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第二章 同步发电机励磁自动控制系统,第一节 概述 第二节 同步发电机励磁系统 第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁 第四节 励磁调节器静态特性的调整 第五节 励磁自动控制系统的动态特性 第六节 励磁自动控制系统对电力系统稳定的影响,第一节 概述,一、同步发电机励磁自动控制系统的组成 二、同步发电机励磁自动控制系统的基本任务 三、同步发电机励磁系统设计的基本要求,第一节 概述,控制同步发电机的励磁,一、同步发电机励磁自动控制系统的组成,第一节 概述,励磁自动控制系统构成,一、同步发电机励磁自动控制系统的组成,1. 维持系统电压正常水平 电力系统电压水平主要是由电力系统中无功功率平衡来维持。 整个电力系统无功功率平衡关系可由下式表示：,无功电源i向系统供给的无功功率； 负荷j所消耗的无功功率；,电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率；,一）电力系统无功功率控制的必要性,二 、同步发电机励磁自动控制系统的基本任务,在任意时刻，系统所产生的无功功率与系统中所消耗的无功功率总是平衡的。问题是在多高的电压下达到平衡的?,系统无功负荷(包括无功损耗)静态电压特性如下图所示。,系统无功电源所发出的无功功率偏离系统在额定电压下的无功需求越大，系统实际运行电压就偏离额定电压越大，电网电能质量越差，有可能使电网电压超出其允许范围。,控制无功电源所发出的无功功率就可以维持系统电压运行在其允许变化范围之内，保证电网电压正常运行水平。,2. 提高电力系统运行的经济性,（1）系统的无功电源： 主要:同步发电机,另外:并联电容器、同步调相机、同步电动机、静止补偿器等。高压输电线路的充电功率相当于在线路上并联了电容器，由此高压输电线路也可以看成无功电源。 （2）选用哪种无功电源，将它们配置在何处如何控制系统中无功电源的出力，是很重要的。 例如:对于还离负荷中心的电厂，就不要它发过多的无功功率送往负荷,这是因为远距离地从电源经过变压器和输电线路内负荷输送无功功率，会产生电压损耗(高压线路和变压器上的电压损失主要是出无功功率造成的)和有功功率损托，而且输送距离越远，经过的环节越多，电压损耗和有功功率损耗也就越大。 因此，无功功率一般都尽可能地就地、就近平衡。,3. 维持电力系统运行的稳定性,发电机是电力系统中主要的无功电源，发电机的端口电压是由其励磁调节系统自动控制的。 合理的选用自动励磁调节器，就可以保证发电机的端口电压维持不变，从而提高系统的静态稳定性。 另外，现代发电机都装有高励磁顶值、快速响应的励磁调节系统，可以保证当系统发生故障而使发电机端电压低于(85%90%)时，能快速而大幅度地增大励磁电流，以迅速提高发电机的端电压，从而有效地改善系统的暂态稳定性。,二 、同步发电机励磁自动控制系统的基本任务,（一）电压控制,(1)单机运行时,即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。,IEFEqUG：,（2）当发电机并入电力系统运行时,发电机并入电力系统运行时，电力系统的电压水平由系统中无功电源发出的无功功率总和与系统中负荷所消耗的无功功率总和之间的平衡关系决定。 当电力系统容量无穷大时，系统电压为恒定值。改变一台发电机的励磁电流对系统的电压水平就一点影响也没有了。 下面是发电机经变压器和输电线路并入电力系统的情况：,变压器漏抗和输电线路电抗归算值(归算到发电机电压等级下)； 电力系统电压和变压器高压侧电压的归算值。,而,所以,通过调节发电机励磁电流来改变发电机感应电势Eq，可以改变发电机输出的无功电流Iq，从而调节发电机端电压UG和变压器高压侧电压UB，或维持它们在给定的范围内。 如发电机直接接入无穷大电力系统，即XB=0，XL=0，则发电机端电压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，此时发电机励磁调节系统不再有调节发电机端电压的作用。,由以上分析可知： 同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接入系统容量的大小有关， 接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小； 接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大， 通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量的要求。,注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁电流的影响较小罢了。