電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)課件

第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)概述1電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)原理Anelectricgeneratororelectricmotorthatusesfieldcoilsratherthanpermanentmagnetsrequiresacurrenttobepresentinthefieldcoilsforthedevicetobeabletowork.(fromWiki)勵(lì)磁繞組通入直流電，產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)與定子繞組有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在定子繞組感應(yīng)出交流電勢(shì)，即定子三相繞組會(huì)產(chǎn)生三相交流電勢(shì)。2電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)一、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的概念和構(gòu)成勵(lì)磁系統(tǒng)：與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路電壓建立、調(diào)整及在必要時(shí)使其電壓消失的有關(guān)設(shè)備和電路。勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)部分組成圖2-1勵(lì)磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用空載電勢(shì)發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)決定于勵(lì)磁電流，改變勵(lì)磁電流就可影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性;電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)可以通過(guò)控制勵(lì)磁電流來(lái)控制電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功率的分配;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)迅速增大勵(lì)磁電流，可以改善電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。4電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)兩種不同的運(yùn)行方式：?jiǎn)螜C(jī)運(yùn)行方式：與無(wú)窮大系統(tǒng)并聯(lián)方式特點(diǎn)：機(jī)端電壓隨發(fā)電機(jī)電流的變化而變化。特點(diǎn)：機(jī)端電壓不隨發(fā)電機(jī)電流的變化而變化。5電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)控制電壓（2-1）式中，——發(fā)電機(jī)直軸電抗?？蛰d電勢(shì)和機(jī)端電壓的關(guān)系：（b）等值電路6電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

圖2-2同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電流關(guān)系(c)矢量圖

發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與端電壓的幅值關(guān)系為式中—與間的相角，即發(fā)電機(jī)的功率角；

—發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流。7電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)一般很小，可近似認(rèn)為，可得簡(jiǎn)化的運(yùn)算式為（2-2）式說(shuō)明，負(fù)荷的無(wú)功電流是造成和幅值差的主要原因，發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流越大，兩者之間的差值也越大。

由（2-2）式可以看出，同步發(fā)電機(jī)的外特性必然是下降的。當(dāng)勵(lì)磁電流一定時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓隨無(wú)功負(fù)荷增大而下降。

（2-2）8電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

圖2-3同步發(fā)電機(jī)的外特性

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)維持機(jī)端電壓為給定水平的。

9電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)控制無(wú)功功率分配

為了分析簡(jiǎn)便，設(shè)同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大母線并聯(lián)運(yùn)行，即發(fā)電機(jī)的端電壓不隨負(fù)荷大小而變化，是一個(gè)恒定的值。1、同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)運(yùn)行的有關(guān)問(wèn)題如果發(fā)電機(jī)的有功功率恒定，即（2-3）當(dāng)勵(lì)磁電流改變時(shí)，10電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)不考慮定子電阻和凸極效應(yīng)，發(fā)電機(jī)功率還可表示為（2-4）當(dāng)勵(lì)磁電流改變時(shí)11電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)(b)相量圖圖2-4同步發(fā)電機(jī)與無(wú)限大母線并聯(lián)運(yùn)行12電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)由此可見(jiàn)，與無(wú)限大母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的數(shù)值。在實(shí)際運(yùn)行中，與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的母線并不是無(wú)限大母線，母線的電壓將隨著負(fù)荷波動(dòng)而改變。改變其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不但影響發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無(wú)功功率。13電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)并聯(lián)各發(fā)電機(jī)間無(wú)功電流的分配取決于各發(fā)電機(jī)的外特性，而上傾的和多于一條水平的外特性都不能起到穩(wěn)定分配無(wú)功電流的作用。并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率的分配圖2-5并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無(wú)功負(fù)荷的分配14電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)通常我們希望發(fā)電機(jī)間無(wú)功電流應(yīng)按機(jī)組容量的大小進(jìn)行比例分配，大容量的機(jī)組擔(dān)負(fù)的無(wú)功增量應(yīng)相應(yīng)地大，小容量的機(jī)組增量應(yīng)該相應(yīng)地小。只要并聯(lián)機(jī)組的“UG—IQ*”特性完全一致（IQ*為機(jī)組無(wú)功電流與其無(wú)功電流額定值的比值），就能使得無(wú)功負(fù)荷在并聯(lián)機(jī)組間進(jìn)行比例分配。要作到這一點(diǎn)，單純地想把參加并聯(lián)運(yùn)行的大小發(fā)電機(jī)組都做成相同的“UG—IQ*”特性是很難實(shí)現(xiàn)的，甚至是不可能的，但是自動(dòng)調(diào)壓器卻可以相當(dāng)容易地作到這一點(diǎn)。15電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)在擾動(dòng)后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到另一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。通常將電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題分為三類：靜態(tài)穩(wěn)定（SteadyStateStability）、和暫態(tài)穩(wěn)定（TransientStability）和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定（DynamicStability）。勵(lì)磁電流直接影響的是。勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)改變勵(lì)磁電流從而改變值來(lái)改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的。提高穩(wěn)定性16電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-6單機(jī)向無(wú)窮大母線送電(a)接線圖；(b)等值網(wǎng)絡(luò)；(c)相量圖17電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出功率按（2-4）式可以寫成式中—系統(tǒng)總電抗，為發(fā)電機(jī)，變壓器，輸電線電抗之和；

