统

继电保护安全自动装置课件——3_第二章 同步发电机励磁自动控制系统


③提高继电保护装置工作的正确性
当系统处于低负荷运行状态时，发电机 的励磁电流不大，若系统此时发生短路故 障，其短路电流较小，且随时间衰减，以 致带时限的继电保护不能正确工作。励磁 自动控制系统就可以通过调节发电机励磁 以增大短路电流。使继电保护正确工作。 由此可见，发电机励磁自动控制系统 在改善电力系统运行方面起了十分重要的 作用。
a F
c d 1 23
b

上述极简单的示例，使我们得到启示：在一定的 条件下，励磁自动控制系统如果能按照要求进行 某种适当的控制，同样可以改善电力系统的暂态 稳定性。
要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励 磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的 时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。
2、同步发电机励磁控制系统的任务
• ⑴电压控制 • ⑵ 控制无功功率的分配 • ⑶提高同步发电机并联运行的稳定性
• ⑷改善电力系统的运行条件
• ⑸水轮发电机组要求实行强行减磁
(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。 IG IEF
PGmax*
0.75 0.70 0.65 0.50
PGmax*
Te=0.1S
0.75
K=4
K=2 K=1
0.70
0.65 0.50
Te=0.8S
0.35
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Te(s)
0.35 0 1 2 3 4
K
⑷改善电力系统的运行条件
当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁 自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加 励磁以提高系统电压。这在下述情况下可以改善系统 的运行条件。
EXC9200励磁系统用户手册 第2章 系统组成及功能

EXC9200励磁系统用户手册 第2章 系统组成及功能

EXC9200励磁系统用户手册第 2 章系统组成及功能中国电器科学研究院有限公司广州擎天实业有限公司目录2-1EXC9200型励磁系统配置 (2)2-1.1型号规格 (2)2-1.2 EXC9200型励磁系统组成 (3)2-2励磁调节器单元 (4)2-2.1 调节通道 (4)2-2.2 励磁调节器硬件配置及技术指标 (5)2-2.3 励磁调节器软件功能 (12)2-2.4 励磁调节器的特殊控制功能 (31)2-2.5 故障和报警信号逻辑 (38)2-2.6 防错功能 (40)2-2.7 跟踪功能 (40)2-2.8 其他辅助功能 (41)2-3励磁系统功率单元 (43)2-3-1高频脉冲列形成技术 (44)2-3.2 脉冲变压器 (45)2-3.3集中式阻容保护 (45)2-3.4 智能化功率柜专有技术 (46)2-4灭磁及过压保护单元 (49)2-4.1灭磁及过压保护回路框图 (49)2-4.2灭磁柜的控制及显示部分 (51)2-4.3智能化灭磁柜专有技术 (52)2-5起励单元 (53)2-1 EXC9200型励磁系统配置EXC9200型励磁系统可根据电站具体需求，进行定制化生产，在主调节器及控制回路不变的情况下，可以选择不通的调节器冗余裕度，配置不同型式的功率整流部件和灭磁回路器件，组成多样的型号规格，可适应不同的需求。

2-1.1 型号规格FJL—4 V A L S P A D E 2 B I F⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾ (12) (13)⑴：励磁装置柜体数量⑵：调节器型号V——EXC9200⑶：调节通道组合方式T——双通道D——三通道⑷：人机界面L——液晶显示器⑸：柔性电制动———无此功能S——自并励接线，需独立的制动变压器A——他励接线，无专门的制动变压器⑹：整流桥冗余方式S——单桥，无冗余R——冷备用P——并联运行⑺：整流桥冷却方式A——实芯铝散热器H——热管散热器⑻：灭磁方式A——交流灭磁D——直流灭磁R——冗余灭磁⑼：功率柜型号（10）功率柜数量(11) 灭磁电阻型式A——线性电阻B——非线性电阻X——其它型式（12）功率柜和灭磁柜的控制显示方式I----HMI控制和显示方式，智能化N----通用表计、按钮等控制和显示方式，常规化(13) 系统内部通信互连方式F----光纤通信C----CAN总线2-1.2 EXC9200型励磁系统组成EXC9200型励磁系统主要由励磁调节器单元（调节柜）、功率单元（多个功率柜）、灭磁及过压保护单元（灭磁开关柜、灭磁柜、灭磁电阻柜等）、起励单元、励磁变压器等组成。