,发电机励磁电流的变化改变了机组的无功功率和功率角的大小。,调节与无限大母线并联运行的机组的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。,（二）控制无功功率的分配,(1)发电机无功功率的控制原理,以同步发电机接于无穷大电力系统为例说明发电机无功功率的控制原理。,IEF对无功功率的控制,在实际运行中，与发电机并联的电力系统并不是真正意义上的无穷大系统，系统电压UG将随系统负荷的变化而变化。 发电机输出的无功功率不仅与发电机的励磁电流IEF有关，还与发电机的端电压UG(即系统电压UX)有关，并且也影响与之并联运行机组输出的无功功率。 同步发电机的励磁自动控制系统还承担着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。,(2) 合理分配并联运行发电机间的无功功率,当多台同步发电机接于同一母线并联运行时，系统所取用的无功功率由这多台发电机共同承担。根据负荷变化的需要，当系统所取用的无功功率发生变化时，并联运行的各发电机输出的无功功率是如何分配的呢？ 下面以两台发电机并联运行为例，分析无功功率的分配情况。,无励磁调节,在实际运行中，为了合理利用发电机组的容量，希望各台发电机应按照其额定容量的大小成比例的分配其输出的无功电流。 从以上分析可以看出，只要并联发电机的 特性完全一致时（ 为发电机无功电流与其无功电流额定值的比值)，才能使无功电流在并联机组间进行合理的分配。 将并联运行且容量不同的发电机组直接做成相同的 特性是不可能的。 在发电机自动励磁调节系统中有一个形成发电机外特性的环节-调差环节，通过它可以改变发电机的外特性，很容易地做到使并联运行发电机组的外特性都一致，从而达到并联机组间无功负荷合理分配的目的。,有励磁调节,电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。,电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力。,电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。,（三）提高同步发电机并联运行的稳定性,1 励磁对静态稳定的影响,内功率特性,外功率特性,2 励磁对暂态稳定的影响,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。,(四)强行励磁以改善电力系统运行条件,二 、同步发电机励磁自动控制系统的基本任务,二 、同步发电机励磁自动控制系统的基本任务,维持电压水平和无功的合理分配,控制能力和调节范围,快速反应能力,高度的可靠性 快速性,结构简单，易于维护,足够的阻尼能力,三、同步发电机励磁系统设计的基本要求,1、励磁调节器,励磁调节器的主要功能是检测和综合系统运行状态的信息，经相应处理后，产生控制信号，控制励磁功率单元，以得到所要求的发电机励磁电流。,2、励磁功率单元,发电机励磁功率单元向同步发电机提供直流电流，除自并励励磁方式外，一般是由励磁机担当的。,一、同步发电机励磁系统类型,励 磁 系 统,第二节 同步发电机励磁系统,同步发电机励磁系统由发电机及其励磁系统组成的反馈自动控制系统。 发电机励磁系统由自动励磁调节器及励磁功率单元组成。,励磁系统的整流电路,整 流 电 路,静止式:整流元器件是放在地面上静止不动的,旋转式:整流元器件是和发电机转子同轴旋转的,第二节 同步发电机励磁系统,二、 励磁系统的历史,同步发电机励磁自动控制系统基本构成及分类示意图,三、 直流励磁机励磁系统（100MW以下）,按励磁机的励磁绕组供电方式的不同,自励直流励磁机励磁系统 他励直流励磁机励磁系统,1 自励直流励磁机励磁系统,DE,励磁机EX和发电机G同轴，靠剩磁建立电压。 励磁机发出的电流，一部分(IEF)送给发电机的励磁绕组；一部分(IEE)经过磁场变阻器R送给励磁机的励磁绕组。,由于励磁机向它自己提供励磁电流，故称为自励。,EX,自励： R IEE UEF 励磁机发电机,它的励磁电流控制由两种途径实现： 一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电机励磁电流的手动调节。 二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节，从而实现对发电机励磁电流的自动调节。,2 他励直流励磁机励磁系统,PE,DE,它与自励的不同之处在于直流励磁机的励磁电流是由另一台与发电机同轴的副励磁机供给，故称他励。,他励直流励磁机时间常数小。