發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)論述.

1、發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)論述摘 要 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性起著重要作 用，隨著國(guó)內(nèi)外勵(lì)磁系統(tǒng)的研制不斷取得進(jìn)展，各型勵(lì)磁系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本 文闡述了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要任務(wù)及基本要求， 討論了同步發(fā)電機(jī)的 不同勵(lì)磁方式及其性能特點(diǎn)， 最后介紹了發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)技 術(shù)和性能改善。關(guān)鍵詞 同步發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁方式，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，穩(wěn)定性ABSTRACTGenerator excitation system reliability and stability of power system plays an important role, with the dev

2、elopment of domestic and foreign progress of excitation system, the excitation system constantlyT. his paper expounds the main tasks of the synchronous generator excitation system and basic requirements, discuss the different excitation mode and characteristics of synchronous generator, finally intr

3、oduced the improvement of related technology and performance of automatic generator control system.Key Words: Synchronous generator, Excitation system, Excitation mode, Excitation regulator, Stability1、概述 勵(lì)磁系統(tǒng)是提供同步發(fā)電機(jī)可調(diào)勵(lì)磁電流裝置的組合。 同步發(fā)電機(jī)的勵(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， 勵(lì)磁功率單元向同 步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵(lì)磁電流：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸

4、入信號(hào)和給定 的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。 整個(gè)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié):1r；t| 發(fā)電機(jī) I |:!電力系址器、勵(lì)磁功率單元、發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。I|111勵(lì)論節(jié)器|匕二I輛入蝕一j|!S-«a* Mi-B-圖1-1勵(lì)磁系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖2、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要任務(wù)和基本要求2.1同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要任務(wù)勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性及其它特性有直接的影響。它的主要作用有：正常運(yùn)行時(shí)供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源， 并根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載的變化作相應(yīng)調(diào) 整，以維持發(fā)電機(jī)端電壓或電網(wǎng)中某一點(diǎn)電壓在給定水平上。當(dāng)發(fā)電機(jī)突然 甩負(fù)荷時(shí)，實(shí)行強(qiáng)行

5、減磁以限制其端電壓，使其不會(huì)過(guò)度升高。此外，當(dāng)幾 臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用可使無(wú)功功率在機(jī)組間得到穩(wěn)定 和合理的分配。通過(guò)靈敏而又快速的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定和輸電 線路的傳輸能力。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路或因其它原因使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降 時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁，以提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。如果發(fā)電機(jī)內(nèi)部 發(fā)生短路故障，則對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行自動(dòng)滅磁，以降低故障的損壞程度。對(duì)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行控制，是對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行實(shí)行控制的重要內(nèi)容 之一。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(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，在某些故障情況下，發(fā)電機(jī)端電壓 降低將導(dǎo)致電

6、力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，要求發(fā) 電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，以維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性，可見(jiàn)，同步發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)控制在保證電能質(zhì)量， 無(wú)功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn) 行的可靠性方面都起著非常重要的作用。 優(yōu)良的勵(lì)磁控制系統(tǒng)不僅可以保證 發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行，提供合格的電能，而且還可以有效提高系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。2.2 同步發(fā)電機(jī)對(duì)勵(lì)磁的基本要求 首先，對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)，按照我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，有以下幾點(diǎn)要求：(1).運(yùn)行要高度可靠、結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、檢修維護(hù)要方便。.發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓精度不低于 0. 5%1. 0%。無(wú)功調(diào)差范圍：汽輪 發(fā)電機(jī)組為± 10，水輪發(fā)電機(jī)組為

7、77; 15。.發(fā)電機(jī)端電壓隨頻率的變化要小，當(dāng)頻率變化為1 %時(shí)，電壓變化小于士 O 25%。具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)： 在 10%階躍信號(hào)輸入時(shí)， 發(fā)電機(jī)端電壓的超 調(diào)量不超過(guò) 50 % (快速勵(lì)磁系統(tǒng)不超過(guò) 30%)：振蕩次數(shù)不超過(guò) 35次：調(diào) 節(jié)時(shí)間：汽輪發(fā)電機(jī)組不大于10s,水輪發(fā)電機(jī)組不大于5s。甩額定負(fù)荷時(shí)， 超調(diào)量不大于 15%20%。.發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)行方式下，滅磁開(kāi)關(guān)應(yīng)能可靠滅磁，并且不產(chǎn)生過(guò) 高的電壓。其次，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求是：1具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。.能反映發(fā)電機(jī)電壓高低，以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平。勵(lì)磁控制 系統(tǒng)的自然調(diào)差系數(shù)一般在 1%以內(nèi).勵(lì)磁調(diào)

