同步发电机励磁控制方式发展综述X概要
同步发电机励磁方式
同步发电机励磁方式
同步发电机励磁方式是指在发电机运行时，向励磁绕组提供电流的方式。
一般有直流励磁、交流励磁和永磁励磁三种方式。
直流励磁是指通过将直流电流输入到发电机励磁绕组中，使得发电机产生磁场。
这种方式可以使得发电机快速达到额定电压和频率，但需要专门的直流电源和稳定器。
交流励磁是指通过将交流电源接入到发电机励磁绕组中，使得发电机产生磁场。
这种方式相对于直流励磁来说更加简单和便捷，但是由于交流电源本身的不稳定性和频率漂移等问题，会影响到发电机的稳定性。
永磁励磁是指通过将永磁体放置于发电机励磁绕组中，产生磁场。
这种方式同样简单易行，且不需要外部电源，但是永磁体的强度和稳定性限制了发电机的功率和稳定性。
不同的发电机励磁方式各有优缺点，应根据具体情况选择合适的方式进行励磁。
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同步发电机励磁控制系统分析
同步发电机励磁控制系统分析摘要：发电机励磁体系是供给同步发电机励磁电流的电源和别的附加控制设备的统称。
它通常由励磁功率单元与励磁调节器2大部分组成，而励磁调节器是依据控制需求的输入信号与给定的调节原则控制励磁功率单元输出的装置。
同步发电机励磁体系是电力系统控制的关键构成部分，它除了保持发电机端电压的恒定与实施无功功率分配外，还一定要确保电力系统的静态、暂态与动态稳定性。
关键词：励磁系统；继电保护装置1.同步发电机励磁系统概述由励磁调节器、励磁功率单元、灭磁过电压保护与发电机自身共同构成的整个体系称为同步发电机励磁系统。
控制发电机端电压与无功功率的关键构成部分就是同步发电机励磁系统，关键的实时持续控制系统，对保持电力系统固定性起重要作用，正常运行时，发电机的励磁电流自动调节，使发电机稳定运行。
同步发电机励磁体系控制部分在构造上关键由功率整流单元、调节器装置与灭磁过电压保护装置，共3大部分所构成。
励磁功率整流单元向同步发电机转子供应励磁电流；而励磁调节器则运用智能控制办法依据输入信号与给定的调节原则掌控励磁功率单元的输出，灭磁过电压保护装置可以避免体系形成过电压与迅速灭磁。
励磁系统的自动励磁调节器对提升电力系统并联机组的稳定性具备比较大的功能。
特别是现代电力体系的发展造成极限降低机组稳定的趋势，也推动励磁技术持续发展。
2.同步发电机励磁系统的任务2.1控制发电机的端电压电力系统调压的关键方法之一就是保持发电机的端电压等于给定值，在负荷转变的状况下，要确保发电机的端电压为给定值则一定要调节励磁。
由发电机的简单化相量图（图1-1）可得：（1-1）式中：Eq——发电机电势的空载；Uf——发电机的端电压；If——发电机的比例负荷电流。
式（1-1）说明，在发电机空载电势Eq恒定的状况下，会随负荷电流If 的加大而降低的是发电机端电压Uf，为确保发电机端电压Uf 恒定，一定要随发电机负荷电流If 的增加（或减小），让发电机电势的空载Eq增加（或减小），而发电机励磁电流Ifq 的函数（如果不思考饱和，成正比的Eq与Ifq）是Eq，所以在运行发电机中，随着发电机变化的负荷电流，一定要调节励磁电流来让发电机端电压恒定。
同步发电机励磁控制实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除同步发电机励磁控制实验报告篇一：同步发电机励磁控制实验同步发电机励磁控制实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6．了解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用方法。
二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。
励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
图1励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。
可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。
当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。
而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。
两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。
微机励磁调节器的控制方式有四种：恒uF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。
其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。
