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励磁控制与电力系统的小干扰稳定性 中国电力科学研究院 朱方 2006年7月

1. 励磁控制系统的任务 励磁控制系统最基本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压为给定值。 我国国家标准规定，自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。 这就要求励磁控制系统的开环增益（稳态增益）不小于100p.u（对水轮发电机），或200p.u（对汽轮发电机）。 主要原因有3个： 第一，保证电力系统运行设备的安全。 发电机运行规程规定大型同步发电机运行电压正常变化范围为5%，最高电压不得高于额定值的110%。 第二，保证发电机运行的经济性。 规程规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的90%，当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行，其他电力设备也有这个问题。 第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。

励磁控制系统的重要任务 1）励磁控制系统的重要任务是提高电力系统的稳定性。 2）电力系统稳定可分为功角（机电）稳定、电压稳定和频率稳定等。 3）功角稳定包括静态稳定、动态稳定和暂态稳定。 4）励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且也是改善电力系统稳定的措施中，最为简单、经济而有效的措施。

同步发电机励磁控制系统对提高静稳定的作用

设Ut=1.0,Us=1.0,发电机并网后运行人员不再手动去调整励磁,则无电压调节器时的静稳极限、有能维持E’恒定的调压器时的极限、有能维持发电机端电压恒定的调压器时的静稳极限分别为：0.4、1.0和1.43。 维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，是兼容的。当励磁控制系统能够维持发电机电压为恒定值时,不论是快速励磁系统,还是常规励磁系统,静态稳定极限都可以达到线路极限。 以某省电网外送断面为例，计算励磁控制对静态稳定的影响。 该省发电机原采用Eq’恒定模型计算，后进行了励磁模型的参数实测，对励磁性能不达标的机组进行整改，全面提高了励磁控制的技术性能。该省电网外送电力的主要通道共三回500kV线路。发电机采用Eq’恒定和Eq”、Ed”变化（使用实测励磁模型参数）两种模型，外送断面的静稳极限如下。 某省外送断面静稳定极限 发电机及励磁模型 Eq’恒定 详细模型及实测励磁 静稳极限 3446 MW 3864 MW 采用Eq”、Ed”变化模型和实测励磁参数的静稳极限比采用Eq’恒定的静稳极限增加418 MW ，提高了12.1％ 。

同步发电机励磁控制系统对提高暂态稳定的作用 1、提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定。

EqdsqXUEPesin



''

sin'EdsXUEPe

tUstX

UUPesin





LTTeLTTddLTTddXXXXXXXXXXXXXX

2121''21 2、励磁系统顶值电压响应比越大，励磁系统输出电压达到顶值的时间越短，对提高暂态稳定越有利。 3、充分利用励磁系统强励倍数，也是发挥励磁系统改善暂态稳定作用的一个重要因素。 励磁对暂态稳定性的影响仍用某省外送断面的暂稳极限说明。计算故障为三回外送线路中的一回，送端三相短路、0.1秒切除故障线。 1、全网发电机采用Eq’恒定模型； 2、全网发电机采用Eq” 、Ed”变化模型和实测励磁参数。

不同发电机、励磁系统模型对输电断面暂态稳定的影响 发电机励磁模型 Eq’恒定 实测励磁参数 暂稳极限 MW 2219 2666

全网采用实测的励磁参数, 某省外送断面的暂稳极限比全网发电机采用Eq’恒定的暂稳极限高447 MW，暂稳极限提高20％

分析证明，励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱（甚至变负）的最重要的原因之一。在一定的运行方式及励磁系统参数下，电压调节作用，在维持发电机电压恒定的同时，将产生负的阻尼作用。 许多研究表明，在正常实用的范围内，励磁电压调节器的负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强。因此提高电压调节精度的要求和提高动态稳定的要求是不兼容的。

解决这个不兼容性的办法有： 1、放弃调压精度要求，减少励磁控制系统的开环增益。这对静态稳定性和暂态稳定性均有不利的影响，是不可取的。 2、电压调节通道中，增加一个动态增益衰减环节。这种方法可以达到既保持电压调节精度，又可减少电压调压通道的负阻尼作用的两个目的。但是，这个环节使励磁电压响应比减少，不利于暂态稳定，也是不可取的。 3、在励磁控制系统中，增加附加励磁控制通道，即电力系统稳定器PSS。 电力系统稳定器即PSS是使用最广、最简单而有效的附加励磁控制。 2 励磁系统的分类 按结构分类 1. 直流励磁机励磁系统 2. 交流励磁机励磁系统 交流励磁机不可控整流励磁系统 交流励磁机可控整流励磁系统 3. 静止励磁系统 按励磁电压响应速度分类 常规励磁 快速励磁 高起始励磁