8、節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無(wú)功功率，應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差系數(shù)可在± 10%以內(nèi)調(diào)整。.對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，要求勵(lì)磁機(jī)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。最后，對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求是：.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。3、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的分類及其性能特點(diǎn)同步發(fā)電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個(gè)直流磁場(chǎng)，而產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的直流電流，稱為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。根據(jù)勵(lì)磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)，稱為他勵(lì)發(fā)電機(jī)，從發(fā)電機(jī)本身獲得勵(lì)磁 電源

9、的，則稱為自勵(lì)發(fā)電機(jī)。近年來(lái)，我國(guó)有關(guān)部門(mén)在自并勵(lì)勵(lì)磁方式的研究方面作了大量而細(xì)致的 工作，結(jié)果表明，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)較其它方式的勵(lì)磁系統(tǒng)有著以下優(yōu)點(diǎn)：.運(yùn)行可靠性高。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)為靜態(tài)勵(lì)磁，與勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)相比，由于沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行可靠性高。國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) 造成發(fā)電機(jī)強(qiáng)迫停機(jī)率低于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。.能改善汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的軸系穩(wěn)定性。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)可縮短發(fā)電 機(jī)組的軸系長(zhǎng)度，減少軸承數(shù)量。如 300MV及以上的汽輪發(fā)電機(jī)的軸系長(zhǎng)度 可減少大約 3 米，因而，可提高軸系的穩(wěn)定性，改善軸系振動(dòng)，從而提高了 機(jī)組的安全運(yùn)行水平?？商岣唠娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定水平。 在小干擾方面， 自并勵(lì)勵(lì)磁系

10、統(tǒng)配置 PSS后，小干擾穩(wěn)定水平較勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)有明顯提高；在大干擾穩(wěn)定方面，電 力系統(tǒng)計(jì)算表明， 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平與交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)相近或 略有提高。.經(jīng)濟(jì)性好。主要決定于：1）系統(tǒng)造價(jià)低；2）減少?gòu)S房及基礎(chǔ)造價(jià)； 3）調(diào)整容易，維護(hù)簡(jiǎn)單，故障后修復(fù)時(shí)間短，可提高發(fā)電效益。與交流勵(lì)磁機(jī)方式比較，因交流勵(lì)磁機(jī)在短路時(shí)電樞反應(yīng)較大，影響了 勵(lì)磁電壓上升速度，發(fā)電機(jī)端電壓在短路期間有較大的跌落，所以從總體上 來(lái)看，實(shí)行強(qiáng)勵(lì)以提高暫態(tài)穩(wěn)定的效果， 自并勵(lì)方式略優(yōu)于交流勵(lì)磁機(jī)方式。 研究結(jié)果表明，采用自并勵(lì)方式并配以快速繼電保護(hù)， 如果能在 0.1s 0.15s 內(nèi)切除故障，則在短路故障期間

11、，短路電流僅衰減百分之幾，不會(huì)影響高壓 線路上帶時(shí)限繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可控的直流電源。 為了滿足正常運(yùn) 行的要，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量，并且要有一定的強(qiáng)勵(lì)倍 數(shù)和勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度。在設(shè)計(jì)勵(lì)磁系統(tǒng)方案時(shí)，首先應(yīng)考慮他的可靠性。 為了防止系統(tǒng)電網(wǎng)故障對(duì)他的影響， 勵(lì)磁功率單元往往作為發(fā)電機(jī)的專用電 源，另外，它的起勵(lì)方式也應(yīng)力求簡(jiǎn)單方便。在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機(jī)容量不大，勵(lì)磁電流由與發(fā)電機(jī)組同 軸的直流發(fā)電機(jī)供給， 既所謂直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 隨著發(fā)電機(jī)容量的提高， 所需勵(lì)磁電流也相應(yīng)增大，機(jī)械整流在換流方面遇到了困難，而大功率半導(dǎo) 體整流元件