,他励： REE IEE UEF 副励主励发电机,特点：,优点：控制方便 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护,应用： 中小容量机组（100MW） 旧型机组,直流励磁机励磁系统,四、 交流励磁机励磁系统（100MW以上）,交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的不同可分为以下几种。,他励交流励磁机励磁系统 自励交流励磁机励磁系统,他励交流励磁机静止整流器励磁系统 他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁),自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统 自励交流励磁机静止整流器励磁系统,1 他励交流励磁机静止整流器励磁系统,起励电源,VSR,特点: 优点：响应速度快（相对DC）； 容量较大（相对DC） 缺点：有滑环、电刷 易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护,应用: 中等容量机组（ 100MW 300MW ） 我国旧型机组,2 他励交流励磁机旋转整流器励磁系统 (无刷励磁),副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转 主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止 发电机： 电枢静止，磁极（励磁）旋转,特点: 优点：维护工作量少； 可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长 缺点：响应速度慢 不能直接灭磁 对机械性能要求高,应用: 大容量机组（ 600MW ）,因为没有滑动器件,1 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统,四、自励交流励磁机励磁系统,2 自励交流励磁机静止整流器励磁系统,五、 静止励磁系统 (发电机自并励系统),励磁调节器,滑环,电压起励元件,VS,起励电源,特点:,优点：维护工作量少； 可靠性高 主轴长度短，基建投资少 电压响应速度快 过电压低 缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力 继电保护的动作会受一定影响,应用: 大容量机组（ 600MW ） 水轮机组,因为没有转动励磁,第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁,建立：在外部事故情况下，转子励磁电压的最大值及其建立的速度，即强励顶值与响应比。,灭磁：发电机绕组内部故障等，使转子磁场内存储的大量能量迅速消释，而不致在发电机内产生危险的过电压。,一、磁场建立,1.励磁系统的强励要求,转子励磁电压的最大值 顶值电压：UEF,max 强励倍数：UEF,max/ UEF,N1.6-2.0 转子磁场的建立速度 励磁机的响应速度 转子的响应速度,2.时间常数 （1）他励直流励磁机时间常数,回路方程：,回路电流： 时间常数：,（2）自励直流励磁机时间常数,回路方程： 磁化曲线：,回路电流：,时间常数：,（三）自励系统时间常数TC与他励系统时间常数Tt的比较,原因：就在于他励系统的电压UEF的建立过程与UEF本身无关，它完全是由于外加电动势E的作用，即只与励磁线圈的时间常数有关。但自励系统UEF的建立过程却是UEF与IEF相互作用的结果。,（1）电压响应比：反映了励磁机磁场建立速度的快慢,励磁电压响应比可以定义为,励磁电压上升速度的确定,励磁绕组等值电路图,3.转子磁场的建立时间,（2）励磁系统电压响应时间,UEFe-额定励磁电压UEFmax-顶值励磁电压,二、同步发电机灭磁 1、概念 所谓灭磁就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快的减弱到最小程度。,2、要求： 1灭磁时间短 2灭磁过程中转子电压不应超过允许值,在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉。,灭磁开关接线图,3、灭磁方法 （1）直流励磁机放电灭磁,灭磁过程示意图,（2）交流励磁机逆变灭磁 利用晶闸管的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。 保证逆变过程不致“颠覆”： 1 逆变角一般取为40o，即取140o， 2 逆变灭磁过程中，交流电源的电压不能消失。 逆变灭磁过程是一个理想的灭磁过程。 剩余磁场能量向并联的电阻放电。,1）理想灭磁条件,电流在相当大范围内变化时，两端电压保持不变 .,2）快速灭磁开关,灭磁过程中，磁场电流就以等速衰减，直到为零,（ 3 ）快速灭磁开关,复习与思考,1.何谓强励？