同步发电机励磁自动控制

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第二章同步发电机励磁自动控制系统

接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；
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。

同步发电机自动调节励磁装置

励磁变压器
01
02
03
作用
将高电压转换为低电压，为励磁装置提供所需电源。
工作原理
利用电磁感应原理，将输入的高电压降为较低的电压，为励磁装置提供稳定、可靠的电源。
特点
具有高效率、低损耗、安全可靠等优点，是励磁装置中不可或缺的组成部分。
整流器
作用
将交流电转换为直流电，为励磁绕组提供直流电流。
核能发电站的应用
核能发电站利用核反应产生的热能驱动蒸汽轮机产生机械能，进
而通过发电机产生电能。
励磁装置在核电站中起到调节发电机输出电压和频率的作用，确
保机组的稳定运行。
核电站对励磁装置的安全性和可靠性要求极高，因为一旦励磁装置出现故障，可能会影响整个电
站的安全运行。
其他领域的应用
励磁装置在风力发电、太阳能发电等可再生能源领域也有广泛应
工作原理
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
特点
具有高效率、低纹波、高稳定性等优点，能够满足励磁装置对直流电源的要求。
灭磁电阻
作用
在发电机停机时，吸收励磁绕组中的磁场能量，防止发电机出现
过电压。
工作原理
利用电阻的耗能作用，将励磁绕组中的磁场能量转化为热能，从而消耗掉磁场能量。
的电压稳定。
组的快速启停和有功、无功的快速调节。
火力发电站的应用
火力发电站利用化石燃料的化学能转化为热能，进而驱动蒸汽轮机产生机械能，最终通过发电机产生电能。
火电站中的励磁装置通常采用自动调节系统，能够根据电网的实时需求自动调整励磁电流，实现机组的自动控制。
励磁装置在火电站中起到调节发电机输出电压和无功功率的作用，确保机组稳定运行。

同步发电机励磁控制系统

预测控制
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

励磁对静稳极限的影响，通过对功角特性的改变提高Pm增大发电机的稳定运行区域。这样可以提高发电机输送的功率极限或提高系统的稳定储备。要求所有运行发电机均装设励磁调节器。
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。

同步发电机励磁系统

图中给出的三个动态指标定义如下。 ① 超调量。在励磁系统自动调节暂态过程中发电机端电压最大值与稳态值的差值对稳态值的百分数。其数学表达式为
σp U G (tp ) U G () U G () 100%
tp ——发电机端电压出现最大值的时间； UG(tp) ——发电机端电压的最大值；
U G ()
——发电机端电压稳态值。
② 调节时间。
从给定信号到发电机端电压值与稳态值的偏差不大于稳态值的2%所经历的时间。
③ 摆动次数N。
在调节时间内，发电机端电压摆动的周期数。
分析发电机励磁控制系统的动态特性，首先应求出描述系统运动特性的数学模型，然后应用“自动控制理论”对动态特性进行分析。
5.5
同步发电机励磁系统的动态ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性
一、概述 1、同步发电机励磁系统的动态特性的概念同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统，其动态特性是指在外部干扰信号作用下，该系统从一个稳定运行状态变化到另一个稳定运行状态的时间响应特性。图5.35是同步发电机在额定转速下突然加入励磁时发电机电压从零升至额定值时的时间响应曲线。

同步发电机自动励磁

如发电机直接接入无穷大电力系统，即XB=0，XL=0，则发电机端电压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，此时发电机励磁调节系统不再有调节发电机端电压的作用。
注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁电流的影响较小罢了。
由以上分析可知：
结论:
同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接入系统容量的大小有关，
率。其大小为
Pm
E qU G Xd
图5.7 同步发电机的功角特性
从理论上讲，只要系统所取用的有功功率 P Pm ，发电机的功角 90 ，其运行是静态稳定的。否则，发电机就不能稳定运行。
从以上分析可知发电机运行的功角δ愈小，其抗干扰能力愈强，运
行的静态稳定性愈好。另一方面，功角δ愈小发电机输出功率亦越
其接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；
其接入系统容量越小，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。
注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁电流的影响较小罢了。
（1）单机运行时：
在正常运行时，励磁电流 IEF在发电机励磁线圈FLQ 中建立磁场，使定子绕组产生感应电势Eq，在不考虑铁心饱和程度影响时，感应电势的大小与励磁电流的大小成正比，因此通过调整IEF的大小就可使Eq 发生相应的变化 .
其电势平衡方程为
EqUGjIGXd
IG——发电机定子电流(亦是负荷电流) Xd——发电机直轴电抗发电机稳态运行时的向量图如图 5.3(c)所示，由向量关系可得
保持同步发电机稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件。当系统受到各种干扰或发生各种故障时，系统稳定运行的平衡条件就被打破，系统将从一种运行状态过渡到另一种运行状态。电力系统运行的稳定性就是指从一种稳定运行状态能否过渡到另一种稳定运行状态的能力，它分为静态稳定和暂态稳定两类。现在，又把电力系统受到干扰后，涉及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。下面主要分析发电机的励磁自动控制系统对静态稳定和暂态稳定的影响。

