勵(lì)磁系統(tǒng)與PSS

1、技術(shù)講座講稿勵(lì)磁系統(tǒng)與PSS2008年10月1. 前言 根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7409.17409.3-1997 “同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”的規(guī)定的定義， 同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是“提供電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場(chǎng)放電或滅磁裝置以及保護(hù)裝置”。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是包括控制對(duì)象的反饋控制系統(tǒng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有重要的影響。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)提出了具體的要求。這里，就勵(lì)磁系統(tǒng)分類、對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的要求、勵(lì)磁控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)系、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等幾個(gè)問題和大家一起進(jìn)行討論。2. 勵(lì)磁系統(tǒng)分類同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的分類方法有多種。主要的方

2、法有兩種，即按同步電機(jī)勵(lì)磁電源的提供方式分類和同步電機(jī)勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度分類兩種分類方法。 按同步電機(jī)勵(lì)磁電源的提供方式不同，同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可以分為直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 按同步電機(jī)勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度的不同，同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可以分為常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)、快速勵(lì)磁系統(tǒng)和高起始勵(lì)磁系統(tǒng)。2.1 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由直流發(fā)電機(jī)（直流勵(lì)磁機(jī)）提供勵(lì)磁電源的勵(lì)磁系統(tǒng)叫直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。它主要由直流勵(lì)磁機(jī)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成。早期的中小容量的同步電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)的PT(電壓互感器)和CT（電流互感器）取得電源；較大容量的同步電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電源有時(shí)經(jīng)勵(lì)磁變壓器取自發(fā)電機(jī)

3、端時(shí)，此時(shí)，勵(lì)磁變壓器也是主要組成部分（圖2-1）。 同步電機(jī)的勵(lì)磁電源是直流勵(lì)磁機(jī)的輸出，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁機(jī)的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。直流勵(lì)磁機(jī)主要采用由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)與主發(fā)電機(jī)同軸的拖動(dòng)方式，少數(shù)（主要是備用勵(lì)磁機(jī)）為由異步電動(dòng)機(jī)非同軸的拖動(dòng)方式。直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式，主要有它勵(lì)、自并勵(lì)和自勵(lì)加它勵(lì)三種方式 。它勵(lì)方式的直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁全部由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提供；自并勵(lì)方式的直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁全部由直流勵(lì)磁機(jī)本身提供，勵(lì)磁調(diào)節(jié)的任務(wù)是通過調(diào)節(jié)與勵(lì)磁繞組相串聯(lián)的電阻的大小來實(shí)現(xiàn)的；自勵(lì)加它勵(lì)方式的直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，一部分由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提供

4、，一部分由直流勵(lì)磁機(jī)本身提供。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提供的勵(lì)磁安-匝與總勵(lì)磁安-匝之比稱為自勵(lì)系數(shù)。早期的直流勵(lì)磁機(jī)還有采用副勵(lì)磁機(jī)做它勵(lì)電源的，現(xiàn)在已不再采用了。由于直流勵(lì)磁機(jī)是與主發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)來說，速度較高，受換向器（整流子）的限制，容量不能做得太大。我國(guó)生產(chǎn)的、使用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)的最大容量為125MW。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)來說，速度較低，直流勵(lì)磁機(jī)的容量可能做得大一些，我國(guó)生產(chǎn)的、使用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)的最大容量達(dá)到300MW。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和在電力工業(yè)中的應(yīng)用，直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，我國(guó)新投產(chǎn)的100MW及以上的發(fā)電機(jī)已不再使用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)了。自

5、動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)開關(guān)圖21 直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)原理圖手動(dòng)調(diào)節(jié)電阻直流勵(lì)磁機(jī)滅磁開關(guān)滅磁電阻勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組2.2 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)（交流勵(lì)磁機(jī)）提供勵(lì)磁電源的勵(lì)磁系統(tǒng)叫交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。交流勵(lì)磁機(jī)為50200Hz的三相交流發(fā)電機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)的三相交流電壓經(jīng)三相全波橋式整流裝置整流后變?yōu)橹绷麟妷?，向同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁。交流勵(lì)磁機(jī)的拖動(dòng)方式為由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)與主發(fā)電機(jī)同軸的拖動(dòng)方式。交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式絕大部分為它勵(lì)方式，只有極少數(shù)采用復(fù)勵(lì)（有串激繞組）方式。根據(jù)整流裝置采用的整流元件的不同，交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可分為交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)和交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。交流勵(lì)

6、磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng) 交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)一般由交流勵(lì)磁機(jī)、不可控整流裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和交流副勵(lì)磁機(jī)等組成（圖2-2）。 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源是交流勵(lì)磁機(jī)的輸出。不可控整流裝置將交流勵(lì)磁機(jī)輸出的三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流和輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從同軸副勵(lì)磁機(jī)取得電源。副勵(lì)磁機(jī)一般為350500Hz的中頻永磁交流發(fā)電機(jī)。有些交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，不是從同軸副勵(lì)磁機(jī)取得電源，而是通過勵(lì)磁變壓器從發(fā)電機(jī)機(jī)端取得電源，此時(shí)，勵(lì)磁變壓器也是主要組成部分（圖

7、2-2虛線所示）。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電源由同軸副勵(lì)磁機(jī)供給時(shí)簡(jiǎn)稱為三機(jī)系統(tǒng)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電源通過勵(lì)磁變壓器由發(fā)電機(jī)供給時(shí)簡(jiǎn)稱為兩機(jī)系統(tǒng)。兩機(jī)系統(tǒng)中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的最大輸出電壓與發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的大小成正比。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器ILL發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組滅磁開關(guān)滅磁電阻IabcPTUabcCTUf勵(lì)磁變副勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)永磁圖22 交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖 當(dāng)不可控整流裝置為靜止整流裝置時(shí)，稱為交流勵(lì)磁機(jī)不可控靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱為交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。此時(shí)，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子上，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子同軸同速旋轉(zhuǎn)。交流勵(lì)磁機(jī)的電樞、 不可控整流裝置和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都是靜止的。 交流