强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？ 2.何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么，并加以比较。,第四节 励磁调节器静态特性的调整,一、励磁调节器基本功能,保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移无功负荷，不引起对电网的冲击； 保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。,二、励磁调节器的静态工作特性,1.静态工作特性的合成 （1）平移发电机的外特性 改变RP值，即Uset整定。实现平稳的将发电机投入和退出电网运行 （2）改变发电机的外特性的斜率 调整调差系数 ，保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。,三、同步发电机电压调节特性的调整 1.同步发电机电压调节（无功调节）特性的概念 是指在没有人工参与调节的情况下，发电机端电压UG与发电机电流的无功分量Iq之间的静态特性，亦称发电机外特性或电压调差特性。 2.对同步发电机电压调节特性进行调整的目标 主要是为了满足运行方面的要求。这些要求是： 保证并列运行发电机组间无功功率的合理分配(通过调整各发电机的调差系数，使其相等即可实现)； 保证发电机能平稳地投入和退出运行，而不发生冲击现象(通过上下平移发电机调节特性曲线即可实现)。,UGN发电机额定电压； UG1发电机空载时的端电压。,国家规定：励磁系统应保证同步发电机端电压调差率为10%（对于半导体励磁调节器）或 5%（对于电磁型励磁调节器）,发电机机端电压调差率或调差系数 ： 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，发电机无功负荷从零变化到额定值时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机机端电压变化率。,图4-1所示是同步发电机电压调节特性的三种类型。,其中称发电机端电压调差率或调差系数。 0称为正调差，调节特性曲线向下倾斜，表示发电机端电压随无功电流的增加而下降； 0称为负调差，调节特性曲线向上翘起，表示发电机端电压随无功电流的增加而上升； =0称为无差特性，表示发电机端电压不随无功电流变化。,图4-1发电机电压调整特性,3.同步发电机电压调节特性的类型,（1）设置调差单元的必要性 实际上，由于自动励磁调节系统的总的放大倍数足够大，因而发电机带有自动励磁调节器时的调差系数都小于1%，近似无差调节。 这种特性既不能使发电机并联稳定运行，也不利于发电机组在并列运行时无功负荷的合理分配，因此发电机的调差系数要根据运行的需要，人为的加以调整，使调差系数在3%5%范围内。 在实际运行中，发电机一般采用正调差系数，因为其具有系统电压下降而发电机的无功电流增加的特性，这对于维持系统稳定运行是十分必要的。 为了使发电机稳定运行且合理分配并联运行机组间的无功负荷，在励磁调节器中必须设有调差单元。,（2）负调差系数,至于负调差系数，一般只能在发电机变压器组接线时采用，这时虽然发电机外特性具有负调差系数，但考虑变压器阻抗压降后，在变压器高压侧母线上看，仍具有正调差系数。 因此负调差系数主要是用来补偿变压器阻抗上的压降，使发电机变压器组的外特性下倾不致太大。,图4-1发电机电压调整特性,4.调差单元的工作原理,按引用发电机电流的相数，调差单元的接线可分为单相、两相和三相三种方式。现以图4-2的两相式正调差单元为例，对调差单元的工作原理作简要说明。,根据图4-2可以写出下式：,图4-2两相式正调差单元原理接线图,(1),由图(a)可以看出， 在cos =0时，励磁调节器中增加调差单元之后，输入励磁调节器测量比较单元的电压 、 、 会随发电机输出电流的增加而增加。 按照励磁系统的工作特性，当 、 和 增加时励磁系统会自动减少发电机的励磁电流，使发电机的端电压下降，于是就形成了向下倾斜的发电机调节特性。,（1）当发电机带纯无功负荷(cos=0、=90)时， 按式(1)作出的相量图如右图 (a)所示。,（2）当发电机带纯有功负荷(cos=1、=0)时,按式(1)作出的相量图如右图 (b)所示。 由图(b)可以看出，在cos=1时，励磁调节器中增加调差单元之后，输入励磁调节器测量比较单元的电压 、 和 基本上不随发电机输出电流的增加而变化。 按照励磁系统的工作特性，发电机的励磁电流及端电压将不随发电机有功电流的变化而变化。,（3）结论： 综上分析可知，励磁调节器的调差单元只反映发电机无功功率的变化而基本不反映有功功率的变化。,（3）当发电机负荷功率因数为0cos1时 以上介绍了两种极端的情况，发电机实际负荷的功率因数一般为0cos1 ，发电机的输出电流可以分解为有功分量和无功分量，发电机输出电流在调差单元中的作用可看成图(a)和图(b)的叠加。 