—發(fā)電機(jī)空載電動(dòng)勢(shì)和端電壓間的相角。（2-5）

發(fā)電機(jī)輸出有功功率和功率角的關(guān)系稱為同步發(fā)電機(jī)的功率特性（或稱功角特性）。

18電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)圖2-7同步發(fā)電機(jī)的功率特性

眾所周知，當(dāng)時(shí),即（如圖中a點(diǎn)所示），系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。當(dāng)時(shí)，即（如b點(diǎn)所示），則是不穩(wěn)定的。為穩(wěn)定的極限情況，最大可能傳輸?shù)墓β蕵O限為19電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，為了可靠起見(jiàn)留有一定裕度，運(yùn)行點(diǎn)總是低于對(duì)應(yīng)功率極限值。設(shè)P0為實(shí)際輸出的功率，則把比值（2-6）

在正常運(yùn)行方式下，按功角判據(jù)計(jì)算的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)應(yīng)為15％～20％；在事故后運(yùn)行方式和特殊運(yùn)行方式下，不得低于10％?！峨娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則（2001版）》20電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)勵(lì)磁控制提高靜態(tài)穩(wěn)定性的原理圖2-8發(fā)電機(jī)的幾條代表性功率特性圖2-7同步發(fā)電機(jī)的功率特性Notice：通常把大于90度的區(qū)段稱為人工穩(wěn)定區(qū)。21電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器按電壓偏差調(diào)節(jié)的放大倍數(shù)愈大，發(fā)電機(jī)維持機(jī)端電壓的能力愈強(qiáng)，Eq增加愈大，功率特性曲線幅值愈高，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定極限功率就愈大。有了自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁后，如果仍按功率P0運(yùn)行，則提高了靜穩(wěn)定儲(chǔ)備；如果按規(guī)定的靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)運(yùn)行，則可增大發(fā)電機(jī)傳輸?shù)墓β省Ｓ纱丝梢?jiàn)，性能優(yōu)良的勵(lì)磁系統(tǒng)，改善了實(shí)際的運(yùn)行功率特性，提高了穩(wěn)定極限，而且可以擴(kuò)大穩(wěn)定區(qū)，使同步發(fā)電機(jī)能在的區(qū)段運(yùn)行。22電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)擺次暫態(tài)穩(wěn)定的基本屬性：在遭受擾動(dòng)后，如果系統(tǒng)在到達(dá)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)之前動(dòng)能減小到零，則該擺次是暫態(tài)穩(wěn)定的。要求勵(lì)磁系統(tǒng)必須具有快速響應(yīng)能力，以及足夠高的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。勵(lì)磁對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-9發(fā)電機(jī)暫態(tài)功角特性曲線23電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁頂值電壓是勵(lì)磁功率單元在強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)，可能提供的最高輸出電壓值，該值與額定工況下勵(lì)磁電壓之比稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。其值的大小，涉及制造和成本等因素，一般取1.6-2。提高勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力，即提高電壓強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和電壓上升速度，被認(rèn)為是提供電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性最經(jīng)濟(jì)、最有效的手段之一。隨著繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作速度的提高，強(qiáng)勵(lì)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的作用有所減小，因?yàn)閺?qiáng)勵(lì)作用的時(shí)間縮短了。但強(qiáng)勵(lì)對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)仍是十分重要的。24電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)和強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-10勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)Te與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系，由圖可見(jiàn)在0.3s以下時(shí)，提高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)K對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定極限功率有顯著效果。當(dāng)Te較大時(shí)，效果就不明顯。圖2-10時(shí)間常數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系25電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)圖2-11強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系