chapter2 同步发动机励磁自动控制系统

chapter2 同步发动机励磁自动控制系统


显然：
∆ I Q1 > ∆ I Q 2
第一节
概
述
（三）提高同步发电机并联运行的稳定性 • 励磁自动控制系统是通过改变励磁电流 I 载电动势 值来改善系统稳定性的。 E 1、励磁对静态稳定的影响
• q
EF
从而改变空
P
X ∑
G
=
E U sin δ X∑
q
δ
—系统总电抗，一般为发电机，两变压器，输电线电抗 之和； • • —发电机空载电动势 E q 和受端电压 U 间的相角。
•
第一节
概
述
（二）对励磁功率单元的要求
• • 要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定 的调节容量 具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。
第二节 同步发电机励磁系统
• 同步发电机的励磁电源实质上是一个可控 的直流电源
直流励磁机 换流困难 交流励磁机 缩短主轴长度 发电机自并励
去掉滑环和电刷 无刷励磁系
二、交流励磁机励磁系统
(一)他励交流励磁机励磁系统
交流副励磁机
起励电源
400 Hz
交流励磁机
磁场开关
V
交流发电机
G
AE
100 Hz
TA
滑环
TV
自 励 恒 压 调 节 器
可控整流器 励磁调节器
触发器
放大器
电压检测
调差
图 2-11
他励交流励磁机励磁系统原理接线
第二节 同步发电机励磁系统
• （二）、无刷励磁系统
⎛Uc −Ub ⎞ ⎟ / 0.5 = 2∆U *bc RR = ⎜ ⎜ ⎟ ⎝ Ua ⎠
式中
（1/s）
∆U*bc —图中 bc 段电压标么值。
同步发电机励磁控制系统的稳定性分析

同步发电机励磁控制系统的稳定性分析


page10
1、根轨迹绘制
（3）分离点：
jw
d
1 0.12

d
1 1.45

d
1 25

0
d1,2 0.775,16.94
-25
显然，分离点应该位于实轴上
位于 1.45 ,0.12 之间
取 d 0.775,
-8.86 -1.45 -0.775
-0.12 σ
2019-5-31 North China Electric Power University page11
Z1
m
-0.12
Z2
2019-5-31 North China Electric Power University
0σ
page18
增加环节前后之性能比较
励磁系统根轨迹向左偏移，提高系统稳定性，改善系统动态特性。
jw
Z1
jw 6.28
-25 -8.86 -1.45 -0.775
σ -0.12
-25 Z3
必需增加校正环节
-0.12 σ
改变根轨迹渐近线， 处于虚轴左半平面
励磁系统稳定器
-6.28 增加开环传递函数的 零点
2019-5-31 North China Electric Power University page14
四、 提高励磁控制系统稳定性的方法
励磁控制系统中的 励磁电压
微分
反馈到综合放大 器中
物理系统 2019-5-31 North China Electric Power University
page4
二、自动控制理论之根轨迹法
根轨迹是当开环系统某一参数（如根轨迹增益）从 零变化至无穷大时，闭环特性方程的根在s平面上移动 的轨迹。
励磁侧电力系统自适应稳定器的设计

励磁侧电力系统自适应稳定器的设计

励磁侧电力系统自适应稳定器的设计
季黄平
【期刊名称】《陕西理工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2001(017)004
【摘要】设计一种用于经输电线与无限大母线连接的同步发动机励磁侧组合系统自适应稳定器.设计的方案与传统的电力系统稳定器不同,它包括几个自适应稳定器,且这些稳定器同时又并联工作.稳定控制信号由各个单一的电力系统自适应稳定器的加权获得.同时又研究了加权系数的选择方法.最后给出的系统的仿真结果表明该稳定器与以往电力系统稳定器相比具有强的鲁棒性.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】季黄平
【作者单位】山特电子有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】CM712
【相关文献】
1.具有电力系统稳定器的船舶发电机励磁设计 [J], 孙才勤;郭晨;史成军
2.励磁附加控制对电力系统稳定器的影响实例分析 [J], 盛超;张俊峰;魏伟
3.基于自适应差分算法的电力系统稳定器参数设计 [J], 杨祉涵;张雪霞;李奇;邓美玉
4.组合电力系统自适应稳定器PSS的设计 [J], 赵中旗;郑德忠
5.励磁侧组合电力系统混合自适应稳定器PSS的设计 [J], 窦春霞
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电力系统自动装置原理 杨冠城第四章