12、制造工藝卻日益成熟， 于是大容量機(jī)組的勵(lì)磁功率單元就采用了 交流發(fā)電機(jī)和半導(dǎo)體整流元件組成的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。不論是直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)還是交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)， 一般都是與主機(jī) 同軸旋轉(zhuǎn)。為了縮短主軸張度，降低價(jià)格，減少環(huán)節(jié)，又出現(xiàn)用發(fā)電機(jī)自身 作為勵(lì)磁電源的方法，即發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)，又稱為靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。下面就出現(xiàn)的這幾種勵(lì)磁方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的敘述，簡(jiǎn)單的介紹優(yōu)缺點(diǎn)，本 文著重介紹交流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式。直流勵(lì)磁機(jī)方式直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是采用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源， 供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 回路的勵(lì)磁電流。其中直流發(fā)電機(jī)稱為直流勵(lì)磁機(jī)。直流勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電 機(jī)同軸，勵(lì)磁電流通過(guò)換向器和電刷供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

13、勵(lì)磁電流，形成有碳刷 勵(lì)磁。直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)又可分為自勵(lì)式和它勵(lì)式。自勵(lì)與他勵(lì)的區(qū)別是 對(duì)主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式而言的， 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)比自勵(lì)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 系統(tǒng)多用了一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)，因此所用設(shè)備增多，占用空間大，投資大，但是 提高了勵(lì)磁機(jī)的電壓增長(zhǎng)速度，因而減小了勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)，他勵(lì)直流勵(lì) 磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般只用在水輪發(fā)電機(jī)組上。采用直流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁系統(tǒng)，在過(guò)去的十幾年間，是同步發(fā)電機(jī)的 主要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)。目前大多數(shù)中小型同步發(fā)電機(jī)仍采用這種勵(lì)磁系統(tǒng)。長(zhǎng)期的 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，這種勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：具有獨(dú)立的不受外系統(tǒng)干擾的勵(lì)磁 電源，調(diào)節(jié)方便，設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用也比較少。缺點(diǎn)是：運(yùn)行時(shí)整流子與

14、 電刷之間火花嚴(yán)重，事故多，性能差，運(yùn)行維護(hù)困難，換向器和電刷的維護(hù) 工作量大且檢修勵(lì)磁機(jī)時(shí)必須停主機(jī)，很不方便。近年來(lái)，隨著電力生產(chǎn)的 發(fā)展，同步發(fā)電機(jī)的容量愈來(lái)愈大，要求勵(lì)磁功率也相應(yīng)增大，而大容量的 直流勵(lì)磁機(jī)無(wú)論在換向問(wèn)題或電機(jī)的結(jié)構(gòu)上都受到限制。因此，直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)愈來(lái)愈不能滿足要求。目前，在 100MV及以上發(fā)電機(jī)上很少采用交流勵(lì)磁機(jī)方式交流勵(lì)磁機(jī)方式用交流勵(lì)磁機(jī)作為電源，經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。因 勵(lì)磁電源獨(dú)立，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁不受電力系統(tǒng)運(yùn)行情況變化的影響；但由于交 流勵(lì)磁機(jī)的電樞反應(yīng)壓降相對(duì)于直流勵(lì)磁機(jī)大些， 在發(fā)電機(jī)近端發(fā)生短路故 障時(shí)可能會(huì)造成強(qiáng)勵(lì)能力不足。根據(jù)是否有副勵(lì)