從圖2-11的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率之間的關(guān)系中，可以說(shuō)明當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)既有快速響應(yīng)特性又有高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)時(shí)，才對(duì)改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定有明顯的作用。26電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)改善異步電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)條件改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件圖2-12短路切除后電壓的恢復(fù)1-無(wú)勵(lì)磁自動(dòng)控制；2-有勵(lì)磁自動(dòng)控制27電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件同步發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁時(shí)，需要從系統(tǒng)中吸收大量無(wú)功功率，造成系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在此情況下，如果系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)組能提供足夠的無(wú)功功率維持系統(tǒng)電壓水平，則失磁的發(fā)電機(jī)還可以在一定時(shí)間內(nèi)以異步運(yùn)行方式維持運(yùn)行，這不但可以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行而且有利于機(jī)組熱力設(shè)備的運(yùn)行。28電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不大，若系統(tǒng)此時(shí)發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時(shí)間衰減，以致帶時(shí)限的繼電保護(hù)不能正確工作。勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁以增大短路電流。使繼電保護(hù)正確工作。29電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障突然跳閘時(shí)，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會(huì)使轉(zhuǎn)速急劇上升。如果不采取措施迅速降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，則發(fā)電機(jī)電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁。水輪發(fā)電機(jī)組強(qiáng)行減磁30電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能維持發(fā)電機(jī)電壓在給定的水平。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的自然調(diào)差率一般在1％以內(nèi)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無(wú)功功率，為此，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率可以在土10％以內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器沒(méi)有失靈區(qū)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。二、對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求31電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求要求勵(lì)磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量。具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。32電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)33電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)34勵(lì)磁方式的分類直流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)靜止電源供電自勵(lì)他勵(lì)自勵(lì)他勵(lì)自并勵(lì)自復(fù)勵(lì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)35直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是過(guò)去常用的一種勵(lì)磁方式；限于換相制約，通常只在10萬(wàn)kW以下機(jī)組中采用。直流勵(lì)磁機(jī)大多與發(fā)電機(jī)同軸，它是靠剩磁來(lái)建立電壓的；按勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組供電方式的不同，又可分為自勵(lì)式和他勵(lì)式兩種。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)36圖2－15自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖FLQIRCLLQILQIZTLRcYHF

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器=L電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)37他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)IZTLFLYHFLILQ==

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器IRC圖2—16他勵(lì)直流勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自勵(lì)與他勵(lì)的區(qū)別他勵(lì)比自勵(lì)多用了一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)；他勵(lì)方式勵(lì)磁單元的時(shí)間常數(shù)就是勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)，與自勵(lì)方式相比，時(shí)間常數(shù)減小了，即提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓增長(zhǎng)速率（第三節(jié)討論）。他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般用于水輪發(fā)電機(jī)組；自勵(lì)與他勵(lì)的區(qū)別直流勵(lì)磁機(jī)有電刷、整流子等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件，運(yùn)行維護(hù)繁雜，從可靠性來(lái)說(shuō)，它又是勵(lì)磁系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。38區(qū)別電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)因直流勵(lì)磁機(jī)有整流環(huán)，是安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，故近代100MW以上的發(fā)電機(jī)組都改用交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)了。

由于要求勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)速度很快，所以現(xiàn)在用作大型機(jī)組的交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)一般都采用他勵(lì)的方式；有交流主勵(lì)磁機(jī)也有交流副勵(lì)磁機(jī)，其頻率都大于50Hz，一般主勵(lì)磁機(jī)為100Hz或更高。交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)勵(lì)磁機(jī)電源整流方式及整流器狀態(tài)的不同又可分為以下幾種。39二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)40自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)圖2-13自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁接線電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)41他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)圖2-15他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)42圖2-16永磁式副勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)圖永磁式感應(yīng)子中頻發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最豐富的一種系統(tǒng)；滑環(huán)限值了勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性的提高。43無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)圖2-17無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)為：無(wú)炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁由勵(lì)磁機(jī)獨(dú)立供電，供電可靠性高。并且由于無(wú)刷，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性更高。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制是通過(guò)調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)的，因而勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。44電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其勵(lì)磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，因此在轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接滅磁，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測(cè)（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子絕緣，熔斷器熔斷信號(hào)等），必須采用特殊的測(cè)試方法。要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機(jī)械性能，能承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。因?yàn)闆](méi)有接觸部件的磨損，所以也就沒(méi)有炭粉和銅末引起的對(duì)電機(jī)繞組的污染，故電機(jī)的絕緣壽命較長(zhǎng)。45電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁機(jī)本身就是可靠性不高的元件，它是勵(lì)磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)致之一，因勵(lì)磁機(jī)故障而迫使發(fā)電機(jī)退出工作的事故并非鮮見(jiàn)。故相應(yīng)出現(xiàn)了不用專門勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式。靜止勵(lì)磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源不用勵(lì)磁機(jī)，而由機(jī)端勵(lì)磁變壓器供給整流裝置。這類勵(lì)磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故稱靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。46三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)概念：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端，經(jīng)勵(lì)磁變壓器、晶閘管整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。由于勵(lì)磁變壓器是并聯(lián)在發(fā)電機(jī)端的，且發(fā)電機(jī)向自己提供勵(lì)磁電源，所以稱為自并勵(lì)勵(lì)磁方式。47自并勵(lì)勵(lì)磁方式圖2-18自并勵(lì)勵(lì)磁方式接線原理圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)（從取消勵(lì)磁機(jī)分析）發(fā)電機(jī)主軸長(zhǎng)度縮短、造價(jià)降低、占地減少；沒(méi)有了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或機(jī)械接觸類元件，使用元件數(shù)目減少，可靠性增加；缺點(diǎn)（從勵(lì)磁電源取自機(jī)端分析）時(shí)間常數(shù)較大，使響應(yīng)速度受到不利影響；在故障情況下，強(qiáng)勵(lì)不能充分發(fā)揮，發(fā)電機(jī)不能向系統(tǒng)提供充分的無(wú)功功率，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的反事故能力是十分有害的。自并勵(lì)勵(lì)磁方式具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，被推薦用于大型發(fā)電機(jī)組，特別是水輪發(fā)電機(jī)組。國(guó)外某些公司把這種方式列為大型機(jī)組的定型勵(lì)磁方式。48自并勵(lì)勵(lì)磁的特點(diǎn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)由于短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)是否能正確的動(dòng)作；對(duì)于大、中容量的機(jī)組。由于其轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)較大，轉(zhuǎn)子電流要在短路0.5s后才顯著衰減。因此，在短路剛開(kāi)始的0.5s內(nèi)自并勵(lì)勵(lì)磁方式和他勵(lì)方式的勵(lì)磁電流是很接近的，只是在短路0.5s后，才有明顯的差別?？紤]到高壓電網(wǎng)中重要設(shè)備的主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間都在0.1s之內(nèi)，且都設(shè)雙重保護(hù)，因此沒(méi)有必要擔(dān)心。49對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的疑惑電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的頂值電壓受發(fā)電機(jī)端和系統(tǒng)側(cè)故障的影響，在發(fā)電機(jī)近端三相短路而切除時(shí)間又較長(zhǎng)的情況下，不能及時(shí)提供足夠的勵(lì)磁，以致影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)特別適宜用于發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間有升壓變壓器的單元接線中。由于發(fā)電機(jī)引出線采用封閉母線，機(jī)端電壓引出故障的可能性極小，設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮在變壓器高壓側(cè)三相短路時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)有足夠的電壓即可。

