励磁系统对电力系统稳定性的影响

1、励磁系统对电力系统稳定性的影响作者：戎文杰来源：科技创新导报2011年第13期戎文杰(山西省阳光发电有限责任公司 山西045200)摘要：励磁系统是同步发电机的重要配套装置，其对于改善电力系统运行的安全性和稳定 性，保证电源质量具有重要意义。关键词：励磁系统电力系统稳定性中图分类号：TM74文献标识码：A文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0000-001电力系统的稳定性分析对电力系统进行安全分析是分析电力系统在运行中出现事故时能否继续保持正常运行状态。 其首要功能是确定电力系统在当前的运行状态的安全性。当电力系统遭受短路等故障的剧烈干 扰后，其暂态稳定性就有可能遭受破坏。在这

2、种状况下，如果把失步的发电机断开，那么整个电 力系统的功率就会因此而减小，这样，为了保障电力系统的正常运行，就需要采用限制负荷的 措施。对同步发电机产生直接影响的3个主要控制系统是:锅炉控制、调速器和励磁机，如下图所 示：帐titIIMHe幡做！I电好妹辩毓假定发电单元是无损耗的。以这个假定为前提，所有从蒸汽中获得的功率必须以电功率的 形式从发电机的端点送出。这样，图中所示的单元实际是能量转换装置，即蒸汽的热能转化为 汽轮机的机械能，再有汽轮机的机械能转变为发电机的电能。进入汽轮机的蒸汽功率量受调速 器控制。因此，励磁系统控制发电机的电动势，不仅控制了输出的电压，同时也控制功率因数和 电流值。

3、2励磁控制基本原理同步发电机励磁系统是由励磁机、发电机、电压调节器等部分组成，其结构如下图所示：在这个系统中，励磁反馈控制是通过以下过程实现的：首先励磁控制器检测PT信号从而获 得发电机的机端电压UF,然后将UF与参考电压UC相比较得电压差(UC- UF),经综合放大环节 后得控制电压UK。控制电压UK与电压差有如下关系式:UF= K( UC- UF)。如果由于各种干扰因 素使得发电机的机端电压UF上升，哪怕其值很小，电压差也将会减少，经过综合放大环节后就 能得到的控制电压UK也将减少，从而使得占空比减少，这样IGBT射极输出电流随之减少，于 是励磁机的励磁电流以及发电机的转子电压都会随之下降

4、，这样，发电机的机端电压UF也随之 下降，这样发电机的机端电压上升的扰动就被抵消了。3励磁系统对电力系统稳定性的影响3.1励磁系统对电力系统静态稳定性的影响静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后回复到原来运行状态的能力。当 系统发生扰动时，发电机端电压就会下降，这样，定子电流也相应增加，于是，励磁电流也会 随之增加。在这种情况下，如果接入励磁调节器，当发电机电压下降，励磁调节器将使励磁电流 增加，其增加量和速度决定与励磁系统增益和时间常数。如果励磁电流增加分量与的衰减分量 相抵消，则系统可以达到一个新的静稳定极限。3.2励磁调节对电力系统动态稳定性的影响在发电机运行过程中经常会出

5、现这种情况，当故障消除后，功率的波动并非向收敛方向， 而是趋于发散或由于非线性因素的限制进行自持等幅振荡。这种在几秒至十几秒范围内的稳定 性，就是所谓的动态稳定性。通常，这种振荡是由于快速励磁系统产生的负阻尼所引起，因此， 提高动态稳定方法之一是加大励磁系统所产生的正阻尼转矩，即在励磁调节器中引入附加信号， 测出发电机的转速或电功率的变化并对它进行相位补偿以提高制动效果。3.3励磁调节对电力系统暂态稳定的影响电力系统暂态稳定指的是电力系统在遭受短路、发电机被切除等大的扰动后过渡或恢复到 新的稳定状态的能力。提高电力系统暂态稳定，就是要提高从故障开始直至故障结束时发电机的 电磁力矩，或减小原动机

6、的机械力矩。增大励磁电流是增加电磁力矩的有效措施。由于不同的系 统结构及故障性质以及发电机励磁系统时间常数等因素，发电机恢复的速度也不尽相同。因此， 励磁系统的时间常数要缩小，同时要提高强行励磁的倍数。4励磁控制的策略根据对电力系统再同步物理过程的分析，再同步控制策略通常要分三个阶段进行：发电机 失步后，要使其滑差过零，即拉入再同步；滑差过零后，要防止负滑差的异步振荡，即滑过同步;进入同步振荡后，要防止阻尼不足引起的振荡发散或超过故障后系统的静稳极限而重新失步，即 再同步失败。当失步发电机滑差过零进入同步振荡之后，倘若仍然采用极值控制方法就有可能 导致再同步失败，为此，应尽量增大对同步振荡的阻尼。因此，这一阶段可采用最优励磁控制、 PSS、自适应励磁控制等策略，这些策略都能够引入正阻尼力矩，从而使得控制效果达到比较好 的标准。由于各种控制设施在性能性质上有所不同，因此，它们在再同步附加断续控制中的规律也 有所不同。就再同步附加断续励磁控制来说，当失步发生被检测出来后，要使励磁电压达到正 顶值，以增大电功率使之尽快拉入再同步；滑差过零后，使励磁电压达负顶值，减小电功率， 防止滑过同步；发电机再次加速，施加正比于加速度的励磁控制信号，增加阻尼力矩以防止再 同步失败；当发电机再次减速，切除再同步附加断续励磁控制，仅由常规AVR工作。就再同步