同步发电机与励磁系统

空载特性UG=f（If）；短路特性IGC=f（If）
1.5、并网前的升压升流参数
1、纵轴电抗Xd=Ifc/If0=1964/2351=0.8354;短路比Kc=If0/Ifc=1.197；
2、If1.0p.u.=气隙线电流Ifa=2092A，励磁电流标幺值； 3、Uf1.0p.u.=Ifa*75°转子电阻（假设0.1Ω）=209V，励磁电压标幺值；
G
1、调节有功的方法； 2、调有功对无功的影响： 有功变化，定子电流变化，去 磁反应变化， 机端电压也要变 化，但是经AVR调节， E0/Eq变 化，发电机电压又恢复到原来 位置，无功也不变。（ECR模 式除外）
2.3、有功、电压、无功关系
发电机有功、电压、无功三者关系：船、水位、水
比喻：河流必须有一定的水位才能行船，电网必须有 充裕的无功功率来保证电压稳定，才能平稳安全的输 送有功功率。 电压不稳，增减无功使之保持稳定不变；有功稳定传 输，需要无功充裕，电压稳定。
1.14、同步发电机PQ区域
2.1、同步发电机的调节框图
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug） Frequency（f） Active Power（P）
Governor调速
n, P Turbine
AVR：
Auto Voltrge Regulator
PSS：
Power system stabilizer Excitation励磁
发电机功角的空间概念 保持发电机同步运行，将机械功率功率送入电网
1.4、并网前的升压升流曲线
1、具备同步转速的发电机，空载加励磁发电机升压，短路加励磁发电机 升流；转子电流建立Φ 0，定子感应交流正弦波有效值E0，空载电势； 2、发电机空载特性和短路特性，是发电机最重要的特性；
E0=4.44fNΦ 0
It
G 3~
Pe PSS
Vt
G
Peref h Vf
Vtref
Turbine Governor
Voltage Regulator
AVR+PSS
2.2、有功和无功调节的影响
调节无功的方法： 1、增减本机的励磁、改变E0/Eq； 2、改变他机的励磁，影响系统电压， 在E0/Eq不变的情况下，流向系统的无 功电流增加，即发出的无功增加。 调无功对有功的影响： 调节无功，改变了E0/Eq，功角会 摆动，有功也会摆动，但这是瞬时 p，由于输入的机械功率不变，这 样输出的平均P也不变。
1.6、同步发电机功角特性
同步发电机功角特性Pe=f（δ） 发电机功角的电气概念 U和E的角度 发电机功角的空间概念 气隙合成磁场的等效磁极轴线 与转子磁极轴线的角度
运行功率 P
运行功角 δ
1、发电机的功角是发电机电压和内电势之 间的角度，电抗是Xd和Xq； 2、如果电压取母线电压，则电抗增加主变 电抗，如果取远方母线电压，则再增加线 路电抗； 3、静稳极限Pem、稳定裕度Pem-P
通过变更电压给定值，调整机组无功，达到实时调节电厂高压侧母线电压的目的。
2.6、AVC与励磁无功闭环
AVC 运行可能出现的问题：AVC 控制与手控机组间的无功协调问题。当
部分机组不参与AVC 控制时, 不参与AVC 控制的机组只能接受运行人员的 人工监视与控制, 难以与AVC 控制机组的无功进行协调, 可能会产生AVC
E Q Vg jXq Ig



3、由于发电机电压总是随着功率因数或功角的 摆动在变化，故PSS不能用电压的频率替代ω。
大型电厂加速功率型PSS输入信号分别取发电机转速、机端电压频率、EQ频率 对发电机及电网运行的影响： （1）华中孤网运行时，机组采用机端电压频率为输入信号时，系统阻尼稍有 恶化。 （2）华北华中联网运行，都采用机端电压频率为输入信号时，在某些运行方 式下电网与机组的功率振荡不能平息。 (3) 三台PSS采用机端电压频率为输入信号，对阻尼影响不大。 （4）EQ频率等同于转速，加速功率型PSS采用EQ频率作为输入信号与采用转速 为输入信号时特性几乎完全相同
1.2、同步发电机与励磁
1、发电机分为直流发电机和交流发电机； 2、交流发电机分为异步发电机和同步发电机； 3、所谓异步或同步，是指发电机的转速是否与电网频率同步， 也就是发电机的转速n是否等于60f/p。
n=60f/p
对于接入电网频率是50Hz的同步发电机来说，一对磁极的同步 转速是3000r/min；2极同步转速是1500r/min，对于溪洛渡水 轮发电机来说，p=24，故同步转速n=125转/分钟。 具备了同步转速的发电机就能并网发电吗？
AVC退出后DCS无功闭环也要推出运行，即DCS无功闭环不能单独运行；