50Con’t電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)把發(fā)電機(jī)電流取出一部分經(jīng)過(guò)整流后作為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，這種方式稱為復(fù)式勵(lì)磁。同時(shí)從機(jī)端電壓和機(jī)端電流取得電源的勵(lì)磁方式，就是自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式。較自并勵(lì)方式而言，增加了復(fù)勵(lì)部分，增大了故障情況下的強(qiáng)勵(lì)能力；同時(shí)增大了接線的復(fù)雜性。實(shí)際應(yīng)用中，自復(fù)勵(lì)要少于自并勵(lì)方式。51自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)52電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)53電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的建立、強(qiáng)勵(lì)和滅磁54電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)事故情況下要求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能夠迅速增加，以彌補(bǔ)系統(tǒng)無(wú)功功率的缺額。要使繼電器強(qiáng)勵(lì)的效果能夠及時(shí)發(fā)揮，要求勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)要??；其次磁場(chǎng)的建立速度要快，一般用勵(lì)磁電壓響應(yīng)比來(lái)表示轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)建立的快慢。在某些情況下，為防止因過(guò)勵(lì)磁而產(chǎn)生過(guò)電壓，要求轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)內(nèi)存儲(chǔ)的大量能量迅速消釋，稱為滅磁問(wèn)題。55電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)他勵(lì)直流機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)56一、勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)式中、——?jiǎng)?lì)磁機(jī)勵(lì)磁線圈的電阻和電感。（2-6）圖2-14(a)他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)計(jì)算原理圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)57由式（2-6），IEE是按指數(shù)曲線增長(zhǎng)的，其時(shí)間常數(shù)為:（2-7）由于勵(lì)磁機(jī)電勢(shì)UE正比于，也是按指數(shù)曲線增加的。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自勵(lì)直流機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)58在這條虛線上任一點(diǎn)的勵(lì)磁機(jī)電勢(shì)為圖2-15自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)等值特性圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)59對(duì)自勵(lì)勵(lì)磁機(jī)的電勢(shì)，也有式中—自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的殘余電勢(shì)值

—?jiǎng)?lì)磁機(jī)的工作電壓值

—?jiǎng)?lì)磁機(jī)的工作電流值

k—比例常數(shù)于是以式（2-8）代入，得（2-8）電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)60由此得自勵(lì)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)整理得（2-9）電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自勵(lì)與他勵(lì)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的比較61（2-7）（2-9）

但自勵(lì)系統(tǒng)UE的建立過(guò)程卻是UE與IEE相互作用的結(jié)果。圖2-20說(shuō)明，對(duì)自勵(lì)系統(tǒng)而言，外加電勢(shì)只是Eo，起勵(lì)以后，雖然IEE促使UE加大，但本身的增長(zhǎng)，又依靠UE增長(zhǎng)后的反作用，它們互相促進(jìn)，最后穩(wěn)定在1點(diǎn)。由于IEE的增長(zhǎng)要依賴于UE的增長(zhǎng)，所以，他的上升過(guò)程就延長(zhǎng)了，其等值時(shí)間常數(shù)就大為增加。