电力系统自动装置原理 杨冠城第四章

电力系统 自动装置原理
PSS——电力系统稳定器 电力系统稳定器
PSS框图与传递函数
电力系统 自动装置原理
Kz 1 + Tz s
电力系统 自动装置原理
第二节、励磁控制系统的传递函数 第二节、
三、同步发电机传递函数
一阶惯性： GG (s ) =
KG 1 + Td′0 s
四、励磁-系统总传递函数
U G (s ) K A K G (1 + TR s ) = U REF (s ) (1 + T A s )(K E + TE s )(1 + Td′0 s )(1 + TR s ) + K A K G K R
当输电线负荷较重、转子相位角发生 振荡时，由于励磁调节器是采用按电 压偏差比例调节方式，所以提供的附 加励磁电流的相位具有使振荡角度加 大的趋势。但是，励磁调节器维持电 压是发电机运行中对其最基本的要求， 又不能取消其维持电压的功能。研究 表明，采用电力系统稳定器去产生正 阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的 负阻尼转矩，是一个比较有效的办法。
电力系统 自动装置原理
第三节、励磁自动控制系统的稳定性 第三节、
一、励磁系统稳定性计算
求系统的开环传递函数，求开环极点 计算以下量，以确定根轨迹的形状 （1）根轨迹渐进线与实轴的交点及倾角
（2）根轨迹在实轴上的分离点 （3）在 jω 轴交叉点的放大系数
根据劳斯判据，确定根轨迹与虚轴的交点 画出根轨迹图
I −I S E = EEA EEB I EEB iEE = (1 + S E )U E G φ = (1 + K )φ a E u E = Kφa
Ndφa dt + (1 + S E )U E GREE = u EE T du E + (1 + S )GR U = u E EE E EE E dt
EXC9200励磁系统用户手册 第2章 系统组成及功能

EXC9200励磁系统用户手册 第2章 系统组成及功能

EXC9200励磁系统用户手册第 2 章系统组成及功能中国电器科学研究院有限公司广州擎天实业有限公司目录2-1EXC9200型励磁系统配置 (2)2-1.1型号规格 (2)2-1.2 EXC9200型励磁系统组成 (3)2-2励磁调节器单元 (4)2-2.1 调节通道 (4)2-2.2 励磁调节器硬件配置及技术指标 (5)2-2.3 励磁调节器软件功能 (12)2-2.4 励磁调节器的特殊控制功能 (31)2-2.5 故障和报警信号逻辑 (38)2-2.6 防错功能 (40)2-2.7 跟踪功能 (40)2-2.8 其他辅助功能 (41)2-3励磁系统功率单元 (43)2-3-1高频脉冲列形成技术 (44)2-3.2 脉冲变压器 (45)2-3.3集中式阻容保护 (45)2-3.4 智能化功率柜专有技术 (46)2-4灭磁及过压保护单元 (49)2-4.1灭磁及过压保护回路框图 (49)2-4.2灭磁柜的控制及显示部分 (51)2-4.3智能化灭磁柜专有技术 (52)2-5起励单元 (53)2-1 EXC9200型励磁系统配置EXC9200型励磁系统可根据电站具体需求，进行定制化生产，在主调节器及控制回路不变的情况下，可以选择不通的调节器冗余裕度，配置不同型式的功率整流部件和灭磁回路器件，组成多样的型号规格，可适应不同的需求。

2-1.1 型号规格FJL—4 V A L S P A D E 2 B I F⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾ (12) (13)⑴：励磁装置柜体数量⑵：调节器型号V——EXC9200⑶：调节通道组合方式T——双通道D——三通道⑷：人机界面L——液晶显示器⑸：柔性电制动———无此功能S——自并励接线，需独立的制动变压器A——他励接线，无专门的制动变压器⑹：整流桥冗余方式S——单桥，无冗余R——冷备用P——并联运行⑺：整流桥冷却方式A——实芯铝散热器H——热管散热器⑻：灭磁方式A——交流灭磁D——直流灭磁R——冗余灭磁⑼：功率柜型号（10）功率柜数量(11) 灭磁电阻型式A——线性电阻B——非线性电阻X——其它型式（12）功率柜和灭磁柜的控制显示方式I----HMI控制和显示方式，智能化N----通用表计、按钮等控制和显示方式，常规化(13) 系统内部通信互连方式F----光纤通信C----CAN总线2-1.2 EXC9200型励磁系统组成EXC9200型励磁系统主要由励磁调节器单元（调节柜）、功率单元（多个功率柜）、灭磁及过压保护单元（灭磁开关柜、灭磁柜、灭磁电阻柜等）、起励单元、励磁变压器等组成。