2.1 直流励磁机励磁系统

1-发电机定子 2-发电机励磁绕组 3-灭磁开关 4-灭磁电阻 5-直流励磁机 6-直流励磁机励磁绕组 7-手动调节电阻 8-强励开关 9-自动励磁调节器

直流励磁机励磁系统原理图

2.2 交流励磁机不可控整流器励磁系统 交流励磁机不可控整流器励磁系统原理图 1-副励磁机 2-调节器功率单元 3-主励磁机励磁绕组 4-主励磁机 5-静止整流器 6-发电机磁场绕组 7-发电机 8-电压互感器 9-电流互感器 K-灭磁开关 R-灭磁电阻

2.3 交流励磁机可控整流器励磁系统

交流励磁机可控正流器励磁系统原理图 ZLH—交流主励磁机自励恒压系统 KZ--可控整流桥 FLQ--发电机转子 F--发电机定子 YH--电压互感器 LH-电流互感器 在我国使用的交流励磁机可控整流器励磁系统，绝大部分是随发电机一起从俄罗斯和捷克等国家进口的。发电机容量从200MW～1000MW不等。国内基本没有正式生产这种励磁系统。

2.4 自并励励磁系统

自并励静止励磁系统 KZ-可控整流桥 FLQ-发电机转子 F-发电机定子 YH-电压互感器 LH-电流互感器 LB-励磁变压器

自并励静止励磁系统的主要优点是： 1. 无旋转部件，结构简单，轴系短，稳定性好； 2. 励磁变压器的二次电压和容量可以根据电力系统稳定的要求而单独设计。 3. 响应速度快，调节性能好，有利于提高电力系统的静态稳定性和暂态稳定性。 自并励静止励磁系统的主要缺点是： 它的电压调节通道容易产生负阻尼作用，导致电力系统低频振荡的发生，降低了电力系统的动态稳定性。 通过引入附加励磁控制（即采用电力系统稳定器--PSS）, 完全可以克服这一缺点。电力系统稳定器的正阻尼作用完全可以超过电压调节通道的负阻尼作用，从而提高电力系统的动态稳定性。这点，已经为国内外电力系统的实践所证明。 3、计算用励磁模型 计算用励磁模型（1）

计算用励磁模型 （2） 计算用励磁模型 （3）

计算用励磁模型 （4） 计算用励磁模型 （5）

计算用励磁模型 （6） 4、电力系统低频振荡机理分析

上世纪６０年代，北美学者Concadia和DeMello采用考虑发电机暂态电势E’q变化的飞利普斯－海佛容（Phillips-Heffrom）模型（单机——无限大母线系统）,揭示了发生电力系统低频振荡的物理本质。 在一定的电力系统运行条件下（例如远距离、重负荷等），自动电压调节器产生的阻尼力矩分量与转速变化反方向，因而是负阻尼力矩分量；当自动电压调节器的负阻尼分量超过发电机的固有正阻尼分量时，就会发生低频振荡，电压调节器的负阻尼作用是产生低频振荡的根本原因。

一机无限大系统小信号模型 4K1KMS1Sω0D2K5K

S'dTKK0313SeTeK16K

Δω

'qE

t

V







fdE

ΔT

M

eEdeKKKsTsTKKKKKsGEC6303352)1)(1()(

励磁控制系统传递函数

由于GEC(s)的迟后作用，当K5为负时，电压调节产生负阻尼如图 3-2 (a)所示，由电压调节器产生的电磁转矩ΔTE在Δω轴上的投影为负。

AVR及PSS产生的阻尼转矩 (a) AVR产生负阻尼; (b) PSS产生正阻尼

SdTKK'0313SeTeK12K5K

6K

eP

2g1g

5K

qEK6

tU

tU







pssTpssU

g21

gd

(a) (b)

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小型发电机励磁系统及其稳定性分析

小型发电机励磁系统及其稳定性分析

小型发电机励磁系统及其稳定性分析摘要：励磁系统为发电机提供励磁电流，建立发电机电压，使发电机正常工作，同时为电力系统提供所需的无功功率。

小型发电机一般采用无刷旋转交流励磁系统，无论是在正常运行还是在事故状态下，励磁系统和机组的稳定性都有很大关系，所以，电厂的技术人员要对励磁系统相关参数进行设定，对励磁系统的运行操作要进行必要的规范，以保证机组正常运行。

