同步发电机励磁自动控制系统(1)..
第二章同步发电机励磁自动控制系统
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。
（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。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq sin constant
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。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
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。
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
同步发电机励磁自动控制系统练习参考答案
一、名词解释1．励磁系统答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。
2．发电机外特性答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。
3．励磁方式答：供给同步发电机励磁电源的方式。
4．无刷励磁系统答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。
5．励磁调节方式答：调节同步发电机励磁电流的方式。
6．自并励励磁方式答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。
7．励磁调节器的静态工作特性答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。
8.发电机调节特性答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。
9．调差系数答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。
10．正调差特性答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。
11．负调差特性答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。
12．无差特性答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。
13．强励答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。
二、单项选择题1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A )A．保持机端电压恒定；B．调节发电机发出的无功功率；C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率；D．调节发电机发出的有功电流。
2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B )A．保持机端电压恒定；B．调节发电机发出的无功功率；C．调节机端电压和发电机发出的无功功率；D．调节发电机发出的有功电流。
3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功PG = EGUGsinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。
X dA．U G sinδ；B．E Gsinδ；C．1 X d⋅sinδ；D．sinδ。
简述同步发电机励磁控制系统的作用
简述同步发电机励磁控制系统的作用同步发电机励磁控制系统是一种重要的控制系统，在能源系统中发挥着极其重要的作用。
它是一种闭环控制系统，可实现同步发电机的运行特性是恒定的，从而使发电系统具有稳定和可靠性。
同步发电机励磁控制系统的作用主要包括以下几个方面：首先，励磁控制系统可以维持电机的稳定和可靠性，可以有效的控制发电机的电压和电流，保持发电机在规定的运行特性之内，从而保证发电系统的稳定运行。
其次，励磁控制系统可以用于调节功率输出，可以根据负载的变化自动调节发电机的功率输出，从而保持发电机的正常运行。
第三，励磁控制系统可以自动调节频率，可以自动调节发电机的转速，以保持不变的电网频率，从而优化发电系统的运行效果。
最后，励磁控制系统可以提高发电系统的效率，通过自动调节发电机的电压和电流，以最佳的方式实现发电机输出的功率，从而大大提高发电系统的效率。
由此可见，同步发电机励磁控制系统具有极其重要的作用，可以大大提高发电系统的稳定性、可靠性和效率，为能源系统提供可靠和有效的控制方式。
未来，励磁控制系统的应用将进一步普及，为发电系统的运行提供更优质的支持。
因此，对励磁控制系统的研究是极其重要的。
在这方面，工程师需要系统性的理解励磁控制系统的基本原理，结合实际情况，制定合理的控制方案，进行精确的控制，以实现最佳的运行效果。
此外，还需要进一步加强励磁控制系统的研究，以开发出更好的控制系统，以满足发电系统不断发展的需求。
总之，同步发电机励磁控制系统具有重要的作用，它可以提高发电系统的稳定性、可靠性和效率，为能源系统的发展提供重要的支撑。
研究人员和工程师应该继续努力，以开发出更好的励磁控制系统，为未来发电系统提供更优质的控制服务。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
同步发电机励磁控制系统
预测控制是一种基于模型的控制方法，能够根据系统的历史数据和当前状态预测 未来的行为，实现更精确的控制。
环保与节能要求对励磁控制系统的影响
能效要求
随着能源危机和环保意识的提高，励磁控制系统需要更加注重能效，采用更高效的电机 和节能控制策略，降低能源消耗和排放。
排放要求
励磁控制系统需要符合更严格的排放标准，采用环保型的电机和控制策略，减少对环境 的污染。
转子过电流保护装置
作用
转子过电流保护装置用于监测同 步发电机转子电流，当出现异常 过电流时，及时切断励磁电流， 防止转子烧毁。
工作原理
转子过电流保护装置通过电流传 感器实时监测转子电流，当检测 到过电流时，触发保护动作，快 速切断励磁电流。
组成
转子过电流保护装置由电流传感 器、比较电路和开关器件等部分 组成，各部分协同工作实现转子 过电流保护功能。
根据励磁调节器的控制指令，输出励 磁电流给发电机励磁绕组。