8、勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中的交流勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)都需要配滑環(huán)、炭刷。又稱為有刷勵(lì)磁(系統(tǒng))。但是交流機(jī)本身沒有換向問題，因此，其容量不受限制。但是，由于旋轉(zhuǎn)部件較多，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性也較多。同時(shí)，由于軸系長(zhǎng)，軸承座較多。容易引起機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)，軸系穩(wěn)定問題應(yīng)引起注意。當(dāng)不可控整流裝置采用旋轉(zhuǎn)整流器時(shí)，稱為交流勵(lì)磁機(jī)不可控旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱為交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。此時(shí)，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組在定子上，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是靜止的，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組也是靜止的。交流勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組、副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、不可控整流裝置與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸同速旋轉(zhuǎn)。交流勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)都不需要配滑環(huán)

9、、炭刷，因此，這種勵(lì)磁系統(tǒng)又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：交流勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)都沒有滑環(huán)、炭刷，勵(lì)磁容量可以不受限制；沒有滑環(huán)、炭刷，運(yùn)行維護(hù)方便；沒有滑環(huán)、炭刷，不會(huì)產(chǎn)生火花，可以使用于有易燃、易爆氣體的場(chǎng)合；沒有滑環(huán)、炭刷，不會(huì)產(chǎn)生炭粉和銅末，因而不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組的絕緣被污染而降低絕緣水平。 三機(jī)系統(tǒng)和兩機(jī)系統(tǒng)都可以是無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。 交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)是目前我國(guó)電力系統(tǒng)中使用最多的勵(lì)磁系統(tǒng)。 交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng) 交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)由三相可控整流橋、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、交流勵(lì)磁機(jī)及其自勵(lì)恒壓裝置（系統(tǒng)）組成（圖2-3）。同步電機(jī)的勵(lì)磁電源是交流勵(lì)磁

10、機(jī)的輸出?？煽卣餮b置將交流勵(lì)磁機(jī)輸出的三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)可控整流器的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)可控整流裝置的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。這種勵(lì)磁系統(tǒng)也稱為它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組滅磁開關(guān)滅磁電阻IabcPTUabcCTUf圖23 交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì) 恒壓在我國(guó)使用的交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，絕大部分是隨發(fā)電機(jī)一起從俄羅斯和捷克等國(guó)家進(jìn)口的。發(fā)電機(jī)容量從200MW1000MW不等。國(guó)內(nèi)基本沒有正式生產(chǎn)這種勵(lì)磁系統(tǒng)。2.3 靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 靜止勵(lì)磁機(jī)是指從一個(gè)或多個(gè)

11、靜止電源取得功率，使用靜止整流器向發(fā)電機(jī)提供直流勵(lì)磁電源的勵(lì)磁機(jī)。由靜止勵(lì)磁機(jī)向同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁的勵(lì)磁系統(tǒng)稱為靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)分為電勢(shì)源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 電勢(shì)源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)又稱為自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，有時(shí)也簡(jiǎn)稱為機(jī)端變勵(lì)磁系統(tǒng)或靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。同步電機(jī)的勵(lì)磁電源取自同步電機(jī)本身的機(jī)端。它主要由勵(lì)磁變壓器、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、可控整流裝置和起勵(lì)裝置組成（圖2-4）。勵(lì)磁變壓器從機(jī)端取得功率并將電壓降低到所要求的數(shù)值上；可控整流裝置將勵(lì)磁變壓器二次交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓；自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)可控整流器的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)可控整流裝置的

12、輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求；起勵(lì)裝置給同步電機(jī)一定數(shù)量（通常為同步電機(jī)空載額定勵(lì)磁電流的1030%）的初始勵(lì)磁，以建立整個(gè)系統(tǒng)正常工作所需的最低機(jī)端電壓，初始勵(lì)磁一旦建立起來，起勵(lì)裝置就將自動(dòng)退出工作。從廠用電系統(tǒng)取得勵(lì)磁電源的可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，當(dāng)其電壓基本穩(wěn)定，與發(fā)電機(jī)端電壓水平基本無關(guān)時(shí)，可以看作為它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)；當(dāng)廠用電系統(tǒng)電壓與發(fā)電機(jī)端電壓水平密切相關(guān)時(shí)，看作為自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：無旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸系短，穩(wěn)定性好；勵(lì)磁變壓器的二次電壓和容量可以根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求而單獨(dú)設(shè)計(jì)。響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)性能好

13、，有利于提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，它的電壓調(diào)節(jié)通道容易產(chǎn)生負(fù)阻尼作用，導(dǎo)致電力系統(tǒng)低頻振蕩的發(fā)生，降低了電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。但是，通過引入附加勵(lì)磁控制（即采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器-PSS）, 完全可以克服這一缺點(diǎn)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的正阻尼作用完全可以超過電壓調(diào)節(jié)通道的負(fù)阻尼作用，從而提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。這點(diǎn)，已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)的實(shí)踐所證明。美國(guó)GE公司生產(chǎn)的稱為GENERREX-PSS的勵(lì)磁系統(tǒng)在我國(guó)也有應(yīng)用。其接線圖如圖8所示。這是一個(gè)性能上介于自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)之間的勵(lì)磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁功率由定子繞組槽內(nèi)的三根附加線棒（稱

14、為P線棒）提供的。三根P線棒分別放置在定子上相互為120°空間幾何角度的三個(gè)槽內(nèi)，組成的線圈切割氣隙磁通，產(chǎn)生基頻電勢(shì)?；l電勢(shì)被接到勵(lì)磁變壓器的一次側(cè)。勵(lì)磁變壓器的二次電壓接到可控整流裝置，整流后向發(fā)電機(jī)提高勵(lì)磁。復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)又稱為自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，它采用電壓源整流變壓器和電流源整流變壓器兩種整流變壓器。 復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要有三種形式 整流器直流側(cè)兩個(gè)電源串聯(lián)、電壓相加； 整流器交流側(cè)兩個(gè)電源并聯(lián)、電流相加； 整流器交流側(cè)兩個(gè)電源串聯(lián)、電壓相加。國(guó)產(chǎn)水輪發(fā)電機(jī)上曾采用過整流器交流側(cè)兩個(gè)電源串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，進(jìn)口水輪發(fā)電機(jī)上曾采用過整流