调节器正常运行在AVR模式下，不能投入励磁的无功闭环。
3.1、励磁动态运行特性巡检
诊断分析
误区：励磁系统很少强励，励磁动态运行特性，主要是快速性看不到。 实际：由于电力系统扰动经常发生，一旦引起发电机电压突变，励磁系统
立即作出快速反应（强励或强减），可以利用巡检故障录波来发现。
3.2、网源协调：定子电流限制
安评项目
3.3、网源协调：过励限制
安评项目
3.4、网源协调：欠励限制
安评项目
3.5、网源协调：伏赫限制
安评项目
4.1、励磁调节器调差作用
Ug
稍陡
Ug
更陡
发电机调差率：Ug=f(Q)与调节器有关； 无功补偿：调节器功能，影响调差率 在AVR下，无功补偿等于调差率。
jİdXd jİqXq，
d轴 İq ĖQ q轴 Ėq d轴 Ù İ Ėq q轴
φ
δ
φ İ İd
Ù
4、为此虚拟一个ĖQ=Ù +jİXq，先 确定q轴，得出功角δ，画İd和İq， 再根据Ėq=Ù +j（İdXd+İqXq），完 成凸极机电势简化向量图。 5、Ėq和与ω的关系
1、转子角速度ω =2 π f，这里的f是发电机转子 速度。在稳态的时候，可以用发电机电压频率替 代，但是在电力系统摇摆的过程中， ω ≠2 π f （电压频率）； 2、由于ω测量计算困难，一般用 ĖQ的频率替代 ω，并且这种替代在任何时候都是成立的，因为 ĖQ就在q轴上，总是能反映转子的摆动，即ω；
4、发电机负载特曲线cosφ=0.9曲线：当发电机定子电流保持额定不变和 cosφ保持0.9不变的情况下，UG=f（If）曲线。 额定定子电压对应的励磁电 流就是额定励磁电流；
5、发电机负载特曲线cosφ=0曲线：当发电机定子电流保持额定不变和cosφ 保持0不变的情况下，UG=f（If）曲线。 额定定子电压对应的励磁电流就是 最大励磁电流。
2、为了利用等效电路反应 电势、电压、电流的欧姆关 系，引入电枢电抗 Xa=Xad=Xaq（气隙均衡）和 漏电抗Xs，最后用隐极发电 机同步电抗Xd=Xa+Xs代替， 建立Ė0=Ù +jİXd公式，反映 三相对称定子电流建立的电 枢磁场对定子相电势的综合 影响。
Ù =Ė0-jİXd Ėq=Ù +jİXd
q轴 q轴
Ėq
d轴
3、转子磁场轴线位于d轴，则电势E0纵位于q轴，并网后则用Ėq代替Ė0并且有
Ėq=Ù +jİXd
1.9、凸极发电机电势向量图
q轴 q轴
Ėq
Ù =Ė0-j （İdXdjİqXq）； İ=İd+İq；
İd
İq
d轴
İd和Xd纵轴同 步电抗和电流； İq和Xq横轴同 步电抗和电流。
Ėq=Ù +j （İdXd+ İqXq）
目录
1、同步发电机特性； 2、同步发电机运行
3、励磁系统网源协调；
4、发电机调差率、调压精度； 5、直流励磁机； 6、交流励磁机； 7、高起始励磁系统；
8、励磁系统分类；
9、励磁系统并联校正； 10、励磁系统频域和时域分析。
1.1、励磁与同步发电机
电和磁的关系复杂： 1、通电的导通会产生磁场，磁场会有磁力线；“右手定则”
Ug
Q
Q
ABB：compensation 陡
Ug
短路电抗
+
陡
ABB：droop
Q
Q
Ug Ug
0 + Q Q
负调差 正调差
Ug
0调差 稍陡
Q
内阻很小的蓄电池并联，电压不同，后果严重
4.2、励磁调节器调差原理
No
具备了同步转速的发电机，必须给转子励磁，才能并网发电。 励磁的最大作用就是同步！ 只有励磁的电机才是同步电机，包括发电机和电动机！
1.3、并网后的同步作用
定子电流建立电枢反应磁场
转子电流建立主磁场
2个磁场合成 气隙磁场， 形成像弹簧 一样的磁力 线，倾斜方 向和程度表 示同步发电 机定转子的 作用和反作 用力量大小。
2.4、励磁对频率的负面影响
PSS
大于人工死区的频率变化→调速器→频率有功稳定
频率有功变化 电 枢 绕 组
阻尼绕组
POLE CORE
电压无功变化
由于励磁绕组大电感滞后效应
小于人工死区的频率变化→AVR→可能削弱阻尼→系统低频振荡
AVR无人工死区，灵敏度很高且精度很高
2.5、AVC与励磁无功闭环
AVC：通过采集母线电压、母线无功（主变高 压侧无功）等实时母线数据，机组有功、无功、
1.12、同步发电机V形曲线
1、同步发电机V形曲线：IG=f（If）； 2、滞相：Ig滞后于Ug，发有功和无功； 3、进相： Ig超前于Ug，发有功和吸收无功； 4、调相：P=0，调整无功，滞相或进相运行； 5、逆功率：P<0，无功滞相或进相。
V形曲线重点：
滞相区域，减小If，Ig同步减小； 进相区域：减少If，Ig反而增大。