chapter2-5励磁系统稳定器

chapter2-5励磁系统稳定器

R (s) K
2 2 s 2 n s n
阻尼比 与 a 1 和 a 2 有关。 当
0
时， 励磁系统是稳定的， 当
1 .0
0 .7
时，只有很小的过调量（约 0.5%） ；当
时，临界阻尼。
第五节 励磁系统稳定器
u
U
a1
f
a2
1 .0 0 .9
ts
ts
tr
1
s s 0 . 12 s 25
0
（2-44）
式中， K
2 . 985 T F K F
第五节 励磁系统稳定器
j
增益为 K 时的根
j Z1
Z1
1 T
25
F

o
25

1 T
测量比较电路的传递函数可用下面表示
G R (s) U
de
(s)

KR 1T
R
（2-31）
s
U G (s)
式中
KR
—电压比例系数
第五节 励磁系统稳定器
综合放大单元、移相触发单元当作一个惯性环节。放大倍数 为 K 、时间常数为 T 。它们的合成传递函数是：
A
A
G (s)
K
A
1T As
功率放大单元是晶闸管整流器，工作是断续的，有可能造成 输出平均电压 u d 滞后于触发器控制电压信号 u SM 。 滞后时间为 T z 。 在分析中，这样一个延迟 环节可近似为一惯性环节。

U
EE

1
U
E
E
x ad T
f
E de
U
EE
1 T
chapter2-6电力系统稳定器

chapter2-6电力系统稳定器


K1
M e
Eq' Eq' 0
Xq
X
' d
X
' d
Xe
I q0U sin 0
UE Q0 Xq Xe
cos 0
K2
M e Eq'
0
Xq
X
' d
Xe Xe
I q0
K3
X
' d
Xd
Xe Xe
K4
1 K3
Eq'
Ede 0
Xd
X
' d
X
' d
Xe
U sin 0
K5
UG
UU Eq' Eq' 0
M m M e
Tjs 0
s
第六节 电力系统稳定器
上述模型是在忽略同步发电机定子电阻、定子电流的直流分量（即认为 dd 0 和 dq 0 ）以
dt
dt
及阻尼绕组的作用并认为小扰动过程中发电机转速变化很小， M m 0 情况下得到的。这时
发电机电压相量图如图 2-68 所示。
d Iq
角度，则经过励磁调节器和发电机的磁场后， U PSS 产生的电磁转矩
M PSS 刚好落在速度轴（ ）上如果 M PSS 足够大，则它和端电压为信
号的励磁调节器产生的转矩
M
' e
2
综合，合成转矩
M
e2
就在第一象限，
产生的同步转矩和阻尼转矩就都是正的，就可平息振荡了。
2C K A max
1C
K A min
()
50
60
70
80
90
100
南瑞励磁培训教材10年版 第二篇NES5100励磁系统介绍