15、器直流側(cè)兩個(gè)電源串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。現(xiàn)在已經(jīng)基本上不再采用復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)了。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組滅磁開關(guān)滅磁電阻IabcPTUabcCTUf勵(lì)磁變圖24 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖 按同步電機(jī)勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度的不同，同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可以分為常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)、快速勵(lì)磁系統(tǒng)和高起始勵(lì)磁系統(tǒng)。 常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)是指勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)在0.5s左右及大于0.5s的勵(lì)磁系統(tǒng)。直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，無特殊措施的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)都屬于常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 快速勵(lì)磁系統(tǒng)是指勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)小于0.05s的勵(lì)磁系統(tǒng)。交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都屬于快速勵(lì)磁系統(tǒng)。

16、高起始勵(lì)磁系統(tǒng)是指發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓從100%下降到80%時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)達(dá)到頂值電壓與額定負(fù)載時(shí)同步電機(jī)磁場(chǎng)電壓之差的95%所需時(shí)間等于或小于0.1s的勵(lì)磁系統(tǒng)。這種勵(lì)磁系統(tǒng)主要是指采用了特殊措施的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。所采用的措施主要為加大副勵(lì)磁機(jī)容量和增加發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓（或交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流）硬負(fù)反饋。直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在采用相應(yīng)措施后也可達(dá)到或接近高起始勵(lì)磁系統(tǒng)。3. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本要求 勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁控制系統(tǒng)的含義不同。勵(lì)磁系統(tǒng)是“提供電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場(chǎng)放電或滅磁裝置以及保護(hù)裝置”，而勵(lì)磁控制系統(tǒng)則是包括所有調(diào)節(jié)與

17、控制元件和控制對(duì)象(同步電機(jī))的反饋控制系統(tǒng)，不包括那些不參與調(diào)節(jié)與控制的元件如滅磁裝置等。 勵(lì)磁系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7409.17409.3-1997 “同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本性能做出了規(guī)定，主要有3.1 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓和電流不超過其額定勵(lì)磁電壓和電流的1.1倍時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證能連續(xù)運(yùn)行。3.2 勵(lì)磁頂值電壓應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)情況與發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)中的地位確定，但必須：勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓的倍數(shù)： a. 100MW及以上汽輪發(fā)電機(jī)不低于1.8倍； b 50MW及以上水輪發(fā)電機(jī)不低于2.0倍； c 其他不低于1.6倍。3.3 對(duì)于用電勢(shì)源靜止勵(lì)磁機(jī)的系統(tǒng),其勵(lì)磁頂值電壓倍數(shù)應(yīng)按發(fā)電機(jī)

18、端正序電壓為額定值80時(shí)計(jì)算。3.4 勵(lì)磁系統(tǒng)允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間應(yīng)不小于10s。3.5 勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)稱響應(yīng)50MW及以上水輪發(fā)電機(jī)和 100MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的標(biāo)稱響應(yīng)不低于 2單位秒；其他不低于1單位秒。3.6 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證能在發(fā)電機(jī)空載額定電壓的70%110%范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定、平滑地調(diào)節(jié)。3.7 勵(lì)磁系統(tǒng)的手動(dòng)控制單元，應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓能在空載磁場(chǎng)電壓的20到額定磁場(chǎng)電壓的110范圍內(nèi)穩(wěn)定地平滑調(diào)節(jié)。3.8 同步發(fā)電機(jī)在空載運(yùn)行狀態(tài)下，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器和手動(dòng)控制單元的給定電壓變化速度每秒不大于發(fā)電機(jī)額定電壓的1，不小于0.3。3.9 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率（無

19、功電流補(bǔ)償率）： 半導(dǎo)體型 ±10 電磁型 ±53.10 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓靜差率： 半導(dǎo)體型 ±1 電磁型 ±33.11 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)下，頻率變化1時(shí)，端電壓變化率： 半導(dǎo)體型 ±0.25 電磁型 ±23.12 在空載額定電壓情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)給定階躍為土 10時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量應(yīng)不大于階躍量的50，擺動(dòng)次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時(shí)間不超過10。3.13 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)突然零起升壓時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證其端電壓超調(diào)量不得超過額定值的15，電壓擺動(dòng)次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時(shí)間應(yīng)不超過10。3.14 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)

20、器按用戶要求可以全部或部分裝設(shè)以下附加功能： a遠(yuǎn)方或就地給定裝置； b電壓互感器斷線保護(hù)； c負(fù)載電流（無功或有功）補(bǔ)償； d過勵(lì)限制； e欠勵(lì)限制； f伏赫比（VHz ）限制； g.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ ）； h過勵(lì)磁保護(hù)； i其他附加功能。3.15 當(dāng)磁場(chǎng)電流小于1.1倍額定值時(shí)，磁場(chǎng)繞組兩端所加的整流電壓最大瞬時(shí)值不應(yīng)大于規(guī)定的磁場(chǎng)繞組出廠試驗(yàn)電壓幅值的30。3.16 同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路使用功率整流器的勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)，并在運(yùn)行中可能發(fā)生有害過電壓情況下可靠地動(dòng)作。無刷勵(lì)磁系統(tǒng)叮以不加裝轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置。3.17 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)有自動(dòng)滅磁功能。能在下述工況可靠的滅磁： a發(fā)電機(jī)運(yùn)

21、行在系統(tǒng)中，其磁場(chǎng)電流不超過額定值，定子回路外部短路或內(nèi)部短路； b發(fā)電機(jī)空載； c發(fā)電機(jī)空載強(qiáng)勵(lì)。3.18 使用功率整流器的勵(lì)磁系統(tǒng)中的功率整流器，其并支路數(shù)等于或大于4，而有1/4支路退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證包括強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的所有運(yùn)行工況所需的勵(lì)磁電流，其1/2支路退出運(yùn)行及并聯(lián)支路數(shù)小于4，而有一條支路退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)額定工況連續(xù)運(yùn)行所需勵(lì)磁電流。3.19 靜止勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能可靠起勵(lì)，起勵(lì)電源可采用直流或交流整流電源。3.20 勵(lì)磁系統(tǒng)中設(shè)有必要的信號(hào)及保護(hù)裝置，以防止和監(jiān)視勵(lì)磁系統(tǒng)各種故障擴(kuò)大。3.21 勵(lì)磁系統(tǒng)控制柜的噪聲應(yīng)不大于 80 d b (）。3.22 勵(lì)磁系統(tǒng)平均強(qiáng)迫切除率