励磁控制系统的功能
电压控制
通过调节励磁电流，维 持发电机端电压在给定
水平。
无功功率调节
根据系统无功需求，调 节励磁电流以改变发电
机无功功率的输出。
增磁与减磁
通过增加或减少励磁电 流来改变发电机的输出
电压。
保护功能
在异常情况下，自动采 取措施保护发电机和励
THANKS
谢谢
Байду номын сангаас
磁系统。
02
CHAPTER
励磁控制系统的主要设备
励磁调节器
作用
励磁调节器是励磁控制系统的核 心，用于调节同步发电机的励磁 电流，以控制机组的无功输出和
电压水平。
工作原理
励磁调节器通过采集发电机电压、 电流等信号，经过运算处理后，输 出控制信号给功率整流器，以调节 励磁电流。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
P G=
EU q XΣ
sinδ
静态稳定的；当δ＞90°（b点）时→ 静态 不稳定的；当δ=90°时→ 稳定极限(裕度： 实际运行点总略低于极限值)。 最大传输功率极限：
9
UG随无功负荷的增大而下降。
图3-3 同步发电机的外特性
10
2．同步发电机的外特性与励磁调节过程
¾
（二）控制无功功率的分配
¾
¾
G
ϕ
IEF2
δ
IP IG
同步发电机的励磁自 动控制系统就是通过 不断地调节励磁电流 来维持端电压在给定 水平的。
UGN UG2
A
B
（ a）
C IEF1 IQ1 IQ2
IQ
第三章 同步发电机励磁 自动控制系统
第三章 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 励磁系统中的整流电路 第四节 励磁控制系统调节特性和并 联机组间的无功分配 第五节 励磁调节原理
本章主要内容：励磁自动控制系统的任务；对励 本章主要内容：励磁自动控制系统的任务；对励 磁自动控制系统的基本要求、励磁调节装置的构 成原理；并列运行发电机组间的无功功率的分 配；同步发电机励磁系统的整流电路的种类、特 点。 本章重点内容：励磁自动控制系统的组成原理和 本章重点内容：励磁自动控制系统的组成原理和 它的运行特性。 本章难点： 励磁调节装置的构成原理，励磁调节 器的静态工作特性，并列运行发电机组间的无功 功率的分配及整流电路原理。
同步发电机励磁自动控制系统1讲课文档
1 静态不稳定性 2 动态不稳定性 3 暂态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步）
1974年美国学者拜金 利及金巴克主编论文
大小扰动引起的振荡失步
集《大规模电力系统
稳定性》
大扰动后发电机在第一摇摆失步
静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE电力系统分会的冬季会议上重新对电力系统稳定性进行定 义
North China Electric Power University
11
电力系统稳定性的定义与分类
2004年8月，IEEE发表了CIGRE第38委员会与IEEE系统动态行为委员会 联合小组制定的电力系统稳定性分类及定义
电力系统稳定性
功角稳定性 频率稳定性 电压稳定性
小干扰功角 稳定性
大干扰功角 稳定性
1 静态稳定性/小扰动稳定性
所加干扰足够小，可以用系统的线 性化方程来描述系统过渡过程
当系统受到小的干扰后，系统会达到与受干扰前相同或接近的运行状态
2 暂态稳定性/大扰动稳定性
所加的干扰使得不能用系统的线性化方程 来描述系统过渡过程
2第0112页2，/共22/82页1。
当系统遭受到干扰后，系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态
静态稳定性——小扰动稳定性 暂态稳定性——大扰动稳定性 动态稳定性
动态稳定性 —— 电力系统受到小扰动时，考虑调节 器及元件动态，并分析它在暂态过程后能否趋于或者 接近原来稳定工况的能力。
2第1062页，2共/228/页2。1 North China Electric Power University
大干扰电压稳定性
小干扰电压稳定性
系统在大干扰后维持可接受稳态电压的能力 系统在小干扰后维持可接受稳态电压的能力
同步发电机励磁自动控制系统常见控制方法
同步发电机励磁自动控制系统常见控制方法同步发电机励磁自动控制系统是电力系统中非常重要的一部分，它的主要作用是保证发电机运行在额定电压下，以及在负载变化时能够快速、稳定地调整励磁电流，以维持系统的稳定性和可靠性。
在电力系统中，同步发电机的励磁自动控制系统需要采用一定的控制方法，以满足系统的控制需求。
下面我将介绍一些常见的控制方法，以及它们的特点和应用范围。
1. PID控制PID控制是一种经典的控制方法，它通过比例、积分和微分三个部分的组合来实现对系统的控制。
在同步发电机励磁自动控制系统中，PID 控制常常被用于对励磁电流进行调节。
比例控制部分可以根据误差的大小来调整控制量；积分控制部分可以消除静差，提高系统的稳定性；微分控制部分可以提高系统的动态响应能力。
PID控制方法简单易实现，在实际应用中得到了广泛的应用。
2. 模糊控制模糊控制是一种基于人类的直觉和经验来设计控制规则的控制方法，它可以处理非线性和模糊系统，并且对于控制对象参数变化和负载变化时有很好的鲁棒性。
在同步发电机励磁自动控制系统中，模糊控制方法可以根据系统的运行状态和负载变化情况，调整励磁电流，以满足系统的控制要求。
3. 智能控制智能控制是一种基于人工智能理论来设计控制算法的控制方法，它可以根据系统的运行状态和负载变化情况，自动调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
在同步发电机励磁自动控制系统中，智能控制方法可以根据系统的运行状态和负载变化情况，自动调整励磁电流，以保持发电机的稳定运行。
总结回顾在同步发电机励磁自动控制系统中，PID控制、模糊控制和智能控制是常见的控制方法，它们分别具有不同的特点和适用范围。
在实际应用中，可以根据系统的具体要求和性能指标，选择合适的控制方法来实现对同步发电机励磁系统的自动控制。
个人观点和理解对于同步发电机励磁自动控制系统，我认为控制方法的选择应该充分考虑到系统的稳定性、响应速度和鲁棒性。
在实际应用中，需要根据系统的具体要求和性能指标，选择合适的控制方法，以实现对同步发电机励磁系统的精密控制。
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通常希望发电机组间的无功功率 分配按照机组容量大小
UG
U M1 UM2
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。