南瑞励磁培训教材10年版 第二篇NES5100励磁系统介绍

第一章 NES5100调节器的系统配置 (3)1.1电气系统配置 (3)1.1.1系统框图 (3)1.1.2 输入输出接口 (4)1.1.3 硬件配置 (6)第二章 NES5100调节器的软件系统原理 (13)2.1概述 (13)2.2励磁应用程序主流程 (13)2.3调节控制程序 (14)2.3.1模拟量测量和A/D变换 (15)2.3.2给定调节 (15)2.3.3调差 (15)2.3.4 软起励 (16)2.3.5 自动跟踪机 (16)2.3.6脉冲输出 (16)2.4.限制及保护程序 (17)2.4.1低励磁限制 (18)2.4.2 过励磁限制 (19)2.4.3 PT断线保护 (22)2.4.4 电力系统稳定器（PSS） (22)2.4.5 逻辑判断 (23)2.4.6 参考值设定 (23)2.4.7 双机通讯 (23)2.4.8 自检和自诊断 (24)2.4.9 人机对话 (24)2.4.10 对外通讯 (24)第三章NES5100调节器的界面操作 (25)3.1 NES-HMI励磁智能监控界面介绍 (25)3.1.1界面启动前的准备 (25)3.1.2界面使用 (25)3.2 参数修改 (45)3.2.1主要参数含义 (45)3.2.1.1系统设置 (46)3.2.1.2系统参数 (46)3.2.1.3采样系数 (48)3.2.1.4软压板 (48)3.2.1.5并联PID调节参数 (49)3.2.1.6串联PID调节参数 (50)3.2.1.7计算上下限 (51)3.2.1.8欠励限制器 (52)3.2.1.9过励限制器 (52)3.2.1.10 V/F限制器 (53)3.2.1.11强励反时限限制器 (54)3.2.1.12 PSS参数 (54)3.2.1.13电源检测参数 (56)3.2.1.14 U485设置 (57)3.2.1.15 DA测试组 (57)3.2.1.16 保护功能 (58)3.2.1.17附加控制 (60)3.2.1.18大阶跃设置 (60)3.2.1.19给定限制 (61)3.2.1.20开机保护 (63)3.2.1.21手自跟踪 (64)3.2.1.22 Kp调节参数 (64)3.2.1.23试验设置 (64)3.2.1.24励磁稳定器 (65)3.2.2修改参数 (65)3.2.2.1生成参数文件修改参数 (66)3.2.2.2参数设置修改参数 (68)3.2.2.1过、欠励参数修改 (70)附录一：人机界面安装 (73)1.1安装环境 (73)1.2界面安装 (73)1.2.1准备有关安装软件 (73)1.2.2确定安装环境 (73)1.2.3安装 (73)1.3界面软件设置 (76)1.3.1启动人机界面 (78)1.4下载程序和参数 (79)1.4.1下载程序 (79)1.4.1下载参数 (80)1.5下载组态逻辑文件 (81)第一章 NES5100调节器的系统配置NES5100发电机励磁调节器继承了我公司前两代励磁调节器SJ800和SAVR2000的核心技术，借鉴了前两代励磁调节器几十年现场运行经验，参考了IEEE Std 421.5TM-2005励磁系统数学模型，还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺。

《电力系统自动化(第三版)》王葵版-第2章 自动发电励磁控制4

• 当进行继电强行励磁时，励磁系统的响应曲线则常常是过阻尼的，即ζ>l 。在这种情况下，电压上升是较为＂缓慢＂的，如图2-49所示。它的过 调量是零，稳定时间是ts （即 在此以后，响应曲线与最终值的偏离始终 不大于K),上升时间为tr 。
66
我国大中型同步发电机励磁系统基本技术条件
1、同步发电机在空载额定电压情况下，当电压给定阶跃响应为 ±10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%，摆动次数不 超过3次，调节时间不超过10s。
GE (s) =
uE (s) uEE (s)
=
Nσ
K
s+
1 RE G
+
RE GS E
=
1
TE s + K E + S ' E
UEE
∑
-
1
UE
Z ad
T Es + KE
TF
SE'
+ ∑ -
1
T Es + KE
Ede
SE'
14
2.2 励磁调节器各单元的传递函数
励磁调节器主要由电压测量比较、综合放大及功率放大等 单元组成。
2
同步电机
3
8
二、励磁控制系统的传递函数
在第二节中我们讨论了同步发电机的励磁系统，励磁方式多 种多样，这里只分析比较简单的他励式直流发电机系统。
教材勘误：P54，图2-50， “uEF”应为“uEE”
i EE
λλEEE DE
u EE
= uE
G
RREEE
励磁机
发电机
图图22-5-508 他励直流励磁机
一般认为，阶跃输入对系统来说是最严竣的工作状态。如 果系统在阶跃函数作用下的动态性能满足要求，那么系统 在其他形式的函数作用下，其动态性能也是令人满意的。