22、應(yīng)不大于0.2。4. 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)同步發(fā)電機(jī)尤其是大型同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要的影響。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)雖然可以很多，但其主要任務(wù)（在可靠性高的前提下）是維持發(fā)電機(jī)（或其他控制點(diǎn)例如電廠高壓側(cè)母線）的電壓在給定值水平上和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 4.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的最基本和最主要的任務(wù)是維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平上同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)可以完成許多任務(wù)，但其中最基本和最重要的任務(wù)是維持發(fā)電機(jī)端（或指定控制點(diǎn)）電壓在給定的水平上。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓靜差率小于1%。 這就要求勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益（穩(wěn)態(tài)增益）不

23、小于100p.u（對(duì)水輪發(fā)電機(jī)）或200p.u（對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)）。把發(fā)電機(jī)端電壓維持在把維持電壓水平看作勵(lì)磁控制系統(tǒng)最基本最主要的任務(wù)，有以下三個(gè)主要原因。第一，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。電力系統(tǒng)中運(yùn)行的設(shè)備都有其額定運(yùn)行電壓和最高運(yùn)行電壓。發(fā)電機(jī)電壓水平是電力系統(tǒng)各點(diǎn)運(yùn)行電壓水平的基礎(chǔ)，保證發(fā)電機(jī)端電壓在容許水平上，是保證發(fā)電機(jī)電壓及系統(tǒng)各點(diǎn)電壓在容許水平上的基礎(chǔ)條件之一，也就是保證發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的基本條件之一，這就要求發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不但能夠在靜態(tài)，而且能在大擾動(dòng)后的穩(wěn)態(tài)中能保證發(fā)電機(jī)電壓水平在給定的容許水平上。發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定大型同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓正常變化范圍為±

24、5%，最高電壓不得高于額定值的110%。第二，保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性發(fā)電機(jī)在額定值附近運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓下降時(shí)，輸出同樣的功率所需要定子電流會(huì)上升，損耗增加。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓下降過大時(shí)，由于定子電流的限制，將使發(fā)電機(jī)的出力受到限制。因此，規(guī)程3規(guī)定，大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓不能低于額定值的90%，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓低于95%時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)限負(fù)荷運(yùn)行，其他電力設(shè)備也有這個(gè)問題。第三，提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。從下面分析可以看到，提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓水平的能力的同時(shí)，也提高了電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定水平。4.2 同步電機(jī)勵(lì)磁系控制統(tǒng)的重要任務(wù)是提

25、高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定可分為功角（機(jī)電）穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定等。功角穩(wěn)定包括靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的改善，都有顯著的作用，而且也是改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施中，最為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而有效的措施。4.2.1 同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)提高靜態(tài)穩(wěn)定的作用 以圖4-1為一個(gè)單機(jī)無限大母線系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)輸送功率可以表示為Xd，Xq，XdXT1XT2XL圖4-1 單機(jī)無限大母線系統(tǒng)(4-1) (4-2) (4-3) 其中 設(shè)Ut=1.0,Us=1.0,發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后運(yùn)行人員不再手動(dòng)去調(diào)整勵(lì)磁,則無電壓調(diào)節(jié)器時(shí)的靜穩(wěn)極限、有能維持E恒定的調(diào)壓器時(shí)的極限、有能維持

26、發(fā)電機(jī)端電壓恒定的調(diào)壓器時(shí)的靜穩(wěn)極限分別為：0.4、0.77和1.0。 可見，當(dāng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器能維持發(fā)電機(jī)電壓恒定時(shí),靜態(tài)穩(wěn)定極限達(dá)到線路極限,比維持E恒定的調(diào)節(jié)器,提高靜穩(wěn)極限約30%.維持發(fā)電機(jī)電壓水平的要求與提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限的要求是一致的，是兼容的。當(dāng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機(jī)電壓為恒定值時(shí),不論是快速勵(lì)磁系統(tǒng),還是常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng),靜態(tài)穩(wěn)定極限都可以達(dá)到線路極限。4.2.2 同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用 暫態(tài)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)受大擾動(dòng)后的穩(wěn)定性。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的作用主要由三個(gè)因素決定。 (1) 勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù) 提高勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)可以提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。提高勵(lì)磁系

27、統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的要求，與提高調(diào)壓精度并沒有矛盾，是兼容的。(2) 勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓響應(yīng)比 勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓響應(yīng)比越大，勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電壓達(dá)到頂值的時(shí)間越短，對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定越有利。頂值電壓響應(yīng)比，主要由勵(lì)磁系統(tǒng)的型式?jīng)Q定，但是，勵(lì)磁控制器的控制規(guī)律和參數(shù)對(duì)電壓響應(yīng)比也可以有舉足輕重的影響。有優(yōu)良控制規(guī)律和參數(shù)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)，可以把一個(gè)慢速勵(lì)磁改造成一個(gè)接近快速勵(lì)磁系統(tǒng)的高起始勵(lì)磁系統(tǒng)，一個(gè)規(guī)律和參數(shù)不合理的勵(lì)磁控制裝置也可以把一個(gè)快速勵(lì)磁系統(tǒng)改變?yōu)橐粋€(gè)慢速勵(lì)磁系統(tǒng)。 在相同的控制規(guī)律下，增大勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益可以提高勵(lì)磁電壓響應(yīng)比，同時(shí)，也提高了電壓調(diào)節(jié)精度。(3) 勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的利用程度充分

28、利用勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，也是發(fā)揮勵(lì)磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定作用的一個(gè)重要因素。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)的輸出電壓達(dá)不到頂值，或者維持頂值的時(shí)間很短，在發(fā)電機(jī)電壓還沒有恢復(fù)到故障前的值時(shí)，就不進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)了，那么，它的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)就沒有很好發(fā)揮，改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果就不好。充分利用勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓的措施之一，就是提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)開環(huán)增益，開環(huán)增益越大，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)利用越充分，調(diào)壓精度也越高，也就越有利于改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。 由此可見，提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)保持端電壓水平的能力，與提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是一致的、兼容的。4.2.3 同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的作用電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題，可以理解為電力系統(tǒng)