图4-2调差单元接线会使发电机端电压随发电机输出电流的增加而下降。 改变Ra和Rc的大小就可调整调差率的大小。 改变调差接线极性可获得正负调差系数。 发电机电压调差特性通常由试验法求取。,二、发电机调节特性的平移,发电机投入或退出电网运行时，要求能平稳地转移负荷，不要引起对电网的冲击。 (发电机并入电网运行后需要增加无功功率，退出电网运行前需要减少无功功率；并网运行时也要根据需要随时调节无功功率。) 解决上述问题是通过平移发电机电压调节特性实现的。 当一台带有自动励磁调节器的发电机接入无限大容量电网运行时,由图可见，若电网的无功电流从IQ1减小到IQ2时，只需将发电机的调节特性曲线从1平移到2的位置即可。 如果将调节特性继续下移到3的位置，则发电机输出的无功电流将减小到0。 这样在机组退出运行时，就不会发生无功功率的突变，从而避免对电网的冲击。,发电机调节特性的平移与无功功率的关系,同理，发电机投入运行时，只要使其调节特性曲线处于3的位置，发电机并网时无功电流为零,并网对电网没有冲击。 待机组并入电网后再将调节特性曲线向上移动，使无功电流增加到电网运行的要求值。,平移发电机的电压调节特性是由运行人员手动或通过自动装置调节励磁调节器的电压给定值实现的。,发电机调节特性的平移与无功功率的关系,三、 并联运行机组间无功功率的分配,1、 一台无差调节特性的机组与正有差调节特性机组的并联运行,一台无差调节特性的发电机可以和多台正调差特性的发电机组并联运行。但在实际运行中，由于具有无差调节特性的发电机将承担无功功率的全部增量，机组间无功功率的分配很不合理，这种运行方式很少采用。,不能稳定运行,2、 一台无差调节特性的机组与负有差调节特性机组的并联运行,具有负调差特性的发电机是不能在公共母线上并联运行的,3、 两台无差调节特性的机组并联运行,不能并联运行,4、正调差特性的发电机组的并列运行,例2-1,某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？,例2-1解：,一号机额定无功功率为 QG1=PG1tg1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar) 二号机额定无功功率为 QG2=PG2tg2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar) 因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数也为0.05。 母线电压波动为 U*=- Q * =-0.050.2= -0.01,例2-1解（续）：,各机组无功负荷波动量: Q1*= -U* / =-( -0.01 / 0.05)=0.02 Q1=Q1*QG1=0.0215.49=3.10(Mvar) Q2*= -U* / =-( -0.01 / 0.05)=0.02 Q2= Q2*QG2=0.0230.99=6.20(Mvar) 一号机组无功负荷增加3.10M var, 二号机组的无功负增加6.20M var。因为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。,例2-2,在例2-1中，若一号机的调差系数0.04，二号机调差系数仍为0.05。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？,例2-2 解：,母线电压波动为,各机组的无功增量,(Mvar),(Mvar),一号机组的无功负荷增加3.56M var， 二号机组的无功负荷增加5.73M var。 调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。,例2-2 解（续）,复习与思考,1.对励磁调节器静特性调整的基本要求是什么？ 2.何谓调差系数？ 3.在励磁调节器中为要设置调差单元？ 4.平移发电机的外特性有何作用？ 5.励磁调节器引入调差单元后，是不是其维持机端电压水平的能力差了？为什么？,第五节 励磁自动控制系统的动态特性 （励磁系统稳定器）,本节主要内容：励磁自动控制系统的主要指标，励磁自动控制系统的传递函数，典型励磁控制系统的稳定性分析，励磁自动控制系统对电力系统稳定性的影响。 本节重点内容：分析励磁控制系统的稳定性及其对电力系统稳定运行的影响。,一、 概述,自动励磁控制系统,控制对象：发电机 控制器： 励磁调节器 执行环节：励磁机,反馈控制系统,励磁自动控制系统的动态特性对于一个反馈控制系统，应了解其动态性能。即在任何原因引起被控制量变动后，励磁系统是否稳定、调节过程中的超调量、调节时间及振荡次数等是否满足要求。其中稳定性是首要问题。