《励磁调节系统》课件

案例结论
励磁调节系统在电厂中的应用，有助于提高电力系统的稳定性和安全性 ，降低运营成本，为电厂的可持续发展提供了有力支持。
某电动机控制系统中励磁调节系统的应用案例
案例概述
某电动机控制系统通过采用励磁调节系统，实现了电动机的高效、稳定运行。
案例分析
该励磁调节系统采用了智能控制算法，可以根据电动机的运行状态和负载变化进行实时调 节，优化电动机的运行性能。同时，该系统还具有过载保护和短路保护功能，提高了电动 机的运行安全性和可靠性。
PART 03
励磁调节系统的性能指标 与测试方法
励磁调节系统的性能指标
响应速度
励磁调节系统的响应速度越快，对系统 变化的调整就越及时，从而保证系统的
稳定运行。
稳定性
励磁调节系统的稳定性好，可以减小 系统振荡和失控的风险，提高系统的
可靠性。
调节精度
调节精度越高，励磁调节系统对设定 值的跟踪越准确，系统的控制精度就 越高。
励磁调节系统在电动机控制中的应用
01
02
03
调速控制
励磁调节系统可以通过调 节电动机的输入电流，改 变电动机的磁场强度，实 现电动机的调速控制。
启动控制
励磁调节系统能够优化电 动机的启动过程，减小启 动电流对电网的冲击，确 保电动机的平稳启动。
故障保护
励磁调节系统能够实时监 测电动机的运行状态，在 出现故障时及时切断电源 ，保护电动机不受损坏。
案例结论
励磁调节系统在电动机控制系统中的应用，有助于提高电动机的运行效率、稳定性和安全 性，为工业生产的自动化和智能化提供了有力支持。
某科研项目中励磁调节系统的研究与应用案例
案例概述
某科研项目致力于研究励磁调节系统在新能源领域的应用，以提高新能源发电的效率和稳定性。

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




15
Eq
输电线
降压变压器

G G
升压变压器
系统
j IG

x
d
(a)


U

d




G
j I G xT

UG

Eq
X
d
UG

X
U
T
q
(c )
U

(b )
IG

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
U P Eq sin G X
U=常 数 G
IG
如果发电机的有功功率恒定，即
PG U G I G cos C
当励磁电流改变时，
（2-3）
I G cos k1
9
不考虑定子电阻和凸极效应，发电机功率还可表示为
E qU G sin C PG Xd
当励磁电流改变时
（2-4）
E q sin K 2
EA 2 NC f
励磁绕组通入直流电，产生磁场， 当原动机拖动电机转子旋转时，磁 场与定子绕组有相对运动，会在定 子绕组感应出交流电势，即定子三 相绕组会产生三相交流电势。
1

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
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 （Steady State Stability）、和暂态稳定（Transient Stability）和动态稳定（Dynamic Stability）。 励磁电流直接影响的是 E q 。励磁自动控制系统是通 过改变励磁电流从而改变 E q 值来改善系统稳定性的。

chapter2-4励磁调节器原理


大
3.限制控制量：最大、最小励磁限
励磁系统稳定器 电力系统稳定器 最小励磁限制器 最大励磁限制器
制信号（异常情况）
图 2-28 综合放大单元的输入信号
第四节 励磁调节器原理
• 图2-28是控制信号综合放大单元原理接线图，它由正竞比电路，负 竞比电路、信号综合放大电路和互补输出电路组成。
• （1）正竞比电路。它由 VT1 、V1 ~ V2 、 R11 ~ R13
这一电压经滤波器后接平衡电压表，供手
U SM
动切换时观测平衡电压用。
AJ
U'
图 2-33
U
SM
.U
' SM
平衡电路
第四节 励磁调节器原理
三、励磁调节器的静态工作特性 （一）静态工作特性的合成
U REF
UG
测量 K1 U de 综合放大 K 2 U SM 移相触发 K 3 a
可控整流 K 4 U AVR
（b）：综合放大单元特性
U SM K 2U de
式中 K2—放大单元的放大系数。
5 O (b)
U SM O
UG
(a)
RP 右移
图 2-35 调节器的静态工作特性
第四节 励磁调节器原理
（c）：余弦波触发器的三相桥式全控整流电路具有线性特性，因此
U AVR K3 K4U SM
式中：K3、K4－移相触发和可控整流单元的放大系数。 图 2-35 中表示了调节器静止工作特性的组合过程。
U 设 0 ，则： VZ 2
U de Kc1U se Kc2 UVZ1 Kc3UVZ2
RP
其中
K
c3
Rf R7
R8
特性向右平移，如图中虚线所示。

chapter同步发电机励磁系统(与“励磁”有关文档共6张)