同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。
当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。
发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。
电力系统稳定器――pss是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。
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的简述
同步发电机励磁的简述摘要：励磁系统是同步发电机组的重要构成部分，它的技术性能及运行的可靠性，对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大的影响。
随着国内外励磁系统的研制不断取得进展，各型励磁系统不断涌现。
综合各种因素的比较，交流无刷励磁机励磁系统和静止励磁系统（发电机自并励系统）两种励磁系统在工程是实际应用中占有很大的优势。
关键词：励磁直流发电机交流励磁机永磁机稳定笔者所涉及的火电厂主要为中小型火力发电厂，下面着重介绍在我们所涉及的工程中常用的他励交流励磁机励磁系统和静止励磁系统（发电机自并励系统）两种励磁系统，其他励磁系统只做简单介绍。
一、概述励磁系统是提供同步发电机可调励磁电流装置的组合。
同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流：励磁调节器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。
整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元、发电机构成的一个反馈控制系统。
对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实行控制的重要内容之一。
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的分配，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，当系统发生故障的时候，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，可见，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和提高电力系统运行的可靠性方面都起着非常重要的作用。
优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可以有效提高系统的技术指标。
二、同步发电机励磁系统的分类及其性能特点同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场，而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。
根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
同步发电机的励磁方式和并联运行
同步指示器灯光熄灭 法接线图
三相同步电机
旋转整流器励磁特点： 随着同步发电机的容量进一步扩大，励磁电流也很大，当较 大的电流流过集电环时，将使集电环产生高温而损坏，于是，采 用了旋转整流器励磁。其主要的差别是主励磁机采用旋转电枢式， 与一般同步发电机相反，即主励磁机的电枢与主发电机的励磁绕 组同转速旋转。当三相交流绕组将产生的三相交流电经过整流后， 可以直接送入到主发电机的励磁绕组，取消了电刷与集电环，故 又称为无刷励磁系统。
三相同步电机
§ 同步发电机的励磁方式和并联运行
一、同步发电机的励磁方式简述 同步发电机的励磁方式就是指直流励磁电流的产生及流进励
磁绕组的方式。 传统的励磁方式都是采用直流发电机作为励磁电源的直流励
磁机励磁系统。 伴随半导体整流技术的发展，产生了新的励磁方式，即用硅
整流装置将交流电转变成直流电后，提供励磁的整流器励磁系 统。
三相同步电机
二、同步发电机并联运行 1．同步发电机并联运行的优点 (1)提高了供电的可靠性。 (2)提高了发电厂的运行效率。
2．同步发电机并联运行的条件 (1)发电机的相序与电网的相序一致。 (2)发电机电压的有效值、极性与电网 电压的有效值、极性相等，且相位相同。 (3)发电机的频率与电网的频率相同。
三相同步电机
直
流
励
磁
同
机
步
励
发
磁
电
静止
机
整流
励
整 器励
磁
流磁方器式励磁 系 旋转 统 整流 励 器励 磁磁
三相同步电机
