励磁系统工作原理

1/432026/4/7主要内容1、同步发电机励磁控制系统的任务

（1）电压控制（2）控制无功功率（3）提高同步发电机并列运行的稳定性（4）改善电力系统的运行条件（5）水轮发电机强行减磁2、对励磁系统的基本要求3、同步发电机的励磁系统的各种类型及其结构和特点2/432026/4/7第一节概述

同步发电机的运行特性与它的空载电动势Eq值的大小有关，而Eq值是发电机励磁电流的函数。改变励磁电流就可以影响同步发电机在电力系统中的运行特性。在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降，为此，当电力系统故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率分配。

同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配、提高电力系统运行的可靠性方面均起到十分重要的作用。3/432026/4/7励磁自动控制系统由励磁调节器、励磁功率单元构成了励磁自动控制系统。向同步发电机转子提供直流电流

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4/432026/4/7一同步发电机励磁控制系统的任务1、电压控制(调压精度0.5%)2、控制无功功率分配3、提高同步发电机并联运行的稳定性4、改善电力系统的运行条件

改善异步电动机的自启动条件为发电机异步运行创造条件提高继电保护装置工作的正确性5、水轮发电机组要求实行强行减磁5/432026/4/7

负荷的无功电流是造成Eq,UG

之间幅值差的主要原因1电压控制励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务等值8/432026/4/72控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行发电机励磁电流变化改变了机组的无功功率Q和功率角δ值的大小。与无穷大母线并联运行的机组，调节励磁电流就可以改变发电机的无功功率。9/432026/4/72控制无功功率分配—多台发电机并联运行并联发电机组无功功率分配取决于各发电机的外特性，曲线越平坦的机组其无功电流的增量越大通常希望发电机组间的无功功率分配按照机组容量大小比例分配单纯把并联所有机组的外特性做成相同是不可能的调节励磁可以任意改变外特性曲线的斜率以达到合理分配无功的目的。GU1MU2MUQI1QI2QI¢1QI¢2QI1G2G2QID1QID10/432026/4/7励磁对静态稳定性的影响调节励磁系统使得为常数

励磁调节系统可以有效提高系统的静态稳定极限12/432026/4/74改善电力系统运行条件1、改善异步电动机的自启动条件2、为发电机异步运行创造条件3、提高继电保护装置工作的正确性短路切除后的电压恢复曲线无励磁控制有励磁控制

可以调节励磁(其他机组)为失磁异步运行的同步发电机提供大量的无功功率，以维持其运行调节励磁电流来增大短路电流以保证继电保护正确工作低负荷，小短路电流——》继电保护拒动13/432026/4/75水轮发电机实行强行减磁水轮发电机组因故障而跳闸调速系统具有较大的惯性导水叶不能迅速关闭发电机转速急剧上升励磁电流不调整发电机端电压(与转速和励磁电流正比)上升危及定子绝缘励磁电流迅速调整机组安全14/432026/4/7二对励磁系统的基本要求向同步发电机转子提供直流电流

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15/432026/4/72对励磁功率单元的要求1、要求励磁功率单元有足够的可靠性，具有一定的调节容量。2、具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。就改善电力系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性而言，励磁功率单元应该具有较大的强励能力和快速响应能力。注：1、励磁顶值电压是励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高输出电压值。2、励磁顶值电压与额定励磁电压之比为强励倍数，一般为1.6~216/432026/4/7结后语励磁机容量仅仅占发电机的0.25~0.5%但作用巨大电压控制控制无功功率分配提高同步发电机并联运行的稳定性改善电力系统的运行条件改善异步电动机的自启动条件为发电机异步运行创造条件提高继电保护装置工作的正确性水轮发电机组要求实行强行减磁18/432026/4/7同步发电机励磁系统系统分类同步发电机励磁自动控制系统同步发电机励磁系统励磁功率单元自动励磁调节器交流电源励磁直流电源励磁机电式励磁调节器半导体励磁调节器计算机励磁调节器自励它励它励自励静止旋转静止励磁19/432026/4/71直流励磁机励磁系统——自励型共同担负励磁机的励磁绕组EEW的调节功率直流励磁机励磁机的励磁绕组<100MW机组20/432026/4/71直流励磁机励磁系统——他励型与自励型相比，多了一台副励磁机，时间常数小，提高了励磁系统的电压增长速率。副励磁机有电刷，整流器件等旋转部件，维护复杂可靠性低。<100MW机组22/432026/4/7励磁+发电机23/432026/4/72交流励磁机旋转整流器励磁系统——他励型1、无碳刷和滑环(60年代西屋公司研发)2、运行维护不便，转子回路电流电压不能用常规仪表测量，不能接入灭磁设备，无法实现直接灭磁。3、发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，响应速度慢(目前西屋公司500多台，英国/苏联.国内80s引进,大亚湾)无刷励磁24/432026/4/72交流励磁机励磁系统——自励型直接控制IEF，快但容量大间接控制IEF，慢两机励磁GEALTHYREXGEATERREX3静止励磁系统26/432026/4/7主要内容1、同步发电机励磁控制系统的任务