15、磁機(jī)及整流方式是可控的還 是不控的，交流勵(lì)磁機(jī)方式有許多，常見(jiàn)的有以下幾種。 他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)下圖所示的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是由與主機(jī)同軸的交流勵(lì)磁機(jī)、中頻勵(lì)磁機(jī)和調(diào)節(jié)器等組成。在這個(gè)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī) G的勵(lì)磁電流由頻率為100Hz的 交流勵(lì)磁機(jī)AE經(jīng)硅整流器VSR供給，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由晶閘管可控 整流器供給，其電源由副勵(lì)磁機(jī)提供。副勵(lì)磁機(jī)是自勵(lì)式中頻交流發(fā)電機(jī)， 用自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器保持其端電壓恒定。由于副勵(lì)磁機(jī)的起勵(lì)電壓較高，不能 象直流勵(lì)磁機(jī)那樣能依靠剩磁起勵(lì)，所以在機(jī)組起動(dòng)時(shí)必須外加起勵(lì)電源， 直到副勵(lì)磁機(jī)的輸出電壓足以使自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器正常工作時(shí)，起勵(lì)電源方可退出，在此勵(lì)磁系統(tǒng)中，勵(lì)

16、磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管元件的控制角，來(lái)改變交流 勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，達(dá)到控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的目的圖3-1他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖其性能和特點(diǎn)如下：交流勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸是獨(dú)立的勵(lì)磁電源，不受電網(wǎng)干擾，可靠性高。同軸交流勵(lì)磁機(jī)、畐U勵(lì)磁機(jī)，加長(zhǎng)了發(fā)電機(jī)主軸長(zhǎng)度，使廠房長(zhǎng)度增加，因此造價(jià)較高。仍有轉(zhuǎn)動(dòng)部件需要一定的維護(hù)工作量。一旦副勵(lì)磁機(jī)或自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，均可導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組失磁。 如果采用永磁發(fā)電機(jī)作為副勵(lì)磁機(jī)，不但可以簡(jiǎn)化調(diào)節(jié)設(shè)備，而且勵(lì)磁系統(tǒng) 的可靠性也可大為提高。 無(wú)刷勵(lì)磁交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最豐富的一種勵(lì)磁系統(tǒng)，但它有一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)一滑環(huán)?；h(huán)是一種滑動(dòng)接觸元件、隨

17、著發(fā)電機(jī)容量的增大，轉(zhuǎn) 子電流也相應(yīng)增大，這給滑環(huán)的正常運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)了困難。為了提高勵(lì)磁 系統(tǒng)的可靠性，就必須設(shè)法取消滑環(huán)，使整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)都無(wú)滑動(dòng)接觸元件， 即所謂無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。其原理接線圖如下圖所示：這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子只有 齒與槽而沒(méi)有繞組，像個(gè)齒輪，因此，它沒(méi)有電刷，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件， 轉(zhuǎn)子電流不再受接觸部件技術(shù)條件的限制，因此特別適合于大容量發(fā)電機(jī) 組。此種勵(lì)磁系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)為：（1）炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。（2）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。（3）要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好

18、的機(jī)械性能，能承受高速 旋轉(zhuǎn)的離心力。（4）因?yàn)闆](méi)有接觸部件的磨損，所以也沒(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)。（5）其缺點(diǎn)是由于與轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子 回路的電壓、電流都不能用普通的直流電壓表、直流電流表進(jìn)行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子 繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，旋轉(zhuǎn)二極管的運(yùn)行狀況、接線是否開(kāi)脫、熔絲 是否熔斷等等也都不便于監(jiān)視。因而在運(yùn)行維護(hù)上是不方便的。同時(shí)噪音較 大，交流電勢(shì)的諧波分量也較大。 靜止勵(lì)磁靜止勵(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)。由于勵(lì)磁電

19、流是發(fā)電機(jī)本身提供， 故又稱為發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)。 它由機(jī)端勵(lì)磁變壓器供電給整流器電源， 經(jīng)三相全控橋整流橋直接控制發(fā)電 機(jī)的勵(lì)磁。其原理接線圖如下圖所示 :圖3-3靜止勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）勵(lì)磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，維護(hù)費(fèi)用省，可靠 性高。（2）需要同軸勵(lì)磁機(jī)，可縮短主軸長(zhǎng)度，這樣可減少基建投資。（3）直接用晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度（4）由發(fā)電機(jī)機(jī)端取得勵(lì)磁能量。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)組的過(guò) 電壓低。電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，故障切除得越快，則電壓恢復(fù)也越快。綜 上所述，只有在發(fā)電機(jī)近端發(fā)生短路，而且故障切除又慢的情況下，自并

