第三章-同步发电机励磁自动调节

第三章同步发电机励磁自动控制系统总述同步发电机励磁系统励磁系统的任务同步发电机励磁系统励磁系统的类型励磁系统中的整流电路励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配励磁调节装置原理第一节概述同步发电机的励磁控制同步发电机的运行特性同步发电机的空载电动势Eq值的大小发电机的励磁电流IEF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的无功功率的分配。故障情况，发电机端电压降低将导致电力系统稳定性降低，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。第一节概述同步发电机的励磁系统

励磁功率单元

励磁调节器

G发电机电力系统励磁自动控制系统构成1）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。2）励磁调节器，它按照发电机及电力系统运行的要求，根据输入信号和给定的调节准则自动调节控制功率单元输出的励磁电流。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。励磁系统应该承担以下任务：（一）电压控制（二）控制无功功率的分配（三）提高同步发电机并联运行的稳定性（四）改善电力系统的运行条件（五）水轮发电机组要求实行强行励磁一发电机励磁系统的任务（一）电压控制

等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UGIG..xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.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。EqIGUGIEF1UGUG2UGNIQIEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP负荷中的无功电流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。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。

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。发电机励磁系统的任务（二）控制无功功率的分配

设单机无穷大系统：GIG.UG=常数.IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.发电机励磁系统的任务控制无功功率的分配由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关。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。与无限大母线并联的机组，调节它的励磁电流的大小可以改变无功功率的数值。在实际运行中，并联目前并非无穷大母线，母线电压随着负荷的改变而变化。改变一台发电机的励磁电流，不但影响自身的电压和无功功率，也影响与之相邻的节点的电压和无功功率。因此发电机励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。静态稳定暂态稳定

电力系统的稳定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。

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。

（三）提高同步发电机并联运行的稳定性发电机励磁系统的任务（三）提高同步发电机并联运行的稳定性1励磁对静态稳定的影响发电机的输出功率为发电机励磁系统的任务abc同步发电机的功角特性最大可能传输的功率极限为

发电机的输出功率为静态稳定极限功率Pm和Eq相关，而Eq与励磁有关。无自动调节励磁时，励磁电流恒定，Eq＝常数，此时的功角特性称为内功率特性。发电机励磁系统的任务若有灵敏和快速励调节器，可视保持发电机端电压保持不变。外功角特性曲线的最大值出现在大于90度，能使发电机在大于90范围的人工稳定区运行，可提高发电机输送功率极限或提高系统的稳定性。发电机励磁系统的任务2励磁对暂态稳定的影响发电机的暂态稳定等面积法则PGmax*0.750.700.650.500.3500.20.40.60.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.3501234KTe=0.1STe=0.8S要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。发电机励磁系统的任务（四）强行励磁以改善电力系统运行条件1改善异步电动机的自启动2为发电机异步运行创造条件3提高继电保护工作的准确性电力系统出现短时低电压时，励磁自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加励磁以提高系统电压。1．改善异步电动机的自起动条件

1201008060402000102030t(s)U(%)电网发生短路等故障时，电网电压降低，是大多数用户的电动机处于制动状态。故障切除后，由于电动机自启动时需要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。发电机强行励磁可以加速电网电压的恢复，有效改善电动机的运行条件。3提高继电保护装置的正确性当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小，且随时间衰减，以致带时限的继电保护不能正确工作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁以增大短路电流，使继电保护正确工作。2．为发电机异步运行创造条件同步发电机失去励磁时，需要从系统中吸收大量无功功率，造成系统电压大幅度下降，严重时甚至危及系统的安全运行。如果系统中其他发电机组能提供足够的无功功率，维持电压水平，则失磁的发电机可以在一定时间内以异步运行方式维持运行。发电机励磁系统的任务（五）水轮发电机要求实行强行减磁当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于它的调速系统具有较大的惯性，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上升。

如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，，则发电机电压有可能升高到危及定子绝缘的程度，所以，在这种情况下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。二、对励磁系统的基本要求励磁调节器: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。其基本要求

励磁功率单元:受励磁调节器控制，并向同步发电机转子提供励磁电流。其基本要求系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平；同步发电机端电压静差率：半导体型的<1%，电磁型的<3%。励磁调节器应能合理分配机组的无功功率；励磁调节器应保证同步发电机端电压调差率在下列范围内：半导体型的±10%，电磁型的±5%。对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器没有失灵区；励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件；具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。1对励磁调节器的要求返回2对励磁功率单元的要求