关键词：小型发电机；励磁系统；稳定性励磁系统稳定性，和励磁系统的形式、励磁系统参数的设置以及系统的运行方式都有很大关系，相关技术人员要对励磁系统进行详细了解，并能结合运行情况调整相关参数，并进一步调整运行指标。

本文主要针对小型发电机的无刷励磁系统及其稳定性进行分析。

一、发电机励磁系统概述1、我厂发电机励磁系统简介我厂设一台QF-6-2同步的发电机，额定容量6MW，额定电压10.5KV，配无刷旋转交流励磁系统，励磁机型号：JL-50；发电机空载时，励磁机所需励磁功率1.17A*12.5V；发电额定负载时，励磁机所需励磁功率3.33A*49.7V；发电额定强励时，强励时间不大于15S，励磁机所需最大励磁功率5.8A*87V。

发电机励磁调节器采用KWLZ型励磁调节器，系统框图如下（图一）：2、励磁调节器简介1）有AVR和AER两种调节方式，互相独立，AVR以机端电压为对象的调节方式，AER则是以励磁电流为调节对象。

2）直流复励部分，当发电机与系统并列带负荷后，复励桥有电压输出，供给附加励磁，由调节器进行电压校正，在机端发生三相短路时，复励电流可满足强励要求，复励电源取自功率CT。

3）两个通道另有蓄电池供电电源，可保证灭磁、低机端电压或者静止时的可靠监视。

二、我厂励磁系统设定及稳定性分析1、过励和低励限制分析励磁调节器原理框图如下（图二）：当过励和低励时，限制器动作，将励磁限制在设定范围内，若限制器动作，则依相应性原则，限制器偏差信号自动取得优先权，取代AVR调节，为保证限制器动作时的稳定运行，每一个限制偏差信号的增益相应匹配优先值K。

自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究

自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究

自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究第42卷第10期电力系统保护与控制Vol.42 No.10 2014年5月16日Power System Protection and Control May 16, 2014 自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究李兆伟1，周旭2，刘昱辰2，张林2，李威1，罗剑波1，赵长军3（1.南京南瑞集团公司/国网电力科学研究院，江苏南京211102；2.南京南钢产业发展有限公司，江苏南京 210035；3.国网甘肃省电力公司平凉供电公司，甘肃平凉 744000）摘要：励磁系统的控制模式和控制参数对发电机及电力系统安全稳定运行有较大影响，一些厂矿企业电网的停电事故，暴露出自备电厂运行时存在励磁系统稳定问题。

针对此问题，建立了计及恒无功、恒功率因数励磁控制方式的Heffron-Philips 扩展模型，形成系统状态矩阵，通过特征根分析研究影响励磁系统稳定性的主要因素；基于根轨迹方法提出一种考虑系统稳定性的励磁系统控制参数优化方法。

剖析了某实际厂矿企业自备电厂发电机组异常振荡现象的机理，并改进了励磁控制参数，仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：厂矿企业；自备电厂；励磁系统；励磁控制方式；根轨迹法Analysis and control for captive generator excitation system stabilityLI Zhao-wei1, ZHOU Xu2, LIU Yu-chen2, ZHANG Lin2, LI Wei1, LUO Jian-bo1, ZHAO Chang-jun3(1. NARI Group Corporation/State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 211102, China; 2. Nanjing Nangang Industry Development Co., Ltd, Nanjing 210035, China; 3. Pingliang Electric Power Company, Pingliang 744000, China) Abstract: The control mode and control parameters of excitation system exert larger influence on generator and power systemsafe and steady operation. Some power outage in the power grid of industrial enterprises revealed the excitation system stability problem in captive power plants. A Heffron-Philips extended model considering constant reactive power and constant power factor excitation control mode is established and system state matrix is formed. The main factors affecting excitation system stability are studied by eigenvalue analysis. A method for exciter parameters optimization is proposed based on system root locus. The abnormal oscillation phenomenon of captive generator in actual industrial enterprises power grid is analyzed and the exciter parameters is redesigned. The analysis and design approaches are verified by simulation results.Key words: industrial enterprises; captive power plants; excitation system; supplementary excitation control; root locus method中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2014)10-0008-070 引言大型厂矿企业通常建有自备供电系统，部分地区自备电厂装机容量已经超过系统总装机的20%。