直流励磁机励磁特点： 直流励磁机(主励磁机)与同步发电机同轴相连，直流励磁机 可以采用并励直流发电机或他励直流发电机。采用他励直流发电 机时,其励磁绕组由另一台直流发电机(副励磁机)提供励磁电压。
同步发电机励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统
同步发电机励磁控制对提高电力系统稳定性起着重要的作用，因此同步发电机一直是学术界关注和研究的热点。
励磁控制的任务从过去简单地的维护发电机端电压到现在的高精度调压为主，兼顾抑制振荡，维护电力系统稳定性（包括静态、动态和暂态的稳定）。
同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。
其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。
励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
一、同步发电机励磁系统的形式
主要形式：1.直流发电机供电的励磁方式；2.交流励磁机供电的励磁方式；
3.无励磁机的励磁方式。
二、发电机与励磁电流的有关特性
主要特性：1.电压的调节；2.无功功率的调节；3.无功负荷的分配。
三、自动调节励磁电流的方法与原理
主要方法与原理：1.励磁电流调节的原理；2.自动调节励磁电流的方法；3.励磁电流调节的原理。
四、励磁系统的主要作用
励磁系统的主要作用有：1.根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2.控制并列运行各发电机间无功功率分配；3.提高发电机并列运行的静态、暂态稳定性；4.在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；5.根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
永磁同步电机控制系统发展现状及趋势
永磁同步电机控制系统发展现状及趋势摘要：永磁同步电机具有高功率密度、高效率和高可靠性等优点，在现代工业中应用广泛，相关控制理论得到了长远发展。
基于此，本文总结梳理了永磁同步电机控制系统的发展现状，然后论述了各控制系统的特点，最后展望了基于滑模控制的永磁同步电机控制系统的发展趋势，以期为未来永磁同步电机控制系统的进一步发展提供参考。
关键词：永磁同步电机；控制系统；发展现状；滑模控制；发展趋势引言：自永磁同步电机诞生以来，因其具有一系列优异特性，得到了广泛研究，同时伴随着永磁材料和半导体器件的发展，永磁同步电机获得了长足发展。
同时，随着相关控制理论的发展，永磁同步电机控制系统也随之进化，控制精度越来越高。
因而在现代工业中，永磁同步电机广泛应用于国民经济、航空航天等众多领域，发挥着重要作用。
相应的，随着技术产品的发展，对永磁同步电机的控制精度要求越来越高，故将各种先进控制方法应用的永磁同步电机的研究也不断涌现。
1永磁同步电机发展概况永磁同步电机与其他电动机最大不同之处在于励磁电流是依靠永磁体产生。
因此永磁同步电机具有以下优势[1]：（1）采用永磁材料，高速运行过程中发热少，避免了电机工作时转子发冷却难的问题，同时寿命也得到了提高；（2）永磁同步电机功率更高，可以达到97%左右；（3）永磁同步电机功率密度更高，在较小尺寸下即可实现较高的功率和转矩。
1.1永磁同步电机发展历史永磁同步电机的发展可总结为三个阶段[2]：（1）20世纪六七十年代，这个阶段由于稀土材料未得到充分开发，价格昂贵，导致永磁同步电机成本高昂，仅在航空航天等高要求行业得到应用；（2）20世纪八十年代，随着价格稍低的铅铁硼永磁材料的出现和电子控制技术的逐步成熟，永磁同步电机成本降低，同时控制相对容易实现，因而也逐步应用于民用领域；（3）自20世纪九十年代至今，伴随着永磁材料价格的降低、电力电子技术和微处理器技术的发展，永磁同步电机的驱动系统研发应用也得到了明显发展，应用领域进一步扩大，尤其是近十年，永磁同步电机已经成为国民经济中电机驱动系统的第一选择。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
二、对励磁系统的基本要求
励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。
（一）对励磁调节器的要求
励磁调节器主要任务是检测和综合系统运行状态的信 息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率 单元以得到所要求的发电机励磁电流。
励磁 功率单元
G 发电机
电力系统
励磁调节器 输入信息
一、同步发电机励磁控制系统的任务
优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供可靠的电 能，而且可以有效地提高系统的技术指标。
电压控制