（5）要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，能承受高速旋转的离心 力。
（6）因为没有接触部件的磨损，所以也就没有炭粉和铜末引起的对电机绕组的污染，故电
机的绝缘寿命较长。.
第4页，共6页。
第二节 同步发电机励磁系统
• 三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
V S 三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
（3）发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，因而励磁系统的响应速度较慢。
（一）自励直流励磁机励磁系统 第二节 同步发电机励磁系统
G
(一)他励交流励磁机励磁系统
T R T V 起 （3）直接利用晶闸管取得励磁能量，机端电压与机组转速的滑一次环方成正比，故静止励磁输出的励磁电压与机组转速的一次方成比例。
第二节 同步发电机励磁系统
一、直流励磁机励磁系统 （一）自励直流励磁机励磁系统 • 发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电
• 调整励磁机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流
（二）他励直流励磁机励磁系统 • 他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，区
别：比自励多用了一台副励磁机
第1页，共6页。
第二节 同步发电机励磁系统
二、交流励磁机励磁系统
(一)他励交流励磁机励磁系统
交流副励磁机
交流励磁机
起励电源
400 Hz
AE 100Hz
V
磁场开关
交流发电机
G
TA
滑环
TV
可控整流器
自
励
恒
励磁调节器
压
调
节 器
触发器
放大器
电压检测
调差
图 2-11 他励交流励磁机励磁系统原理接线
第2页，共6页。
第二节 同步发电机励磁系统
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（三）同步发电机的传递函数 发电机端电压的稳态幅值被认为与其转子 励磁电压成正比。 其次，认为发电机的动态响应可以简化为用 一阶惯性元件的特性来表示。其空载时的时间常 数为 T 'do 。用 K G 表示发电机的放大系数
GG ( s ) = KG 1 + T do ' s
第五节 励磁系统稳定器
（四）励磁控制系统的传递函数
（2-41）
第五节 励磁系统稳定器
将前面已知的数据及 KR = 1代入上式，得
1 s(s + 0.12)(s + 25) + 2.985T F s + KF T F G(s)H(s) = 1.45⋅ K A KF ⋅ TF (s + 0.12)(s +1.45)(s + 25) s + 1 TF
π 5π = ， β1 = π ， β 3 = β1 3 3
− j6.28
图 2-62 某励磁系统的根轨迹图
第五节 励磁系统稳定器
（2）根轨迹在实轴上的分离点 闭环特征方程为
(1 + T A S )( K E + T E S )(1 + T ' do S )(1 + T R s) + K A K G K R = 0
忽略励磁机的饱和特性和放大器的饱和限制，则由图 2-61 可得
G ( s) =
K A KG (1 + T A S )( K E + T E S )(1 + T ' do S )
H ( s) =
KR 1+ TR S
K A K G (1 + T R s ) 所以 U G ( s ) = U REF ( s ) (1 + T A S )( K E + T E S )(1 + T ' do S )(1 + T R s ) + K A K G K R
A
G ( s) =
KA 1+ T A s
功率放大单元是晶闸管整流器，工作是断续的，有可能造成 输出平均电压 u d 滞后于触发器控制电压信号 u SM 。 滞后时间为 T z 。 在分析中，这样一个延迟 环节可近似为一惯性环节。
G( s) = Kz 1+ Tz s
（2-33）
第五节 励磁系统稳定器
SE
(b)
SE
+
U REF
KA ∑ −U 1 1 + TKE +TE s
KG 1 + T 'd 0 s
UG
KR 1+ T R s
图 2-61 励磁控制系统传递函数框图
第五节 励磁系统稳定器
前向传递函数表示为 G (s ) ，反馈传递函数表示为 H (s ) ，系统的传递函
G( s) U G ( s) = 数为 U REF ( s ) 1 + G ( s ) H ( s )
G
1 i EE G
EB
1
o
G
I EE
1 uE 得： ， = u EE 1 + T EE s
式中
IB
IA
图 2-59 励磁机的饱和曲线
T
EE
=
L
EE
，上式即为励磁系统不计饱和的传递函数
REE G
第五节 励磁系统稳定器
（二）励磁调节器各单元的传递函数