比較式（2-7）與式（2-9），由于k值比較接近于，可以看出他勵(lì)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于自勵(lì)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，其原因就在于他勵(lì)系統(tǒng)的電壓的建立過(guò)程與本身無(wú)關(guān)，它完全是由于外加電動(dòng)勢(shì)E的作用，即只與勵(lì)磁線圈的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)自勵(lì)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)比他勵(lì)系統(tǒng)的大，電壓變化過(guò)程的慣性比較大，這個(gè)結(jié)論不僅對(duì)直流勵(lì)磁機(jī)適用，對(duì)其他的自勵(lì)系統(tǒng)與他勵(lì)系統(tǒng)一般的也是適合的。

常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般是指直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)，快速勵(lì)磁系統(tǒng)則是有高頻交流勵(lì)磁機(jī)組成的。由于其頻率較高，達(dá)到同樣勵(lì)磁電壓需要磁通量可以大為減少，因而勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)也大為減小。

62電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)磁場(chǎng)建立、強(qiáng)勵(lì)和滅磁63電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓因故障降低到約（80～85）％額定值時(shí)，希望同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁能迅速上升到頂值。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的速度增大，有利于繼電保護(hù)、系統(tǒng)電壓恢復(fù)、電機(jī)自起動(dòng)。機(jī)端電壓降低時(shí)迅速將勵(lì)磁增加到頂值的措施稱之為強(qiáng)行勵(lì)磁，簡(jiǎn)稱強(qiáng)勵(lì)。64二、同步發(fā)電機(jī)的強(qiáng)行勵(lì)磁電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)要使強(qiáng)勵(lì)充分發(fā)揮，都應(yīng)滿足強(qiáng)勵(lì)電壓頂值高、勵(lì)磁響應(yīng)速度快的基本要求。所以強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和強(qiáng)勵(lì)電壓響應(yīng)比是衡量強(qiáng)勵(lì)能力的兩個(gè)指標(biāo)。強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)強(qiáng)勵(lì)時(shí)實(shí)際能達(dá)到的最高勵(lì)磁電壓ULmax與額定勵(lì)磁電壓ULe

的比值，稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。K越大，強(qiáng)勵(lì)效果越好。但提高K值受到勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備費(fèi)用的限制，一般K取為1.8~2。65兩個(gè)強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比66

勵(lì)磁電壓響應(yīng)比又稱為勵(lì)磁電壓響應(yīng)倍率，能反映出勵(lì)磁響應(yīng)速度的大小，表示了勵(lì)磁電壓的響應(yīng)能力。

對(duì)勵(lì)磁機(jī)而言，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路是勵(lì)磁機(jī)的負(fù)載。考慮到轉(zhuǎn)子繞組是一個(gè)電感，故有：（2-10）圖2-22勵(lì)磁繞組等值電路圖式中—發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓上升曲線；

—強(qiáng)勵(lì)t秒時(shí)轉(zhuǎn)子回路的磁通量；

—

與轉(zhuǎn)子參數(shù)有關(guān)的常數(shù)。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)67

一般地說(shuō)，在暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程中，發(fā)電機(jī)功率角搖擺到第一個(gè)周期最大值的時(shí)間約為0.4-0.7s，所以，通常將勵(lì)磁電壓在最初0.5s內(nèi)上升的平均速率定義為勵(lì)磁電壓響應(yīng)比。圖2-16勵(lì)磁電壓上升速度的確定電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)68

對(duì)常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)，該值為2左右；在快速勵(lì)磁系統(tǒng)中，可達(dá)6～7。

對(duì)于快速勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果t取0.5s，則顯得強(qiáng)勵(lì)太慢而無(wú)實(shí)際意義。為此，出現(xiàn)了用0.1s或0.2s時(shí)間來(lái)定義快速勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電壓響應(yīng)比。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)69圖2-23勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間

如果勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間為0.1s或更短的勵(lì)磁系統(tǒng)，稱為高初始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。響應(yīng)時(shí)間電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)滅磁就是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的磁場(chǎng)盡快的減弱到最小程度。方法：勵(lì)磁回路斷開(kāi)；將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組自動(dòng)接到放電電阻滅磁。對(duì)滅磁要求滅磁時(shí)間要短，這是評(píng)價(jià)滅磁裝置的重要技術(shù)指標(biāo)滅磁過(guò)程中轉(zhuǎn)子電壓不應(yīng)超過(guò)允許值，通常取額定勵(lì)磁電壓的4～5倍。70三、滅磁電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)71勵(lì)磁繞組對(duì)恒定電阻放電滅磁圖2-24滅磁開(kāi)關(guān)接線圖圖2-25滅磁過(guò)程示意圖

滅磁電阻一般為轉(zhuǎn)子繞組熱狀態(tài)電阻值的4～5倍。滅磁時(shí)間約為5～7s。

滅磁時(shí)間與滅磁電阻成反比：電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)72理想的滅磁過(guò)程