控制无功功率的分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 改善电力系统的运行条件
静态稳定 暂态稳定
水轮发电机组要求实行强行减磁
(一)、电压控制
电力系统运行时，负荷波动引起电压波动，需要对励磁电流进 行调节以维持机端电压在给定水平。励磁自动控制系统担负了 维持电压水平的任务。
1. 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统
AE
VS
G
滑环
TR
TV
电压 启励元件
自动恒压元件
启励电源
AVR
2. 自励交流励磁机静止整流器励磁系统
AE
V
G
滑环
TR
TV
电压 启励元件
启励电源
励磁调节器
图3-19 静止励磁系统原理接线
§3.3 励磁系统中的整流电路
交流电压
整流
直流电压
大型发电机的转子励磁回路通常采用三相桥 式不可控整流电路，在静止励磁系统中采用三相 桥式全控整流电路；励磁机励磁回路通常采用三 相桥式半控整流或三相桥式全控整流电路。
0
ωt
(b) 输出电压波形（α＝1200）
同步发电机励磁系统
同步发电机励磁系统引言同步发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它通过励磁系统来生成磁场，使得转子能够与电网同步运行。
励磁系统在同步发电机的运行中起着至关重要的作用，它对发电机的稳定运行和输出电能的质量产生着重要影响。
本文将介绍同步发电机励磁系统的原理、常见的励磁系统类型以及其在电能发电中的作用。
一、同步发电机励磁系统的原理同步发电机的励磁系统的主要作用是在转子上产生磁场，使得转子与电网的磁场同步，从而使得发电机可以向电网输出电能。
励磁系统的原理可以通过法拉第定律来解释，该定律表明磁场的变化会产生感应电动势。
在同步发电机中，励磁系统的磁场可以通过直流电流在转子上产生。
当通过励磁绕组的电流改变时，绕组周围的磁场也会发生变化，从而在转子内感应出电动势。
这个感应电动势会引起一定的电流流动，从而通过励磁绕组将转子磁场与电网磁场同步。
二、常见的励磁系统类型1. 直流励磁系统直流励磁系统是最常见的励磁系统类型之一。
在直流励磁系统中，励磁绕组通常由一组电枢绕组和磁极绕组组成。
电枢绕组通过直流电流产生磁场，并与磁极绕组相互作用，从而产生所需的磁场分布。
直流励磁系统具有调节灵活性好、响应速度快等优点，被广泛应用于各种类型的发电机。
2. 恒功率励磁系统恒功率励磁系统是一种在同步发电机中常用的励磁系统类型。
恒功率励磁系统通过自动调节输出的励磁电流，使得同步发电机在负载变化时能够保持输出功率不变。
该励磁系统利用负载的反馈信号对励磁电流进行调整，从而实现恒功率输出。
恒功率励磁系统在电能供应系统中起到了稳定电能输出的重要作用。
3. 智能励磁系统随着电力系统的发展，智能励磁系统逐渐成为同步发电机励磁系统的研究重点。
智能励磁系统利用现代控制技术和计算机技术，可以实现对励磁电流和磁场的精确控制，从而提高同步发电机的运行效率和稳定性。
智能励磁系统具有较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同负载和电网变化的要求。
三、同步发电机励磁系统在电能发电中的作用1. 稳定发电机输出电压和频率同步发电机励磁系统是保证电力系统稳定运行的关键之一。
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2005年第20卷第1期 电 力 学 报 Vol.20No.12005 (总第70期 J OU RNAL OF EL ECTRIC POWER (Sum.70
文章编号: 1005-6548(200501-0026-04 同步发电机励磁控制方式发展综述Ξ 李家坤 (长江工程职业技术学院,湖北赤壁 437302 Summary of the Development of Synchronization G enerator Excitation Control Manners L I Jia2kun (Changjiang Engineering Vocational Couege,Chibi 437302,China 摘 要: 综述了同步发电机励磁控制方式的发展过程,指出了几种控制方式的优、缺点,展望了今后的发展方向。
关键词: 电力系统稳定性;同步发电机;励磁控制中图分类号: TM761+.11 文献标识码: A Abstract: The development process of synchroniza2 tion generator excitation control manner is Summari2 zed,the advantages and disadvantages of some contr2 ol manners are analyzed,and the develop trend is prospected.