,第五节 励磁自动控制系统的动态特性 （励磁系统稳定器）,同步发电机励磁系统的动态特性的概念 同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统，其动态特性是指在外部干扰信号作用下，该系统从一个稳定运行状态变化到另一个稳定运行状态的时间响应特性。,励磁系统几个动态指标,右图是同步发电机在额定转速下突然加入励磁时发电机电压从零升至额定值时的时间响应曲线。, 超调量a1。 在励磁系统自动调节暂态过程中发电机端电压最大值与稳态值的差值对稳态值的百分数。 其数学表达式为,tp 发电机端电压出现最大值的时间； UG(tp) 发电机端电压的最大值； 发电机端电压稳态值。,a1, 调整时间ts。 从给定信号到发电机端电压值与稳态值的偏差不大于稳态值的2%所经历的时间。,上升时间tr。 分析发电机励磁控制系统的动态特性，首先应求出描述系统运动特性的数学模型，然后应用“自动控制理论”对动态特性进行分析。,二、 励磁控制系统的传递函数,1 典型的励磁控制系统结构框图,2 他励直流励磁机的传递函数,2 他励直流励磁机的传递函数,E ， iEE 代入得,他励直流励磁机规格化框图,3 励磁调节器各单元的传递函数,A 电压测量比较单元的传递函数,B 综合放大单元的传递函数,Ude,USM,C 励磁功率放大单元的传递函数,4 同步发电机的传递函数 （空载并忽略饱和现象）,5 励磁控制系统的传递函数,三、励磁自动控制系统的稳定性,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 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,三、励磁自动控制系统的稳定性,A 系统的开环传递函数,1 典型励磁控制系统的稳定计算,根轨迹的起点与终点 渐近线与实轴交点的坐标 渐近线与实轴正方向的夹角 根轨迹分离点的坐标 根轨迹与虚轴的交点位置及放大倍数,B 绘制根轨迹的参数,C 励磁系统的根轨迹图,Matlab中仿真出的励磁系统根轨迹图,对左图，改善稳定性的分析： 改变根轨迹的渐近线，使之只处于虚轴的左半平面。 解决方法：增加开环传递函数的零点，改变发电机极点与励磁机极点间根轨迹的射出角，使渐近线平行于虚轴并处于左半平面。,励磁控制系统空载稳定性的改善,在发电机转子电压处增加一条电压速率负反馈回路。 引入电压速率反馈后，由于新增加了一对零点，把励磁系统的根轨迹引向左半平面，从而使控制系统的稳定性大为改善。该回路即励磁系统稳定器。,典型补偿系统的框图,励磁控制系统的传递函数,具有转子电压速率反馈的励磁系统框图的简化,s,第六节 励磁自动控制系统对电力系统稳定的影响,电力系统运行的稳定问题与同步发电机受到干扰后的特性有关。一个稳定的电力系统在受到干扰时，系统内的同步发电机经过一段动态过程后，或者回到原始运行状态；或者逐渐达到一个新的运行状态，而不致失去同步。 电力系统稳定一般专指有转子角差的振荡过程的稳定问题。电力系统中也有不包含转子角差的振荡过程。凡是不包含转子振荡的一般都不属于电力系统稳定的范畴。 电力系统稳定又分为暂态稳定与动态稳定。,一、同步发电机的动态方程组 以一台同步发电机经外接电抗Xe接于无穷大母线为典型例子说明励磁控制系统对电力系统稳定性的影响。,单机无穷大母线系统图,进行小扰动分析同步发电机的数学模型，它与下面的一组派克方程相对应： （忽略同步发电机定子电阻、定子电流的直流分量以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）,（1）暂态电动势的方程式,其中,K3是只与阻抗有关，而与发电机运行状态无关的阻抗系数；K4则与转子的相位角有关。由此可知，当Ede恒定，转子绕组磁链随转子相位角的变化而变化，而稳定偏移率与K4成正比。,（2）发电机转子运动方程式,其中,（3）发电机端电压方程式,其中,其他各个K值的变化：当发电机负荷变化时，各个K值也发生变化，但K1、K2和K4、K6总为正。 K5有正有负：负荷较轻时为正，负荷较重时为负。,（4）同步发电机端动态方程组,可得同步发电机传递函数框图,经外电抗接于无限大母线的同步发电机的传递函数框图,（5）同步发电机传递函数框图,发电机电压与转矩关系：,二、励磁调节器与电力系统稳定问题,励磁调节器可能产生负阻尼是由于 的变化引起的反馈电压 变化，因为发电机磁场等惯性，使内电动势 变化（也就是电磁转矩 ）滞后于 变化，因而产生了负阻尼转矩分量。,三、改善电力系统稳定的措施电力系统稳定器（Power System Stabilizer-PSS）,在远距离输电系统中，励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，引起低频振荡。其原因可以归结为两条：,励磁调节器按电压偏差比例调节；,励磁控制系统具有惯性。,当输电线负荷较重、转