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一般δ值很小，可近似认为发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。 2.合理分配并联运行发电机间的无功功率现代电力系统是由许多发电厂、变电所及线路组成的庞大而复杂的系统，
系统中的有功功率电源是各类发电厂中的发电机;无功功率电源除发电机外，还有电容器、调相机及静止补偿器等，为了保证整个系统的电压质量和无功潮流的合理分配，将它们分磁系统的主要任务及要求
由于发电机是系统中主要的无功电源，因此合理控制电力系统中并联运行发电机输出的无功功率，对保证电力系统运行电压水平具有十分重要的作用。
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。其接线图与相量图如图3-3所示，因系统为无穷大，系统电压Ux、恒定不变，发电机端电压私UG=UX、亦恒定不变，另外在调整发电机无功功率时不会引起发电机有功功率的改变，即发电机输出的有功功率PG为一常数。在忽略发电机定子损耗及凸极效应时，发电机输出的有功功率为:
仍以图3 -3为例，发电机直接并联于无穷大系统。当忽略发电机定子损耗及凸极效应时，发电机的输出功率为:
上式说明，对应于某一固定感应电动势
值时，发电机输出功率PG
是功角δ的正弦函数，如图3 -4所示，称为同步发电机的功角特性。当功
角δ = 90°时发电机输出功率为最大值Pm，该值称为发电机的极限功率。其大小为:
在实际运行中，与发电机并列运行的母线并不是无限大容量母线，即系统等值阻抗并不等于零，母线的电压将随着负荷波动而改变。电厂输出无功电流与它的母线水平有关，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电压和无功功率，而且也将影响与之并列运行机组的无功功率，其影响程度与系统情况有关。因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并列运行机组间无功功率合理分配的任务。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
同步发电机的运行特性与其空载电动势有关，而空载电动势主要取决于发电机的励磁电流，改变励磁电流可以影响同步发电机在电力系统中的运行特性。电力系统正常运行时，调节发电机励磁电流以改变电网电压水平和并列机组间无功功率的分配，而在系统发生故障时，往往也要求迅速控制励磁电流以维持电网电压及稳定性。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行、提高电能质量，而且能够保证系统稳定和经济合理地分配无功功率。
第3章同步发电机励磁自动控制
3. 1 同步发电机励磁系统的主要 1 任务及要求 2 3. 2 同步发电机励磁系统 3 3.3 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁 4 3. 4 励磁调节器原理 5 3. 5 发电机励磁调节器静态特性的调整
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第3章同步发电机励磁自动控制
6 3.6 同步发电机励磁系统的动态特性
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
在实际运行时，既要考虑充分发挥发电机效力，又要考虑因系统干扰造成发电机运行不稳定，通常是让发电机运行在功角δ =30° ~45 ° 。
为说明基本概念，我们以发电机单机带负荷运行系统进行分析，图3 -2 ( a)是同步发电机运行原理图。由图3 -2(b)可知其关系式为:
图3-2 (c)是发电机的相量图，
之间的夹角，即发电机
的功率角;根据图中所示相量关系，可以得出:
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态或者恢复到原来运行状态的能力。
电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
1)对静态稳定性的影响
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
因为发电机端电压为定值，所以发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。即当励磁电流增加时，发电机无功功率就增加，当励磁电流减少时，发电机发出的无功功率会减少，这就是无功功率调节原理。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
3.1.1励磁系统的构成
同步发电机的励磁系统一般由两部分构成，如图3-1所示。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流，以建立直流磁场。
第二部分是励磁控制部分，这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和灭磁等，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。整个自动控制励磁系统是由励磁调节器，励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
3. 1. 2励磁控制系统的主要任务
1.电压控制电力系统正常运行时，负荷总是经常波动，为了满足负荷变化的需求，
同步发电机的功率也要相应地变化，电压也就跟着发生变化。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
要保证电力系统电压在允许范围内，需对励磁电流进行调节，使系统发电机极端或某一点的电压在给定的范围。电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在额定值附近;其次是控制电力系统各节点电压在允许范围之内。
3.提高同步发电机并联运行的稳定性保持同步发电机稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件。当系统
受到各种干扰或发生各种故障时，系统稳定运行的平衡条件就被打破，系统将从一种运行状态过渡到另一种运行状态。
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3. 1 同步发电机励磁系统的主要任务及要求
电力系统运行的稳定性就是指从一种稳定运行状态能否过渡到另一种稳定运行状态的能力，它分为静态稳定和暂态稳定两类。现在，又把电力系统受到干扰后，涉及自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。下面主要分析发电机的励磁自动控制系统对静态稳定和暂态稳定的影响。