29、機(jī)電振蕩的阻尼問題。分析證明，勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)作用，是造成電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩阻尼變?nèi)酰ㄉ踔磷冐?fù)）的最重要的原因之一。在一定的運(yùn)行方式及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)下，電壓調(diào)節(jié)作用，在維持發(fā)電機(jī)電壓恒定的同時(shí)，將產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。許多研究表明，在正常實(shí)用的范圍內(nèi)，勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用會(huì)隨著開環(huán)增益的增大而加強(qiáng)。因此提高電壓調(diào)節(jié)精度的要求和提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的要求是不兼容的。解決這個(gè)不兼容性的辦法有：(1) 放棄調(diào)壓精度要求，減少勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益。這對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性均有不利的影響，是不可取的。(2) 電壓調(diào)節(jié)通道中，增加一個(gè)動(dòng)態(tài)增益衰減環(huán)節(jié)。這種方法可以達(dá)到既保持電壓調(diào)節(jié)精度，又可減少電壓

30、調(diào)壓通道的負(fù)阻尼作用的兩個(gè)目的。但是，這個(gè)環(huán)節(jié)使勵(lì)磁電壓響應(yīng)比減少，不利于暫態(tài)穩(wěn)定，也是不可取的。(3) 在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，增加附加勵(lì)磁控制通道解決電壓調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定之間矛盾的有效措施，是在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，增加其他控制信號(hào)。這種控制信號(hào)可以提供正的阻尼作用，使整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限的水平達(dá)到和超過咱態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的水平。這種控制信號(hào)不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機(jī)端電壓水平的能力，不改變其主要控制的地位。因此，又稱為附加勵(lì)磁控制。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器即PSS是使用最廣、最簡(jiǎn)單而有效的附加勵(lì)磁控制。4.2.4 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是電網(wǎng)和電廠的共同責(zé)任和共

31、同的利益所在 電力系統(tǒng)是由發(fā)電（發(fā)電廠）、輸電（電網(wǎng)）和用電（配電、供電和用戶）三部分組成的。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由發(fā)電的穩(wěn)定性、輸電的穩(wěn)定性和用電的穩(wěn)定性來共同實(shí)現(xiàn)的，缺一不可。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性不但和電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式的合理安排有關(guān)，而且和發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)的規(guī)律和參數(shù)有重要的關(guān)系。也只有電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了，才能保證每個(gè)發(fā)電廠有更多的安全、滿發(fā)的機(jī)會(huì)。把提高和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定的任務(wù)看作僅僅是電網(wǎng)的事、與電廠無關(guān)的想法是片面的、錯(cuò)誤的。5. 對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求為了發(fā)揮勵(lì)磁控制系統(tǒng)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定上的作用，勵(lì)磁控制系統(tǒng)本身必須是穩(wěn)定的。 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括空載穩(wěn)定性和負(fù)載穩(wěn)定

32、性。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的空載穩(wěn)定性是指發(fā)電機(jī)不并網(wǎng)、空載條件下的穩(wěn)定性。由發(fā)電機(jī)空載條件下的階躍響應(yīng)試驗(yàn)來檢驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，勵(lì)磁控制系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)該能滿足國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)指標(biāo)的要求，而不能用降低要求的條件下來達(dá)到穩(wěn)定性的要求。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的負(fù)載穩(wěn)定性是指發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶空載條件下的穩(wěn)定性。勵(lì)磁控制系統(tǒng)應(yīng)該能在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的各種運(yùn)行工況下（包括進(jìn)相運(yùn)行、伏/赫限制動(dòng)作、低勵(lì)磁限制動(dòng)作、過勵(lì)磁限制動(dòng)作等）保持穩(wěn)定性。6. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的原理與實(shí)踐由于電力系統(tǒng)的發(fā)展、互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和擴(kuò)大、快速自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和快速勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外不少電力系統(tǒng)出現(xiàn)了低頻功率振蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，成為

33、制約聯(lián)絡(luò)線輸送功率極限提高的最重要因素之一。自上世紀(jì)50年代末開始，國(guó)外就對(duì)低頻振蕩問題和應(yīng)采取的措施進(jìn)行了研究并在實(shí)際電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。上世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)在建設(shè)古比雪夫莫斯科輸電系統(tǒng)時(shí)就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線路輸電功率達(dá)到某一定值后，系統(tǒng)就會(huì)在沒有任何明顯的擾動(dòng)下也出現(xiàn)增幅振蕩。他們稱之為“自發(fā)振蕩”，其實(shí)質(zhì)就是今天說的低頻振蕩。他們研制了“強(qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器”解決了這個(gè)問題?！皬?qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器”就是在原有的電壓調(diào)節(jié)器功能（按發(fā)電機(jī)端電壓的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁）的基礎(chǔ)上，引入了發(fā)電機(jī)定子電流的偏差I(lǐng)，一次微分I和二次微分I（早期）或機(jī)端電壓頻率的偏差f和一次微分f作為附加控制（反饋）信號(hào)，進(jìn)行

34、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，有效的解決了“自發(fā)振蕩”問題，滿足了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。上世紀(jì)60年代，北美電力系統(tǒng)發(fā)生了功率振蕩，他們稱為低頻振蕩。其后，在西歐、日本也多次發(fā)生輸電線功率低頻振蕩的事例，于是引起了各國(guó)對(duì)低頻振蕩問題的普遍重視。1964年在美國(guó)西部即WSCC將水電為主的西北部與火電為主的西南部用230Kv聯(lián)絡(luò)線連接后, 出現(xiàn)了6周/分即0.1Hz的功率振蕩, 研究證明該振蕩可以用火電機(jī)組調(diào)速器特殊控制加以消除.此后，WSCC在92年12月8日，93年3月14日及95年7月11日, 96年7月2日，96年8月10日先后發(fā)生了五次低頻振蕩。其中96年8月1O日最為典型亦最為嚴(yán)重, 現(xiàn)