理想的滅磁過(guò)程，在每次過(guò)程中始終保持GEW的端電壓為最大允許值不變，直至勵(lì)磁回路斷開(kāi)為止。 圖2-26滅磁過(guò)程比較電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理73電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)74一、自動(dòng)調(diào)節(jié)器的功能和基本框圖

勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元的最基本部分是一個(gè)閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。它的輸入量是發(fā)電機(jī)電壓，輸出量是勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流或是轉(zhuǎn)子電流。

兩個(gè)功能：保持發(fā)電機(jī)端電壓、并聯(lián)機(jī)組間無(wú)功功率分配。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)75人工調(diào)節(jié)規(guī)律總結(jié)圖2-30人工調(diào)壓的作用電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)76圖2-31自動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理框圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的型式很多，但自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分卻很相似。基本的控制由測(cè)量比較、綜合放大、移相觸發(fā)單元組成。77二、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)78測(cè)量比較單元圖2-26電壓測(cè)量環(huán)節(jié)原理圖測(cè)量比較單元的作用是測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓的偏差信號(hào)。測(cè)量比較單元由電壓測(cè)量、比較整定環(huán)節(jié)組成。1、電壓測(cè)量電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)79圖2-34比較整定電路(a)原理電路；(b)輸出特性2、比較整定電路電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)80綜合放大單元圖2-35綜合放大單元的輸入信號(hào)各輸入控制信號(hào)按其性質(zhì)可分為三種類型：被調(diào)量控制量（基本控制量）、反饋控制量（為改善控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的輔助控制量）、限制控制量（按發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況要求的特殊限制量）。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)移相觸發(fā)單元是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出單元，它根據(jù)綜合放大單元送來(lái)的綜合控制信號(hào)的變化，產(chǎn)生可以改變相位的脈沖，用以觸發(fā)功率整流單元的晶閘管，從而改變可控整流單元的輸出，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的目的。81移相觸發(fā)單元圖2-31移相觸發(fā)單元原理框圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由自動(dòng)勵(lì)磁(AC)調(diào)節(jié)器和手動(dòng)勵(lì)磁(DC)調(diào)節(jié)器組成，為雙通道結(jié)構(gòu)。AC調(diào)節(jié)器是主勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，按發(fā)電機(jī)端電壓對(duì)給定值的偏差量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，以維持機(jī)端電壓穩(wěn)定，正常運(yùn)行時(shí)，AC調(diào)節(jié)器工作，DC調(diào)節(jié)器作AC調(diào)節(jié)器的備用。當(dāng)AC調(diào)節(jié)器故障時(shí)，由AC-DC自動(dòng)切換裝置控制，將DC調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，可保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。為了防止AC調(diào)節(jié)器向DC調(diào)節(jié)器切換引起沖擊，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中還設(shè)有DC調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤AC調(diào)節(jié)器的自動(dòng)跟隨器，可確保切換沖擊最小。

82自動(dòng)－手動(dòng)的自動(dòng)切換電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的合成K1、K2、K3、K4分別表示各單元的增益，其間輸入量輸出量的符號(hào)如圖所示。83勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性圖2-34勵(lì)磁調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化框圖

測(cè)量K1

綜合放大K2

移相觸發(fā)K3可控整流K4電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)84綜合放大單元：

測(cè)量單元：電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)85三相橋式全控整流電路具有線性特性電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)86圖2-35調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性右移當(dāng)調(diào)整整定電位器使參考電壓增大時(shí)，特性曲線將右移，反之，特性曲線將左移。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)87勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的特性曲線在工作區(qū)內(nèi)的陡度，是調(diào)節(jié)器性能的主要指標(biāo)之一，即式中K—調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)可見(jiàn)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)等于各組成單元放大倍數(shù)的乘積。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)88發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性圖2-36發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)特性的形成(a)調(diào)節(jié)特性；(b)無(wú)功調(diào)節(jié)特性電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)89調(diào)差系數(shù)用表示，其定義為式中

—發(fā)電機(jī)額定電壓

、—分別為空載運(yùn)行和帶額定無(wú)功電流時(shí)的發(fā)電機(jī)電壓,一般取。(2-19) 圖2-37無(wú)功調(diào)節(jié)特性電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)90圖2-44發(fā)電機(jī)調(diào)差特性與外特性調(diào)差系數(shù)也可用百分?jǐn)?shù)表示，即調(diào)差系數(shù)表示無(wú)功電流從零增加到額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化。調(diào)差系數(shù)越小，無(wú)功電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓變化越小。調(diào)差系數(shù)表征了勵(lì)磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓的能力。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)越大，ab直線越平緩，調(diào)差系數(shù)就越小。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)需要對(duì)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作特性進(jìn)行調(diào)整：保證并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無(wú)功電流的合理分配，即改變調(diào)差系數(shù)；保證發(fā)電機(jī)能平穩(wěn)的投入和退出工作，平穩(wěn)的改變無(wú)功負(fù)荷，而不發(fā)生無(wú)功功率的沖擊現(xiàn)象；即上下平移無(wú)功調(diào)節(jié)特性。91四、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)決定于自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總的放大倍數(shù)。一般放大系數(shù)足夠大，調(diào)差系數(shù)一般都小于1％，近似為無(wú)差調(diào)節(jié)。不利于發(fā)電機(jī)組在并列運(yùn)行時(shí)無(wú)功負(fù)荷的穩(wěn)定分配；調(diào)差系數(shù)要人為的加以調(diào)整，使調(diào)差系數(shù)加大到3％～5％左右。

