同步发电机的励磁系统
武汉洪山电工科技有限公司 1 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：
EUjIXqffd (1-1)
式中： Eq——发电机的空载电势；
Uf——发电机的端电压；
If——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Eq恒定的情况下，发电机端电压Uf 会随负荷电流If 的加大而降低，为保证发电机端电压Uf 恒定，必须随发电机负荷电流If 的增加（或减小），增加（或减小）发电机的同步发电机的励磁系统
武汉洪山电工科技有限公司 2 空载电势Eq ，而Eq 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。
励磁系统技术要求
1.1.1 总的要求
自动励磁调节装置能在-5℃～+45℃环境温度下连续运行；也能在湿度最大的月份下，月平均最大相对湿度为90%，同时该月平均最低温度不高于25℃的环境下连续运行。励磁系统容量能满足发电机最大连续出力和强励要求。
1.1.1.1采用高起始响应的自并励静止励磁系统（采用进口产品，其中励磁变压器采用国产设备）。励磁系统的特性与参数满足电力系统各种运行方式和发电机所有运行条件的要求。
1.1.1.2在强励条件下，励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%时所需的时间不大于0.05s。
1.1.1.3 当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1.1倍时，励磁系统应保证连续运行。
1.1.1.4 励磁系统的短时过载能力超过发电机励磁绕组的短时过载能力，强励倍数不小于2（对应发电机端电压Ue时），允许强励时间不低于20秒。
1.1.1.5 发电机电压控制精度（从空载到满载电压变化）不大于0.5%的额定电压。励磁控制系统暂态增益不少于25倍。
1.1.1.6阶跃响应
（1）对于自并励静止励磁系统，在空载额定电压下，当阶跃量为发电机额定电压的5%时，超调量不大于阶跃量的30%；振荡次数不超过3次，上升时间不大于0.6秒，发电机定子电压的调节时间不大于5秒。发电机额定负载时阶跃响应：阶跃量为发电机额定电压的2%-4%，有功功率振荡次数不大于5次，阻尼比大于0.1，调节时间不大于10S。
（2）发电机零起升压时，自动电压调节器应保证发电机定子电压最大值不大于额定值的110%，振荡次数不超过3次，调节时间不超过10秒。
1.1.1.7 自动电压调节器的调压范围
发电机空载时应在70%～110%额定电压范围内稳定平滑调节整定，电压的分辨率应不大于额定电压的0.2%。手动励磁控制单元应保证发电机励磁电压能在空载额定励磁电压的20%到额定励磁电压的110%进行稳定、平滑地调节。
1 《电力系统自动装置原理》知识点
杨冠城主编
绪 论
1.电力系统自动装置
对发电厂、变电所电气设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。
电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置。
2.电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。
(1)按运行计划将发电机并网运行的操作为正常操作。
(2)电网突然发生事故，为防止事故扩大的紧急操作为反事故操作。
防止电力系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。
3．电力安全装置
发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。 自动装置及其数据的采集处理
电力系统运行的主要参数是连续的模拟量，而计算机内部参与运算的信号是离散的二进制数字信号，所以，自动装置的首要任务是数据采集和模拟信号的数字化。
1、硬件组成形式
从硬件方面看，目前电力系统自动装置的结构形式主要有四种:即微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(Distributed control system——DCS)和现场总线系统(Field bus Control System——FCS)。
2、采样
对连续的模拟信号x(t)，按一定的时间间隔TS，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。
2 采样过程就是一个在时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭(周期为TS，开关闭合时间为τ)采样开关S后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号xS(nTS)。
3、采样定理
采样周期TS决定了采样信号的质量和数量： TS太小，会使x S(nTS)的数据剧增，占用大量的内存单元；TS太大，会使模拟信号的某些信息丢失，当将采样后的信号恢复成原来的信号时，就会出现信号失真现象，而失去应有的精度。因此，选择采样周期必须有一个依据，以保证x S(nTS)能不失真地恢复原信号x(t)。这个依据就是采样定理。
自动控制系统
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自动励磁控制系统
摘要：同步发电机的励磁控制系统对发电机的输出特性具有重要自动控制系统
- 2 - 的影响。发电机的励磁系统通过闭环回路的反馈调节控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应该在允许的范围内。其中，励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
关键词：自动励磁控制系统、自动励磁调节器、励磁功率单元、励磁电流
励磁控制系统原理及其作用：
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。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器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。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
发电机的励磁系统的控制主要有单励、相励和复励，通过闭环回路的反馈调节控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应该在允许的范围内。当发电机并网运行时，发电机的励磁系统决定无功功率的分配，发动机的输出决定发电机的有功功率的分配。对于小电网独立运行的发电机而言，励磁系统直接关系到发电机的输出特性，当启动大负荷的设备时，发电机的励磁调节十分重要的。
发电机的励磁电流是由发电机的输出取得，励磁电流的大小是由AVR根据发电机的输出给定值和输出端电压、电流的反馈量自动调节；励磁系统设有强迫励磁调节单元。
励磁系统的基本功能是给同步发电机磁场绕组提供直流电流，此外励磁系统通过调节发电机励磁绕组的直流电流，控制发电机机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要，同时寸抓‘制发电机组间无功功率的合理分配，因此同步发电机励磁控制系统直接影响发电机的运行特性。在电力系统正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统对保证发电机可靠运行，有效地提高发电机及电力系自动控制系统