35、將當(dāng)時(shí)的過程簡(jiǎn)述如下：當(dāng)天 WSCC處于水電大發(fā), 向南輸送很重的負(fù)荷. 由于一條500Kv聯(lián)絡(luò)線故障斷開, 潮流轉(zhuǎn)移使得局部地區(qū)電壓偏低, 此時(shí)一個(gè)水電廠13臺(tái)機(jī)組由于勵(lì)磁誤動(dòng)而相繼斷開, 系統(tǒng)出現(xiàn)了0.2Hz左右的增幅低頻振蕩, 使系統(tǒng)失去穩(wěn)定, 解列成數(shù)個(gè)小系統(tǒng)。為了抑制低頻振蕩，研制了以發(fā)電機(jī)功率、發(fā)電機(jī)組的軸速度、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓頻率為信號(hào)的附加勵(lì)磁控制裝置，他們稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，即PSS，并在系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。美國(guó)第一臺(tái)抑制低頻振蕩用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)與1966年投入工業(yè)試驗(yàn)。由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器具有物理概念清楚、參數(shù)易于選擇、電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，已為各國(guó)電力系統(tǒng)普

36、遍接受和采用。我國(guó)從上世紀(jì)80年代初開始，在多個(gè)省級(jí)電力系統(tǒng)和互聯(lián)電力系統(tǒng)中發(fā)生過低頻振蕩。1983年，湖南電力系統(tǒng)的鳳常線、湖北電力系統(tǒng)的葛鳳線；1984年廣東香港互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線；1994年南方互聯(lián)系統(tǒng)的天廣線；1998年川渝電網(wǎng)的二灘電力送出系統(tǒng)；2003年2月23日、3月6日和3月7日的上午7時(shí)至8時(shí)間，在南方電網(wǎng)的云南至天生橋（羅馬線）、天生橋至廣東、廣東至香港的聯(lián)絡(luò)線上；都曾出現(xiàn)個(gè)低頻振蕩。經(jīng)過分析和研究，這些低頻振蕩都是勵(lì)磁系統(tǒng)的負(fù)阻尼作用引起的。只要在相應(yīng)的機(jī)組上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，就可以制止這種低頻振蕩的發(fā)生。在過去的幾年里，我國(guó)的電力系統(tǒng)經(jīng)歷了由?。▍^(qū)）間聯(lián)網(wǎng)到大區(qū)電網(wǎng)間互聯(lián)

37、的飛速發(fā)展。2001年，實(shí)現(xiàn)了東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)的互聯(lián)，2002年實(shí)現(xiàn)了川渝電網(wǎng)和和華中電網(wǎng)的互聯(lián)，華中電網(wǎng)和華北電網(wǎng)即將在2003年實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。華中和華北聯(lián)網(wǎng)，將形成從四川二灘電站到東北伊敏電站，綿延數(shù)千公里，包括川渝、華中、華北、東北4個(gè)大區(qū)的巨大電網(wǎng)。南方互聯(lián)電網(wǎng)（包括粵、黔、滇三省和廣西、香港兩區(qū)）也綿延兩千公里左右。聯(lián)網(wǎng)工程的研究表明，隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大和送電功率的增加，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題（低頻振蕩問題）已成為影響互聯(lián)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最重要的因素之一。研究同時(shí)表明，在互聯(lián)電力系統(tǒng)中一般都存在兩種振蕩模式，即地區(qū)性振蕩模式（local model，頻率一般在0.52.0Hz）和區(qū)域間振蕩

38、模式（interarea model或tieline model，頻率一般在0.12.0Hz）。研究還表明，解決屬于地區(qū)性振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，可以通過在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)電廠配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來完成；要解決屬于區(qū)域間振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，僅靠在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)發(fā)電廠配置PSS是不夠的，需要在一大批與該振蕩模相關(guān)的發(fā)電機(jī)上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），才能有效地解決區(qū)域間振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，保證聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 在我國(guó)，從20世紀(jì)70年代末開始，對(duì)PSS進(jìn)行了理論的和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)研究。1982年，我國(guó)自行設(shè)計(jì)和制造的帶電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的

39、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在湖南鳳灘水電廠投入工業(yè)運(yùn)行。1983年10月，在湖南電力系統(tǒng)進(jìn)行了PSS阻尼電力系統(tǒng)低頻戰(zhàn)地的系統(tǒng)試驗(yàn)，并取得了圓滿成功。最近，中國(guó)電力科學(xué)研究院又開發(fā)了“雙輸入信號(hào)的加速功率型”電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，在三峽電廠700MW發(fā)電機(jī)試驗(yàn)成功，并投入運(yùn)行。為解決全國(guó)聯(lián)網(wǎng)后出現(xiàn)的0.15Hz左右的低頻振蕩的阻尼作出了貢獻(xiàn)。6.1 低頻振蕩原因分析采用考慮發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)Eq變化的飛利普斯海佛容（Phillips-Heffrom）模型來分析電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩原因及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理是很方便的。6.1.1 基本關(guān)系式考慮在暫態(tài)電勢(shì)Eq變化的單機(jī)無窮大母線系統(tǒng)（圖2-1）的數(shù)學(xué)模型如圖2-2

40、所示，其中Ex（s）代表同步發(fā)電機(jī)的電壓控制系統(tǒng)（包括勵(lì)磁機(jī)和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR），Ep(s)代表電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。U tUM，TdoXd，Xq，XdXe圖 6-1 單機(jī)無限大母線系統(tǒng)K1K4K5EP(S)EX(S)K6K2qEfdMe2Me1 圖6-2 單機(jī)無限大母線系統(tǒng)模型基本關(guān)系式有： （6-1） （6-2） （6-3） （6-4） （6-5） （6-6） （6-7） （6-8） （6-9） （6-10） （6-11） （6-12） (6-13） Utd0=iqoxq （6-14） （6-15）式中，Xd、Xq、Xd分別為發(fā)電機(jī)縱軸電抗、橫軸電抗、縱軸暫態(tài)電抗 r 、X 分別為線路電阻和

41、電抗 P0 、Q0 分別為發(fā)電機(jī)的有功、無功Ut0 、U 分別為發(fā)電機(jī)端電壓和無限大母線電壓 發(fā)電機(jī)工況（設(shè)）有一變化時(shí)，產(chǎn)生電壓變化K5，經(jīng)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的力矩Meu 其中負(fù)號(hào)表示電壓調(diào)節(jié)器按電壓負(fù)增量調(diào)節(jié)。 （6-16）6.1.2 阻尼力矩系數(shù)和同步力矩系數(shù) 在研究低頻振蕩問題時(shí)，發(fā)電機(jī)之間仍保持同步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)內(nèi)各機(jī)電量、Ut、Me2、Eq、Efd等量可以認(rèn)為按某一低頻頻率（一般在0.2-2.5Hz范圍內(nèi)）作正弦振蕩。這樣，這些量都可以用正弦向量來表示。它們都可以在坐標(biāo)平面上以向量表示（圖6-3）。在坐標(biāo)平面上，與正方向同相的力矩是正的同步力矩，與反相的力矩是負(fù)的同步力矩，與正方向