92調(diào)差系數(shù)的調(diào)整電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)93稱為無(wú)差調(diào)節(jié)。

圖2-38發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)與外特性電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)正調(diào)差系數(shù)，有利于維持穩(wěn)定運(yùn)行。至于負(fù)調(diào)差系數(shù)，一般只能在大型發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線時(shí)采用，這時(shí)發(fā)電機(jī)外特性具有負(fù)調(diào)差系數(shù)，但考慮變壓器阻抗壓降以后，在變壓器高壓側(cè)母線上看，仍具有正調(diào)差系數(shù)，因此負(fù)調(diào)差系數(shù)主要是用來(lái)補(bǔ)償變壓器阻抗上的壓降，使發(fā)電機(jī)-變壓器組的外特性下傾度不致太厲害，這對(duì)于大型機(jī)組是必要的。正負(fù)調(diào)差系數(shù)可以通過(guò)改變調(diào)差接線極性來(lái)獲得，調(diào)差系數(shù)一般在±5%以內(nèi)。調(diào)差系數(shù)的調(diào)節(jié)原理見(jiàn)下頁(yè)。

94電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)在不改變調(diào)壓器內(nèi)部元件結(jié)構(gòu)的條件下，在測(cè)量元件的輸入量中，除UG外，再增加一個(gè)與無(wú)功電流IQ成正比的分量，就獲得調(diào)整調(diào)差系數(shù)的效果。

95圖2-39調(diào)差系數(shù)原理框圖在圖2-39中，測(cè)量單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未改變。其放大倍數(shù)仍為，只將輸入量改為由于測(cè)量單元的放大倍數(shù)并未變化。所以有時(shí)稱調(diào)差接線為無(wú)功補(bǔ)償接線。于是測(cè)量輸入變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)96圖2-46兩相式正調(diào)差接線電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)97發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性的平移發(fā)電機(jī)投入或退出電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，要求能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不要引起對(duì)電網(wǎng)的沖擊。圖2-48調(diào)節(jié)特性的平移與機(jī)組無(wú)功功率的關(guān)系電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)98圖2-49調(diào)節(jié)特性的平移

通過(guò)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的整定值RP來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性。

整定值增加，無(wú)功調(diào)節(jié)特性上移。

整定值減小，無(wú)功調(diào)節(jié)特性下移。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)輔助勵(lì)磁控制的必要性：線路充電電容導(dǎo)致電壓升高發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行；受靜態(tài)穩(wěn)定極限和定子端部發(fā)熱限制。勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有高起始的響應(yīng)特性勵(lì)磁電流過(guò)大，超過(guò)規(guī)定的強(qiáng)勵(lì)電流會(huì)危及發(fā)電機(jī)的安全；須設(shè)置瞬時(shí)電流限制器以限制強(qiáng)勵(lì)頂值電流。不參與正常情況下的自動(dòng)控制；通過(guò)信號(hào)綜合放大電路中的競(jìng)比閉鎖正常的電壓控制起作用。99五、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輔助控制電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)欠勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)的無(wú)功功率，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為進(jìn)相運(yùn)行。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)

受靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制100最小勵(lì)磁限制（也稱之為“欠勵(lì)磁限制”）圖2-6單機(jī)無(wú)窮大母線相量圖電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)101

從式（2-25）中很明顯的看到：計(jì)及外部阻抗時(shí)，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行靜穩(wěn)定極限的軌跡是一個(gè)圓，其圓心在Q軸上，距原點(diǎn)為

其半徑為，如圖2-51所示。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)限制發(fā)電機(jī)在允許進(jìn)相容量曲線之上，從而防止發(fā)電機(jī)定子端部過(guò)熱。在相同視在功率條件下，發(fā)電機(jī)隨著功率因數(shù)由滯相向進(jìn)相轉(zhuǎn)移，發(fā)電機(jī)定子端部漏磁磁密值相應(yīng)增高，這將引起定子端部元件的損耗發(fā)熱也趨向嚴(yán)重。隨著發(fā)電機(jī)進(jìn)相程度的增大，要維持發(fā)電機(jī)端部元件的溫度不超過(guò)允許值，其出力便要相應(yīng)的降低。防止定子端部過(guò)熱，是發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度的一個(gè)限制因素。

102電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)103圖2-44最小勵(lì)磁限制線

在P-Q平面上，繪制出發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量曲線和臨界失步曲線，再在兩曲線圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚ㄒ粭l最小勵(lì)磁限制線。