（1）电压控制（2）控制无功功率（3）提高同步发电机并列运行的稳定性（4）改善电力系统的运行条件（5）水轮发电机强行减磁2、对励磁系统的基本要求3、同步发电机的励磁系统的各种类型及其结构和特点27/382026/4/7主要内容励磁控制系统的调节特性和无功分配励磁调节器基本特性和框图励磁调节器静态工作特性1静态工作合成，2静态工作特性，3调节特性平移并列机组之间的无功功率分配无差调节＋负调差＋正调差+无功分配发电机转子磁场建立和灭磁概念：转子强励，转子灭磁励磁机的时间常数/电压响应比励磁绕组灭磁励磁绕组对恒定电阻放电灭磁理想灭磁过程交流励磁机系统的逆变灭磁29/382026/4/7比例式励磁调节器闭环控制在电力系统中运行的各种比例式励磁调节器都具有负斜率调节特性这种调节器可以稳定运行！30/382026/4/7自动励磁调节器的构成环节测量比较综合放大移相触发可控整流1励磁调节器的静态工作特性32/382026/4/7

励磁调节器的静态工作特性的合成33/382026/4/7励磁调节器的静态工作特性的调整34/382026/4/7励磁调节器的放大系数励磁调节器的特性曲线在工作区的陡度是调节器的主要指标之一励磁调节器的总放大倍数是各单元放大倍数的乘积2发电机励磁自动控制系统的静态工作特性36/382026/4/7发电机无功调节特性发电机转子电流直接用励磁机的励磁电流来表示a

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无功调节特性曲线特征：稍有下倾38/38发电机调差系数空载额定无功无功电流从零增加到额定值时发电机电压的相对变化

多台发电机综合调差系数？39/382026/4/7发电机调节特性励磁调节器的调整是为了满足运行要求：1、发电机投入和退出运行时，能够平稳地改变无功负荷，不致于发生无功功率的冲击。2、保证并联运行的发电机组间的无功功率的合理分配。40/382026/4/7发电机调节特性的平移调节特性的平移——实现机组投退时无功功率的不突变其他机组退出其他机组投入41/382026/4/7无功调节特性——如何实现平移a

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调节特性的平移可以通过调节UREF实现43/382026/4/7无功调节特性——负调差的对应(?)a

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负调差假设：转子电流和无功关系不变44/382026/4/73并联发电机组的无功功率分配——正差＋负差负调差特性的发电机不能在公共母线上并联运行不稳定运行点正调差特性负调差特性

小扰动使得无功增加IEF增加以增加UG

无功进一步增加

力图维持电压IEF减小故而减少QIEF减小故而减少Q负调差特性机组正调差特性机组45/382026/4/7并联发电机组的无功功率分配2、两台无差调节特性机组并联运行无差调节特性1无差调节特性2两条曲线分离则无交点，实际运行又很难做到曲线重合，因此，两台无差调节特性机组是不能并联运行46/382026/4/7并联发电机组的无功功率分配3、多台正调差特性机组并联运行1、母线电压波动时，发电机的无功电流增量与电压偏差成正比，与调差系数成反比，与电压整定值无关。2、在同一母线上并联发电机，无功负荷波动时，电压偏差相同，调差系数小的发电机承担多的无功电流增量GU1MU2MUQI1QI2QI¢1QI¢2QI1G2G2QID1QID并联发电机组的无功功率分配49/382026/4/7电压响应比

电压响应比是电机制造厂提供的表明发电机转子磁场建立过程的参数，反映了励磁机磁场建立速度的快慢。

一般而言，在暂态稳定过程中，发电机功率角摇摆到第一周期最大值的时间约为0.4~0.7s，所以，通常将励磁电压在最初的0.5s内上升的平均速率定义为励磁电压响应比。

发电机励磁绕组是电感性负载忽略发电机转子电阻和定子回路的影响，转子磁场方程可表示为正比于励磁电压曲线下面积增量50/382026/4/7电压响应比

为了分析曲线下的面积，作一条直线ac，使得曲线下的面积与直线下的面积相等，则这两条曲线所表示的转子磁通增量相等。定义：励磁电压响应比：bc段电压标幺值为额定工况下的励磁电压为强励倍数51/382026/4/7电压响应时间

现在，一些大型的发电机组采用快速励磁系统，用响应时间作为动态性能评定指标。励磁系统的响应时间，是指在发电机励磁电压为额定励磁电压时。从施加阶跃信号起，到励磁电压达到最大励磁电压与额定电压之差95%为止所花费的时间。52/382026/4/7励磁系统中转子磁场的灭磁转子灭磁问题

当转子磁场建立起来，由于某种原因（如发电机绕组内部故障）而要求强迫发电机立即退出运行，在断开发电机出口断路器的同时，必须使发电机转子磁场尽快消失，否则，就会使得发电机因过励磁而产生过电压而危及绝缘安全，或者，会使定子绕组内部故障继续扩大。

如何在很短时间内使发电机转子磁场内部存储的大量能量迅速消失，而不至于在发电机内部产生危险的过电压，这就是转子灭磁问题。53/382026/4/7励磁绕组灭磁

所谓灭磁，就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快地减弱为最小程度。

如果突然断开转子回路，励磁绕组是个大电感，励磁电流不能突变，必然会产生很高的过电压，会危及到转子绕组的绝缘，因此，不能采用断开转子回路的办法来灭磁。对于灭磁的要求：1、灭磁时间短2、灭磁过程中转子电压不应超过允许值，即不超过额定值的4~5倍。54/382026/4/7励磁绕组对恒定电阻放电灭磁在灭磁过程中，转子绕组的端电压可以被控制R越大，转子绕组端电压衰减越快，灭磁过程也就快，但是，转子绕组端电压也就越大R越小，转子绕组端电压也就越小，但是，转子绕组端电压衰减越慢，灭磁过程也就慢

端电压4~5倍55/382026/4/7理想灭磁过程

理想的灭磁过程就是整个灭磁过程中始终保持转子绕