• 励磁调节器主要由电压测量比较、综合放大及功率放大等 单元组成。 • 电压测量比较单元由测量变压器、整流滤波电路及测量比 较电路组成。其时间常数要取决于滤波电路的参数。数值 通常在0.02～0.06之间。
上式即为同步发电机励磁控制系统的闭环传递函数。
第五节 励磁系统稳定器
三、励磁自动控制系统的稳定性
（一）典型励磁控制系统的稳定计算 设某励磁控制系统的参数如下： ：
' T A = 0 s ，T do = 8.38s ，T E = 0.69 s ， T R = 0.04 s ， K E = 1 ， K G = 1
∑
1 KE +TE s
KG 1+ T 'd 0 s
UG
sK F 1+ T F s KR 1+ T R s
图 2-63 典型补偿系统的框图
第五节 励磁系统稳定器
+
U REF
∑
−
KA UR 1+ T A s KF s 1+ T F s
1 E de KE +TE s
KG 1+ T 'd 0 s
UG
KR 1+ T R s 1 E de KE +TE s 1+ T 'd 0 s KG KR 1+ T R s KG 1+ T 'd 0 s
1 K A KG ⋅ G (s ) = （2-39） T E T ' do K E s + 1 s + ' T E T do
第五节 励磁系统稳定器
反馈传递函数为
1 1 KR 1 KGT F s s + ' s + + s + ' ' T do TR TR T F K F T do T do K F ⋅ H (s ) = 1 1 KG T F s + s + T F TR
这可以在发电机转子电压 u E 处增加一条电压速率负反馈 回路，同样将其换算到 E de 处后，其传递函数为 K F s (1+T F s ) ， 典型补偿系统框图如图 2-63 所示。
第五节 励磁系统稳定器
为了分析转子电压速率反馈对励磁控制系统根轨迹的影响，可以对 图 2-63 所示框图进行简化，其简化过程如图 2-64 所示。 由图 2-64（c）得增加转子电压速率反馈后（ T A = 0 s ）励磁控制系 统的等值前向传递函数为
用给定值带入，得
K = −( s3 + 26.57 s2 + 39.42 s + 4.32)
由 dk = 0 及 k>0
ds
解得 s = −0.775 ，这就是根轨迹在实轴上的分离点。
第五节 励磁系统稳定器
（3）在 jω 轴交叉点的放大系数： 闭环特征方程
Φ(s) = s3 + 26.57s2 + 39.42s + K + 4.32
UG
(a )
U REF
+
∑
−
−
KA UR 1+ T A s KF 1+ T F s
(b )
第五节 励磁系统稳定器
U REF
+
∑
−
K A KG (1 + T A s )(K E + T E s )(1 + T 'd 0 s )
' K F s (1 + T d 0 s ) KR + K G (1 + T F s ) 1+T R s
由图 2-61 可求得系统的开环传递函数为
G( s) H ( s) = K 4.32 K A K G K R = ( s + 0.12)( s + 1.45)( s + 25) ( s + 0.12)( s + 1.45)( s + 25)
式中
K = 4.32 K A K G K R
开环极点为 s= －0.12，s= －1.45，s= －25，它们是根轨迹的起始点。
测量比较电路的传递函数可用下面表示
U de ( s ) = K R G R ( s) = U G ( s) 1 + T R s
（2-31） ）
式中 K R —电压比例系数
第五节 励磁系统稳定器
综合放大单元、移相触发单元当作一个惯性环节。放大倍数 为 K A 、时间常数为 T 。它们的合成传递函数是：
第五节 励磁系统稳定器
（1）根轨迹渐进线与实轴的交点及倾角：
σa = −
∑ P j − ∑ zi
j =1 i =1 n m
jω ( K A K R = 241)
j 6.28
n−m
= −8.86
− 25 − 8.86
π 3
− 1.45
− 0.12
σ
(2k + 1)π β= n−m
k=0，1，2
− 0.775
一、励磁自动控制系统响应曲线的一般讨论
过调量— a1 （标幺值）是响应曲线超过稳态 响应的最大值；
a1
u
a2
上升时间— t r 是响应曲线自 10%稳态响应值 上升到 90%稳态响应值时所需的时间 稳定时间— t s 是对应一个阶跃函数的响应 时间，在此以后响应曲线的值
1.0 0.9 0.1
ts
t s
1 K s + TF 的闭环系统特征方程，作出 G0 (s )H 0 (s ) 的根轨 递函数 G0 (s )H 0 (s ) = s (s + 0.12 )(s + 25)
U EE +
∑
−
1 UE TE s + KE
' E
x ad Tf
E de
U EE
U de 1 E de TE s + KE
(c)
S
(a)
U EE +
图 2-60 他励直流励磁机传递函数
∑
−
1 TE s + KE
'
E de
(a)他励直流励磁机的传递函数框图 (b)他励直流励磁机规格化框图 (c)不计饱和他励直流励磁机规格化框图