电力调度自动化系统中小干扰稳定实时控制 刘海鹏

电力调度自动化系统中小干扰稳定实时控制 刘海鹏

电力调度自动化系统中小干扰稳定实时控制刘海鹏摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，随着社会的不断发展与科学技术的进步，电力调度自动化系统也越来越广泛地应用在电力企业的电力调度工作中，传统的紧急控制系统不仅工作参数的灵敏度上有着一定的不足，而且往往会外界的干扰，对电力调度系统的稳定性造成很大的影响。

本文首先针对当前阶段传统的紧急控制系统存在的问题进行了详细的阐述与分析，提出小干扰稳定实时控制系统，并提出了一种小干扰稳定实时控制系统，该系统以切机和切符合作为运行方式。

在本文中，利用该系统对电力调度系统中出现一定阻尼的振动进行仿真，仿真结果表明：该系统不仅可自动生成决策，而且对降低电力调度系统的阻尼、抑制振荡现象的产生以及电力调度系统稳定性的提高有着明显的作用。

关键词：电力调度自动化；；小干扰；稳定；实时控制1 电力调度自动化系统电力调度自动化系统的技术装备配置方案和系统功能规划是电力系统最重要的组成部分。

电力调度自动化系统是从运行需要、基础条件、电力系统特点的角度出发，根据电力系统发展规划、调度职责分工和调度管理体制而提出的具有经济性和实用性的电力系统。

它的内部结构复杂，是由人机联系系统、计算机系统、远动系统三类系统组成，是集安全分析、数据采集与监视控制、经济调度控制(EDC)和自动发电控制(AGC)功能为一体的自动化系统设备。

并且对于电力调度自动化系统而言，它是通过分层方法进行系统的控制，这种明确分工的方式，使变电运行效率大幅度提高，也增加的运行的安全性。

2 电力调度自动化系统中小干扰稳定实时控制2.1 小干扰稳定实时控制系统的结构设计小干扰稳定实时控制系统可根据该系统的反馈来对电力调度系统的稳定性迅速及时地做出科学有效的判断，若判断结果表明电力调度系统中出现低阻尼模态振动，会针对性地采取科学有效的方式来减弱系统振动。

但是，与传统的紧急控制系统相比，干扰稳定实时控制不仅具有简便灵活的系统流程，而且在控制方式的科学性与合理性上也有了很大的提升。

探讨发电机励磁系统对电力系统稳定性的影响

探讨发电机励磁系统对电力系统稳定性的影响

探讨发电机励磁系统对电力系统稳定性的影响作者：刘华林来源：《科技视界》2015年第03期【摘要】发电机励磁系统是同步发电机中的核心构成部分，其主要的作用是为同步发电机励电源提供一套全面性、优质性的系统服务。

先进的励磁系统能够确保电源质量的优良性能，保障电力系统安全顺利的运作以及电力系统运行相关的稳定性质量。

【关键词】励磁系统;电力系统;内功率;阻尼0 引言同步发电机中的核心部分是由发电机励磁系统构成的，发电机励磁系统主要的作用是，在运作过程中为同步发电机励磁电源提供一套全面性、优质性的系统服务。

通常情况下，发电机励磁系统是由两大核心部分构成。

其中的一部分是励磁功率输出部分，其主要的核心作用是，供应直流电流给同步发电机的磁场绕组，从而建立直流磁场;发电机励磁系统的另一部分的主要作用是，为了确保电力系统的安全稳定运行，在正常运作或者是运作过程中发生故障的情况下，能够及时地对励磁电流给予适当的调整。

根据上述综合性的分析可知，同步发电机励磁系统对于电力系统的正常运作具有举足轻重的作用。

1 励磁系统对电力系统静态稳定的影响通常情况下，汽轮发电机的功角特性用下属公式进行表示，即：P=■sinδEq其中，公式中的Eq表示的是发电机的内电势;Us表示的是，在发电机系统中受端电网的电压值;Xd表示的是，在发电机系统运作的过程中，发电机与电网两者之间产生的总电抗。

当发动机运作过程中，没有任何的励磁调节时，发电机的内电势Eq的值为常数，此时所对应的汽轮发电机的功角特性如图1（a）所示。

在该图中，这条曲线在发电机系统中也被称作是内功率特性曲线，其静态稳定功率的极限值在此时等于PM■，所对应的功角度数为90。

如果发电机系统在其运作的过程中，对于励磁进行自动的调节，那么，此时的发电机的内电势Eq的值不是常数，而是一个变值，所对应的发电机系统的传输功率会有所提升。

假设，电动机系统中的自动励磁调节具有无惯性的特性，同时，假设在发电机系统运作的过程中，负载变化的情况下，能够确保发电机的暂态电势Eq'的值趋近于一个常数。