K ey Words: power system stability;synchroniza2 tion generator;excitation control 由于电力系统运行稳定性的破坏事故,会造成大面积停电,使国民经济遭受重大损失,给人民生活带来重大影响,因此,改善与提高电力系统运行的稳定性意义重大。早在20世纪40年代,有电力系统专家就强调指出了同步发电机励磁的调节对提高 电力系统稳定性的重要作用,随后这方面的研究工作一直受到重视。研究主要集中在2个方面:一是励磁方式的改进,二是励磁控制方式的改进。
在励磁方式方面,世界各大电力系统广泛采用可控硅静止励磁方式,因为这种无旋转励磁机的可控硅自并励方式具有结构简单、可靠性高及造价低廉等优点;在励磁控制方式上,针对静止励磁方式的控制器研究也取得了很大的进展,到现在为止,已经经历了3个阶段,即单变量控制阶段、线性多变量控制阶段、非线性多变量控制阶段。
由于电力系统具有高度的非线性特性,当系统的运行点改变时,系统的动态特性会显著改变,此时,单一变量的控制方式和线性控制器就难以满足电力系统稳定的要求,只有非线性控制方式的控制器才能有效地提高电力系统稳定能力。
本文将综述半个多世纪以来专家学者在探索可控硅静止励磁控制方式中取得的成就。
1 单变量控制方式 所谓单变量控制方式就是指其控制规律是按发电机端电压偏差ΔV t的比例进行调节,或按ΔV t 的比例—积分—微分进行调节(PID调节方式,其传递函数分别为:
比例调节方式u ΔV t =K p; PID调节方式u ΔV t =(K p+K D S 1 1+K I S 。 在以上2式中,发电机端电压偏差ΔV t= V REF-V t(t,其中V REF为参考电压,V t(t为发电机端电压实时三相有效值的平均值。
PID中比例项的作用是放大误差的幅值;微分项的作用是改善系统在调节过程中的动态特性;积分项的作用是消除稳态误差,改善稳态特性。
在模拟式PID调节器中,输入与输出之间的基 Ξ收稿日期: 2004-11-15 修回日期: 2004-11-24 作者简介: 李家坤(1969-,男,湖北监利人,副教授,电力系统专业教学与研究。
本运算关系为 u(t=K p[e(t+1 T i∫ t e(td t+T d d e(t d t]+u0 。(1 式中:u(t为调节器的输出信号;e(t为偏差信号;K p为比例增益;T i为积分时间常数;T d为微分时间常数。
而数字式PID调节器主要有2种算法,即位置式PID算法和增量式PID算法。 所谓位置式PID,是指输出量u n与执行机构的位置有一一对应的关系,其算法公式为
u n=K p[e n+T T i ρn j=1 e j+ T d T (e n-e n-1]+u0。(2 所谓增量式PID,是指计算的不是输出量的绝对值,而是这次采样输出值与上次输出值之差,即本次输出相对于上次输出的增量,其算法公式为:
ΔU=u n -u n-1=K p[e n-e n-1+ T T i e n+ T d T (e n-2e n-1+e n-2]。(3 增量式算法与位置式算法相比,优点主要表现在:位置式算法的每次输出都与控制系统的整个历史状态有关,计算中要用到过去误差的累加值,这样容易产生较大的累加计算误差。而增量式算法只需计算增量,计算误差对输出量的影响较小。
以上所述的PID调节方式,虽然在一定程度上缓和了对单反馈量的励磁调节系统按系统稳定性与按稳态调压精度对调节器放大倍数要求之间的矛盾,但却不能有效地改善系统的动态品质与提高系统的稳定水平。
2 线性多变量控制方式 为了进一步改善和提高电力系统的动态稳定与静态稳定性能,多变量反馈的励磁控制方式便逐步发展起来。前苏联、美国和我国都相继推出了不同类型的多变量反馈励磁控制器。