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I Q 2
I Q1
G2
G1
I Q1
I I I Q1 Q 2 Q2
IQ
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U G = 常数
G
I G
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 North China Electric Power University
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2 控制无功功率分配—多台发电机并联运行
I Q1
G G
I Q2
IQ
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
励磁 功率单元
G
发电机
电力系统
励磁调节器
输入信息
由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成了 反馈控制系统。
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一 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
1 静态稳定性 2 动态稳定性 3 综合稳定性
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小扰动小变速运行状态
1954年苏联学 者维.柯.维尼柯 大扰动小变速运行状态 夫《电力系统 大扰动大变速运行状态 机电过渡过程》
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电力系统稳定性的定义与分类
第三讲 同步发电机励磁自 动控制系统（1）
North China Electric Power University
主讲人：李岩松
liyansong811@
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
2018/10/9
本章讲述电力系统的自动 调压问题，包含发电机的自动 调节励磁系统，也包括和用户 的电压稳定问题。 North China Electric Power University page2
North China Electric Power University
3 提高同步发电机并联运行的稳定性
电力系统稳定性的定义与分类
在20世纪60年代及以前
1 静态稳定性 2 动态稳定性
系统受到小扰动后保持所有运行 参数接近正常值的能力
系统受到大扰动后，系统参数恢 复到正常值的能力
出现了自动再同期现象——发电机在失去同步后经过较短时间的 异步运行又自动牵入同步，主系统仍然能够保持同步
1 静态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步） 1974年美国学者 大小扰动引起的振荡失步
2 动态不稳定性
3 暂态不稳定性
拜金利及金巴克主 编论文集《大规模 电力系统稳定性》
大扰动后发电机在第一摇摆失步
静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE电力系统分会的冬季会议上重新对电力系统稳定 性进行定义
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。
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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
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I P
G
jI Q X d U G
I G
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1 电压控制
励磁自动控制系统就是通过不断的调节励磁电流来 维持发电机端电压为设定值的 发电机端电压
注：改变发电机的励 磁电流一般都不直接在 发电机的转子回路中进 行，而是改变励磁机的 励磁电流的方法来达到 调节目的。原因是转子 回路的电流很大，不易 直接调整。
PG EqU G Xd sin consant
I G cos K1
E q sin K 2
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2 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只是改变了机组的无功功率和功率 角 值的大小。
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。 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。
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。
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
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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
GEW
U EF I EF
Xd
I G
1 静态稳定性/小扰动稳定性
所加干扰足够小，可以用系统的 线性化方程来描述系统过渡过程 当系统受到小的干扰后，系统会达到与受干扰前相同或接近的运行状态 所加的干扰使得不能用系统的线 性化方程来描述系统过渡过程
G
I U G G
等值
E q
U G
Eq cos G U G I Q X d
cos G 1
U jI X E q G G d
E q
jI G X d
Eq U G I Q X d
负荷的无功电流是造成 Eq U G 之间幅值差的主要原因 I Q
励磁电流
负荷无功电流
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2 控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行
U G = 常数
单机无穷大系统
U G consant
G
I G
发电机发出的有功功 率只受调速器控制
PG U G I G cos consant