20、勵(lì) 方式的缺點(diǎn)才能表現(xiàn)比較突出。對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力來(lái)說(shuō)，由于強(qiáng)勵(lì)動(dòng) 作后，要經(jīng)過(guò)Td時(shí)間后，才能使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流得到明顯增長(zhǎng)，所以不論哪一種勵(lì)磁方式，在短路故障被切除之前的這段時(shí)間里（如0.1s 0.5s ）。強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作都是有限的。如果短路故障能快速（例如0.15s）切除，即使采用自并勵(lì)方式，電壓也將迅速恢復(fù)，其強(qiáng)勵(lì)能力也就跟著恢復(fù)了。對(duì)于保證電力 系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定來(lái)說(shuō)，采用快速繼電保護(hù)和快速斷路器，比勵(lì)磁系統(tǒng)有更加 重要的作用。4、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無(wú)論是何種勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其核心部分的構(gòu)成都是很相似的。它由基本控 制和輔助控制兩大部分組成。基本控制由測(cè)量比較、綜合放大和移相觸發(fā)三 個(gè)主要單元構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)電

21、壓調(diào)節(jié)和無(wú)功功率分配等基本調(diào)節(jié)功能。測(cè)量比較單元的作用是測(cè)量發(fā)電機(jī)的端電壓， 綜合無(wú)功調(diào)差信號(hào)后與給 定的基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓的偏差信號(hào)，供后級(jí)環(huán)節(jié)使用。測(cè)量比較電 路應(yīng)具有足夠高的靈敏度與優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，即要求測(cè)量精確、反應(yīng)迅速、 電路的時(shí)間常數(shù)要小。 測(cè)量比較單元的性能如何將直接影響到發(fā)電機(jī)電壓調(diào) 節(jié)精度與勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。綜合放大單元對(duì)測(cè)量單元輸出的電壓偏差起綜合和放大的作用。 為了得 到調(diào)節(jié)系統(tǒng)良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能， 除了由電壓測(cè)量比較單元來(lái)的電壓偏差 信號(hào)外，有時(shí)還根據(jù)要求綜合來(lái)自其他裝置的信號(hào)， 如勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器信號(hào)、 最大、最小勵(lì)磁限制信號(hào)等。放大的作用是為了消除電壓的靜態(tài)

22、偏差，改善 勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。綜合放大后的控制信號(hào)輸出到移相觸發(fā)單元。移相觸發(fā)單元包括同步、移相、脈沖形成及放大環(huán)節(jié)。移相觸發(fā)環(huán)節(jié)根據(jù)輸入控制信號(hào)（U）的大小，改變輸送到晶閘管的脈沖觸發(fā)角 a,以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。為了使觸發(fā)脈沖能可靠地 工作，還需采用脈沖放大環(huán)節(jié)。移相觸發(fā)單元和整流橋相當(dāng)于信號(hào)轉(zhuǎn)換、功 率放大及控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輔助控制是為了滿足發(fā)電機(jī)不同工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵(lì)磁 控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能而設(shè)置的單元，包括勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器及 勵(lì)磁限制、保護(hù)器等。5、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般劃分為靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定三種方式

23、。靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)遭受小擾動(dòng)后，不發(fā)生自發(fā)振蕩和非周期失步， 自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。此期間表現(xiàn)出的是電力系統(tǒng)不受控制作用 的自然特性。其穩(wěn)定性主要取決于系統(tǒng)的同步力距。暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)遭受大的擾動(dòng)后， 各個(gè)同步電極保持同步運(yùn)行并 過(guò)渡到新的或者恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)運(yùn)行的能力 （通常指保持第一個(gè)或第二個(gè)搖 擺周期不失步）。在這期間，系統(tǒng)中的短路故障性質(zhì)、主保護(hù)動(dòng)作情況、重 合閘成功與否的影響最大。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和附加控制的作用 下，保持較長(zhǎng)過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行的能力（通常指不發(fā)生周期性振蕩失步），在這期間電力系統(tǒng)阻尼特性影響較大。通過(guò)勵(lì)磁