211 前苏联提出的强力式励磁调节器20世纪50年代末期,前苏联电力系统科学工作者提出了强力式励磁调节器。该类调节器,除采用发电机端电压偏差ΔV t的比例及1次微分外,还采用了发电机频率偏差Δf及其1次微分和发电机定子电流及其微分等辅助反馈量。在设计方法上,他们一直采用“双变量D域划分法”,即在2个变量增益的直角坐标平面上,划出1个特定的区域,若这2个变量增益的坐标落在该区域内,则闭环系统是稳定的。由于变量较多,这种双变量D域需要在变量的各种组合下多次画出,然后从中找出共同稳定域D。这种设计方法相当不方便,而且在有些情况下,这种共同稳定域D很小,使参数整定发生困难,很大程度上依赖现场调试人员的经验。因而这种强力式励磁调节器的应用推广受到了限制。212 美国推出的电力系统稳定器PSS 1969年美国的迪米罗和康迪亚提出了称之为PSS的励磁控制方式,PSS是电力系统稳定器英文Power System Stabilizer的缩写。该控制方式在控制 规律中保留了按发电机端电压偏差ΔV t的比例—积分—微分的部分,增加了1个按发电机转速ω或频率f的二阶超前校正环节(俗称PSS通道。
PSS通道由2个一阶超前环节(1+K D S/(1 +K I S,1个放大环节K S和1个清除环节TS/(1 +TS以及1个±5%的限幅器所组成。
由于PSS环节的存在,在其参数K D、K I、K S 及T选取合理时,可使整个闭环主导特征值左移,起到改善电力系统阻尼特性和减小干扰稳定性的作用。但PSS控制方式仍存在以下不足:①当PSS 环节中的K D、K I、K S及T几个参数已确定时,控制器对于电力系统某一对应的较狭窄的振荡频率带能有较好的控制效果,但当系统的实际振荡频率落在上述振荡器抑制振荡频率带以外时,其控制效果就会明显减弱。②这种附加单变量的励磁控制方式,即使在小扰动条件下,其本身从理论上就不能达到最佳的控制效果,只有在设计合理的条件下才能获得较好的控制效果。
213 获得推广的最优励磁控制器LO EC 20世纪70年代以来,随着现代控制理论及其实际应用的不断发展,运用现代控制理论进行电力系统运行性能的最优化控制的研究工作有了迅速的发展,对如何按最优化的方法来设计多参变量励磁控制器的研究也有了很大的进展。70年代初国际上一些专家提出了线性最优励磁控制方式,简称LOEC即英文Linear Optimal Excitation Controller 的缩写,随后,我国科学工作者对此作了进一步的研究,已经发表了不少这方面的论文,并推出了该系列的励磁调节器。文献[1]系统地论述了最优控制理论在电力系统中的应用。
对单机无穷大系统而言,如果发电机的励磁系统是自并励的,若状态向量选为 72 第1期 李家坤:同步发电机励磁控制方式发展综述 X(t=[ΔV t,Δω,ΔP e]T, 则最优励磁控制规律可表示为 u=ΔU f=-(K VΔV t+KωΔω+K pΔP e。式中:ΔV t、Δω、ΔP e为发电机的端电压、转速及有功功率的偏差量;K V、Kω、K p为最优增益系数。
线性最优励磁控制方式弥补了PSS控制方式的不足之处,但将线性最优控制原理用于多机电力系统励磁控制器的设计时,不能得到分散的最优控制规律,只能得到分散的次优控制方案。
3 非线性多变量控制方式 前面得到的PID、PSS和LOEC都存在1个共同的问题,那就是励磁控制器设计所依据的是电力系统在某一特定状态下近似线性化的数学模型,而电力系统是典型的非线性系统。按照近似线性化的数学模型(其线性状态方程为
X=A X+B U来设计的励磁控制器都存在1个共同的缺点,即当电力系统遭受大扰动使实际状态点偏离设计所选的平衡点较远、产生较大幅值的振荡时,控制效果大为减弱,于是想到对PSS通道的输出加上±5%的限幅,使得该附加通道的输出在大扰动下自动闭锁;也有学者提出了1种线性自适应励磁控制方案,但在大扰动下其效果也难以令人满意。
如果能够在设计中直接采用对于小扰动和大扰动下的动态过程都是精确的电力系统的非线性模型,将微分几何法引入非线性控制系统,其控制效果应能令人满意。
非线性系统最一般的描述形式为 X(t=f(X(t,U(t。 其中,X∈R n为状态向量,U∈R m为控制向量。 20世纪90年代,文献[2]论述了非线性控制理论在电力系统中的应用,推出了多机系统非线性励磁控制规律为:
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