42、同相的力矩是正阻尼力矩，與正方向相反相的力矩是負(fù)的阻尼力矩。一般地說，通過勵(lì)磁回路產(chǎn)生的電磁力矩Meu不會(huì)正好在軸或軸上，這時(shí)可以將它投影到軸和軸上，Meu在軸上的分量叫同步力矩分量，在軸的分量稱為阻尼力矩分量（圖6-3）。 以低頻振蕩頻率d代入式（2-16），即令sjd后就可以求得與相應(yīng)的電磁力矩Meu以及其同步力矩分量和阻尼力矩分量。Ksu，Kdu分別稱為電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的同步力矩系數(shù)和阻尼力矩系數(shù)。 0314 d為振蕩角頻率 KEX、EX分別為的模和角KDu0時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的阻尼作用為負(fù)阻尼作用，KDu0時(shí)則為正阻尼作用。KEX和EX都是利息控制系統(tǒng)參數(shù)（增益和時(shí)間常數(shù)）及系數(shù)K3、K

43、6的函數(shù)，因此，阻尼力矩系數(shù)KDU既是勵(lì)磁控制系數(shù)的函數(shù)又是同步電機(jī)運(yùn)行工況（K2、K5、K6）的函數(shù)。K5-K5MeuMDUEquEX-K5K5MeuMDUEquEX (a) K5>0時(shí)AVR的阻尼力矩 (b) K5<0時(shí)AVR的阻尼力矩PeMepMDPEeqpEX-Pep(c) PSS的阻尼力矩圖 6-3 AVR和PSS的阻尼力矩6.1.3 同步電機(jī)不同工況下，模型系數(shù)K1K6的變化在電力系統(tǒng)運(yùn)行的同步電機(jī)，大多數(shù)的工作狀態(tài)是固定的，一部分是作為同步發(fā)電機(jī)，主要向電力系統(tǒng)提供有功功率，根據(jù)電網(wǎng)要求，可以發(fā)出無功、也可吸收無功；一部分是同步調(diào)相機(jī)，它主要用來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，它可以吸

44、收電網(wǎng)無功，也可以向電網(wǎng)輸出無功；還有一部分是同步電動(dòng)機(jī)，它主要從電網(wǎng)中吸收有功。以圖6-1的單機(jī)無窮大系統(tǒng)為例，計(jì)算了隱極轉(zhuǎn)子同步電機(jī)和凸極電機(jī)兩種情況下，同步電機(jī)有功從吸收1.0p.u到發(fā)出有1.0p.u變化過程中，系數(shù)K1K6的變化情況，計(jì)算時(shí)系統(tǒng)電壓U取0.98p.u,系統(tǒng)電抗X0.8。對(duì)每種電機(jī)又考慮了端電壓為1.03p.u和0.95p.u兩種情況。圖6-4為隱極式同步電機(jī)的計(jì)算結(jié)果，XdXq2.0，Xd0.3。由圖6-4可以看出：(1) 系數(shù)K3與電機(jī)的工況無關(guān)，在由電動(dòng)機(jī)狀態(tài)到發(fā)電機(jī)狀態(tài)的滿負(fù)荷范圍內(nèi)，K3為一常數(shù)，僅決定于電機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)電抗。(2) 系數(shù)K6與同步電機(jī)的負(fù)荷有關(guān)

45、，但在負(fù)荷大范圍變化時(shí)，其變化也不大，同步電機(jī)有功絕對(duì)值增大時(shí)，K6變小，且具有軸對(duì)稱特性。(3) 系數(shù)K1有較大變化。有功為零時(shí)，K1不為零，有功開始增大時(shí)，K1隨著有功的增大而增大，在某一有功下達(dá)到最大值，此后，有功進(jìn)一步增大時(shí)，K1將隨有功的增大而減少。在所計(jì)算的有功范圍內(nèi)K1大于零。K1與有功的關(guān)系也具有軸對(duì)稱特性。(4) 系數(shù)K2和K4在電機(jī)有功為零時(shí)均為零，同步電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，K2、K4均為正，有功增大，K2和K4也增大；當(dāng)電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，K2和K4都為負(fù)值，吸收的有功越大，K2和K4的絕對(duì)值也越大，具有原點(diǎn)對(duì)稱性質(zhì)。顯然有乘積K2×K40。(5) 系數(shù)K

46、5在同步電機(jī)空載時(shí)也為零。在發(fā)電狀態(tài)下，在輸出有功增加是最初一段范圍內(nèi)（圖6-4中的P00.25），K5也隨之增大，符號(hào)為正與有功相同。此后功率進(jìn)一步增加時(shí)，K5減少，在到達(dá)某一臨界值Pe時(shí)（Uio1.03時(shí)，Pc0.48；Uio0.95時(shí)，Pc0.54），K5變?yōu)榱?，功率進(jìn)一步增加，K5變負(fù)，與有功反號(hào)，且越來越負(fù)。在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下工作時(shí)，情況相似，只是K5的符號(hào)正好相反。K5也具有原點(diǎn)對(duì)稱性質(zhì)，在吸收有功的最初一段范圍內(nèi)，K5為負(fù)并有最小值，與有功同號(hào)，以后K5逐漸變?yōu)榱悖展β蔬M(jìn)一步增加時(shí)K5變正，與有功反號(hào)，且越來越大。 圖6-5給出凸極電機(jī)時(shí)的曲線。Xd1.0，Xq0.65，Xd0.