欠勵(lì)限制器的任務(wù)就是確保在任何情況下，將發(fā)電機(jī)的功率運(yùn)行點(diǎn)（P、Q）限制在這條最小勵(lì)磁限制線之上。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，大容量機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)必須具有高起始響應(yīng)的性能。104瞬時(shí)電流限制圖2-53勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓對(duì)勵(lì)磁機(jī)電壓的影響當(dāng)勵(lì)磁機(jī)電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)允許的勵(lì)磁頂值電壓倍數(shù)時(shí)，應(yīng)立即對(duì)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流加以限制。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)基本原理：瞬時(shí)電流限制器檢測(cè)勵(lì)磁電流判斷信號(hào)控制。瞬時(shí)電流限制器必須設(shè)置多級(jí)，一般分為三級(jí)，其限制定值分別為1.0、1.05、1.1倍頂值電流，以此來(lái)確保發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)的運(yùn)行安全。

105電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)最大勵(lì)磁限制是為了防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組長(zhǎng)時(shí)間過(guò)勵(lì)磁而采取的安全措施。106最大勵(lì)磁限制轉(zhuǎn)子電壓標(biāo)幺值允許時(shí)間轉(zhuǎn)子電壓標(biāo)幺值允許時(shí)間1.121201.46301.25602.0810表2-1不同勵(lì)磁電壓的允許時(shí)間電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)107最大勵(lì)磁限制器具有反時(shí)限特性。另外，定時(shí)限限制器可以與反時(shí)限限制器配合使用；當(dāng)反時(shí)限限制器動(dòng)作后，轉(zhuǎn)子電流在規(guī)定時(shí)間（如3～5s）內(nèi)未能恢復(fù)到反時(shí)限限制器的啟動(dòng)值（如1.1倍的額定勵(lì)磁電流）以下，則定時(shí)限限制器動(dòng)作，跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)。定時(shí)限限制器作為反時(shí)限限制器的后備保護(hù)。

圖2-55最大勵(lì)磁限制器反時(shí)限特性電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓可能較高如甩負(fù)荷時(shí)；發(fā)電機(jī)端頻率可能較低如機(jī)組啟動(dòng)期間。如果其機(jī)端電壓UG與其頻率fG的比值UG/fG過(guò)高，則同步發(fā)電機(jī)及與其相連的主變壓器的鐵心就會(huì)飽和，使空載勵(lì)磁電流造成鐵心過(guò)熱。V/Hz（伏/赫）限制器的任務(wù)，就是保證在任何情況下，將比值UG/fG限制在允許的安全數(shù)值以下。

V/Hz（伏/赫）限制器，用于防止發(fā)電機(jī)的端電壓與頻率的比值過(guò)高，避免發(fā)電機(jī)及與其相連的主變壓器鐵心飽和而引起的過(guò)熱108V/Hz（伏/赫）限制器電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)109勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)的功能電壓控制無(wú)功功率分配提高穩(wěn)定性直流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)靜止勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)滅磁自勵(lì)他勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器測(cè)量比較綜合放大移相觸發(fā)靜態(tài)特性電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)第七節(jié)勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真1.對(duì)第五節(jié)中勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性算例進(jìn)行MATLAB仿真

已知開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為閉環(huán)傳遞函數(shù)為其中,

電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)1.1求當(dāng)K=0~1315變化時(shí)的根軌跡

指令如下：num=1;den=[126.9549.47518.125];figure(1),rlocus(num,den);axis([-305-1010])結(jié)果如圖2-73所示。與課本圖2-54比較，完全一致。

圖2-73電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)1.2用matlab指令求階躍響應(yīng)

指令如下：kA=50;numc=0.725*kA*[125];denc=[1，26.95，49.475，18.125+18.125*kA];t=0:.05:20;c=step(numc,denc,t);figure(2),plot(t,c),xlabel('t,s'),gridtitle('Terminalvoltagestepresponse')機(jī)端電壓階躍響應(yīng)如圖2-74。其中時(shí)域特性指標(biāo)為：圖2-74峰值時(shí)間=0.52174s，超調(diào)量=85.7143%；上升時(shí)間=0.30434s，穩(wěn)定時(shí)間=19.1667s電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)在simulink中建立模型框圖2-75，使其運(yùn)行結(jié)果與圖2-74相同。

2.添加電壓負(fù)反饋把參數(shù)代入圖2-63的框圖，并取，得開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)為

圖2-75電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為取，代入上式得穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為2.1求階躍響應(yīng)

MATLAB指令如下：kA=50;numc=0.725*kA*[125.5513.75];電力系統(tǒng)自動(dòng)化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)denc=[1，27.5+0.805*kA，64.298+20.527*kA，45.336+28.175*kA，9.969+10.062*kA];t=0:.05:10;c=step(numc,denc,t);figure(2),plot(t,c),xlabel('t,s'),gridtitle('Terminalvoltagestepre