24、控制改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施：改善靜態(tài)穩(wěn)定性由前面的分析可知，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，其功-角特性為其最大輸出功率為Pm稱為靜態(tài)穩(wěn)定極限，其值等于如果發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中可自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁，則此時(shí) Eq 為變值，相應(yīng)的傳輸 功率可得到顯著的提高。所以要改善其靜態(tài)穩(wěn)定性，就是通過(guò)改變 Eq 達(dá)到 提高其穩(wěn)定極限 Pm。改善暫態(tài)穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)受大擾動(dòng)后的穩(wěn)定性 主要是指事故后轉(zhuǎn)子第一個(gè) 振蕩周期內(nèi)的穩(wěn)定性，就勵(lì)磁控制系統(tǒng)而言，其作用由三個(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。但是提高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)將使勵(lì)磁系統(tǒng)的造價(jià)增加及對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣要求 提高。因此，在當(dāng)前故障

25、切除時(shí)間極短的情況下，過(guò)分強(qiáng)調(diào)提高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)是 沒(méi)有必要的。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)比又稱勵(lì)磁電壓上 升速度。響應(yīng)比超大勵(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。勵(lì)磁系統(tǒng)項(xiàng)值電壓響應(yīng)比，由勵(lì)磁系統(tǒng)的性能所決定。3) 勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的利用程度。充分利用勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，也是勵(lì) 磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定的一個(gè)重要因素。如果電力系統(tǒng)在發(fā)電廠附近發(fā)生故 障，勵(lì)磁系統(tǒng)的輸出電壓達(dá)不到頂值，或者達(dá)到頂值的時(shí)間很短，在發(fā)電機(jī) 電壓還沒(méi)有恢復(fù)到故障前的水平時(shí)已停止強(qiáng)勵(lì)， 使勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)作未充分 發(fā)揮，降低了改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果。充分利用勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓的措施之一 是提高

26、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，開(kāi)環(huán)增益越大，調(diào)壓精度超高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) 利用越充分，也就越有利于改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。改善動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，可以理解為電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩的阻尼問(wèn)題。當(dāng)阻尼為正時(shí)， 動(dòng)態(tài)是穩(wěn)定的；阻尼為負(fù)時(shí)，動(dòng)態(tài)是不穩(wěn)定的； 阻尼為零時(shí)， 是臨界狀態(tài)。對(duì)于零阻尼或很小的正阻尼，都是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的不安全因 素，應(yīng)采取措施提高阻尼。分析表明，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)?（甚至變負(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)也將產(chǎn)生負(fù)的阻 尼作用。而電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power Sys

27、tem Stabilizer , PSS一般是以勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器電壓控制環(huán)的附加控制形式出現(xiàn)， 其借助于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的勵(lì)磁控制 輸出來(lái)阻尼同步電機(jī)的功率振蕩。PSS輸出的附加控制信號(hào)加到勵(lì)磁系統(tǒng)上，經(jīng)過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滯后產(chǎn)生附 加力矩，該滯后特性稱勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特性。 附加力矩方向與發(fā)電機(jī)Eq' 致，但是無(wú)法實(shí)際測(cè)量Eq',而用測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓 Vt代替。試驗(yàn)時(shí)要求調(diào) 整發(fā)電機(jī)無(wú)功在零附近，有功在滿負(fù)荷附近。根據(jù)測(cè)得的勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特 性，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的PSS環(huán)節(jié)相位補(bǔ)償特性，初選PSS參數(shù)。目標(biāo)是在低頻 振蕩的頻率范圍內(nèi)，PSS產(chǎn)生的附加力矩向量Te對(duì)應(yīng)厶3 （轉(zhuǎn)速）軸在超前 10° 滯后45°以內(nèi)，并使本機(jī)振蕩頻率力矩向量對(duì)應(yīng) 3 （轉(zhuǎn)速）軸0° 滯后30°以內(nèi)。PSS的輸入信號(hào)（轉(zhuǎn)速3,電氣功率Pe或機(jī)械功率Pm）