47、3，Ut0、U、X與圖6-4相同。 從圖6-5可以看出，K1、K2、K3、K4和K6的變化規(guī)律，對(duì)稱性質(zhì)與圖6-4完全相同，只是具體數(shù)值有區(qū)別。K5的原點(diǎn)對(duì)稱性也相同，區(qū)別在于，在有功從零開始的最初一段變化范圍內(nèi)，未出現(xiàn)K5與有功功率同號(hào)的情況，這點(diǎn)與具體參數(shù)有關(guān)。6.1.4 勵(lì)磁控制系統(tǒng)參數(shù)對(duì)同步電機(jī)阻尼的影響由式（6-19）可知，勵(lì)磁控制系統(tǒng)參數(shù)對(duì)阻尼力矩系數(shù)Kdu的影響，表現(xiàn)為乘積Kex×sinex的大小和符號(hào)上。由圖6-4、圖6-5已知，系數(shù)K3與同步電機(jī)的運(yùn)行工況無關(guān)，K6則變化不大，因此Kex，ex主要決定于勵(lì)磁控制系統(tǒng)參數(shù)（電壓調(diào)節(jié)器及電機(jī)磁場(chǎng)回路參數(shù)），即開環(huán)增益和時(shí)

48、間常數(shù)。圖6-6為以一快速勵(lì)磁系統(tǒng)為例（時(shí)間常數(shù)為0.05秒）的計(jì)算結(jié)果。它給出了Kex、ex、sinex和乘積Kexsinex與勵(lì)磁控制系統(tǒng)開環(huán)增益Ka的關(guān)系曲線。由圖6-6可知：（1） Kex隨著Ka的增大而增大。（2） ex隨著Ka的增大而減少，Ka1時(shí)，ex為-99°，Ka增大時(shí)，ex逐漸減少，Ka達(dá)到200時(shí)，ex只有-10°左右了；當(dāng)Ka，則有ex0。（3） sinex為負(fù)值，當(dāng)開環(huán)增益Ka趨向無限大時(shí)，sinex趨向于零。對(duì)于現(xiàn)代大型同步電機(jī)，均配有快速電壓調(diào)節(jié)器，因此，在低頻振蕩的頻率范圍內(nèi)，其滯后角ex一般均在0180°之間，因此sinex基本上

49、均為負(fù)值。（4） 乘積Kex·sinex在Ka從零開始增大的一段范圍內(nèi)（圖6-6中的040），Ka增大，乘積Kex·sinex的絕對(duì)值也增大，阻尼力矩系數(shù)的絕對(duì)值Kdu也增大，Ka超過這個(gè)范圍后，在增大時(shí)，Kex·sinex的絕對(duì)值反而減少，阻尼力矩系數(shù)Kdu也減少，Ka時(shí)，Kex·sinex0，Kdu0。由此可見，在Ka變化時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的阻尼作用，先是隨著Ka的增大而增大，在某一臨界值后，將隨著Ka的增大而減少，Ka趨向于無限大時(shí)。阻尼作用也趨向于零。6.1.5 同步電機(jī)運(yùn)行工況對(duì)阻尼力矩系數(shù)Kdu的影響從式（6-19）可知，運(yùn)行工況對(duì)阻尼力

50、矩系數(shù)的影響主要通過對(duì)系數(shù)K2、K5的影響表現(xiàn)出來。當(dāng)電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，K20，在小負(fù)荷情況下（PPc時(shí)），K50，因此有K2·K50。又因?yàn)镵ex·sinex0；因此阻尼力矩系數(shù)Kdu0；在重負(fù)荷情況下，K50，則有Kdu0，而且K2和K5的絕對(duì)值隨著負(fù)荷的增大而增大，因此，發(fā)電機(jī)負(fù)荷越重，Kdu越負(fù)，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用大于發(fā)電機(jī)的正阻尼因數(shù)時(shí)，合成阻尼為負(fù)，就會(huì)出現(xiàn)自發(fā)的低頻功率振蕩，這也就是低頻振蕩發(fā)生在重負(fù)荷弱聯(lián)系是情況下的原因。由于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)下，K2總是大于零的，因此，電壓調(diào)節(jié)器的阻尼作用可以通過系數(shù)K5的正負(fù)極大小來加以判斷。K50時(shí)為正阻尼作用

51、，K50時(shí)為負(fù)阻尼作用，K5的絕對(duì)值增大，其阻尼作用加大。同理，當(dāng)電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，也是在重負(fù)荷下容易發(fā)生低頻功率振蕩。圖6-4 發(fā)電機(jī)模型系數(shù)與發(fā)電機(jī)負(fù)荷的關(guān)系曲線 Xd=Xq=2.0,Xd=0.2,Xe=1.0圖6-5 發(fā)電機(jī)模型系數(shù)與發(fā)電機(jī)負(fù)荷的關(guān)系曲線 Xd=1.0,Xq=0.7,Xd=0.35,Xe=1.0Ta=.02,xd=1.0,xq=.70, xdp=0.35, xe=1.0, ut=us=1.0,Tdo=11.2,CM=6.4,CD=2.0 and f=0.8Hz. ANG1 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Pe ANG232.937 .5931 .4028 .67

52、50 .2618 -.0600 .7219 .3420 20.0Ta=.02,xd=2.0,xq=2.0,xdp=0.2,xe=1.0, Ut=Us=1.0,Tdo=11.2,CM=6.4,CD=2.0ANG1 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Pe ANG275.112 .6195 .8054 .4000 1.4496 -.0128 .6373 .5736 35.00圖6-6 Kex 、ex、sinex 與KA 的關(guān)系6.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理及參數(shù)選擇6.2.1 基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)附加控制，它的控制作用也是通過電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用而實(shí)現(xiàn)的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號(hào)可以取同步電機(jī)的電功率、電機(jī)的功角、軸速度或它們的組合。如圖2-2中虛線部分所示，以電功率為信號(hào)作為例子說明電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理及參數(shù)選擇。設(shè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)為EP(S)，則它產(chǎn)生的電磁力矩為：試驗(yàn)和分析可以說明，在低頻振蕩時(shí)，Pe和功角基本上同相，在平面上可以在軸上表示（圖63），即有： PeK· 式（2-20）中“”號(hào)表示以電功率負(fù)增量進(jìn)行控制。以sjd代入式（620）中，可求得通過-Pe附加勵(lì)磁控制即功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器產(chǎn)生的阻尼力矩系數(shù)Kdp為：Kdp-K2×K×Kex×Kpsin（ex+