要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠励磁电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制。因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。从改善电力系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单元具有较大的强励能力和快速的响应能力。因此，在励磁系统中励磁顶值电压和电压上升速度是两项重要的技术指标。动态特性励磁电压上升速度曲线第二节同步发电机励磁系统类型励磁系统直流励磁机交流励磁机静止励磁同步发电机的励磁电源为可控的直流电源。发电机励磁电源必须具备足够的调节容量。并且具有快速的励磁电压响应速度和具有一定的强励倍数。第二节同步发电机励磁系统励磁系统的历史直流励磁机励磁系统（直流发电机）

机械整流子在换流方面遇到了困难，且大功率半导体整流元件制造工艺的日益成熟。交流励磁机励磁系统(交流发电机和半导体整流元件组成)

静止励磁系统(发电机自并励系统)

为了缩短主轴长度，降低造价，减少环节。电力系统发展初期，同步发电机容量不大一直流励磁机励磁系统（100MW以下）

直流励磁系统是过去常用的励磁方式。由于靠机械整流子换向整流的，当励磁电流过大时，换向就很困难。直流励磁只能在10万kw以下小容量机组中采用。直流励磁机大多与发电机同轴，是靠剩磁来建立电压的。按励磁机的励磁绕组供电方式的不同

，又可以分为自励式和他励式两种。图2-1直流发电机原理图=G励磁调节器IAVRIEEIRIE1自励直流励磁机励磁系统

DER2他励直流励磁机励磁系统G励磁调节器IEEIR=IE=IAVRPEDE他励方式取消了励磁机的自并励，励磁单元时间常数减小，提高了励磁系统的电压增长速率。一般用于水轮发电机组。直流励磁系统具有方便、可靠、波形好，对电源干扰小等优点。直流励磁机有电刷、整流子等转动接触部件，运行维护成本高，从可靠性来讲，是励磁系统中的薄弱环节。在直流励磁系统中，以往采用电磁型调节器。这种调节器以磁放大器作为功率放大和综合信号的元件，反应速度较慢，但工作较为可靠。直流励磁机工作容量小，适合小机组的使用。二、交流励磁机励磁系统（100MW以上）

容量在100MW以上的同步发电机普遍采用交流励磁系统。同步发电机的励磁机也是一台同步交流发电机，其输出电压经过大规模整流器整流后供给发电机转子。交流励磁机励磁系统的核心是励磁机，输出频率和电压是根据需要特殊设计的，频率一般为100Hz或更高。按励磁供电方式的不同，也可以分为自励式和他励式两种。他励交流励磁机励磁系统自励交流励磁机励磁系统1他励交流励磁机静止整流器励磁系统G自励恒压调节器放大器触发器电压检测调差励磁调节器交流发电机交流励磁机交流副励磁机可控整流器滑环起励电源VSR交流励磁机和副励磁机与发电机同轴是独立的励磁电源，不受电网干扰，可靠性高。交流励磁机时间常数大，为了提高励磁系统快速响应，频率采用100Hz～150Hz，励磁机时间常数可以减少一半。交流副励磁机的频率为400～500Hz。同轴交流励磁机、副励磁机，加长了发电机主轴的长度，造价较高。仍有转动部件，需要一定的维护量。一旦副励磁机或自励恒压调节器发生故障，均可导致发电机失磁，因此可以考虑采用永磁发电机作为副励磁机。2他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)G励磁调节器交流发电机旋转元件永磁副励磁机晶闸管整流器NS无炭刷和滑环，维护工作量减少，特别适用于大型机组。发电机励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高，并且由于无刷，整个励磁系统可靠性更高。响应速度较慢。发电机转子极其励磁电路都随轴旋转，不能接入灭磁设备，也无法实现常规的检测。要求旋转整流器和快速熔断器有良好的机械功能，能承受高速的旋转离心力。没有接触部件的磨损，也没有炭粉对电机绕组的污染，电机绝缘寿命变长。1自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统GAVR滑环自动恒压元件电压起励元件VSAE起励电源交流励磁机的励磁一般采用晶闸管自励恒压方式。励磁调节器AVR直接控制晶闸管整流装置，时间常数小，励磁调节快速性好。2自励交流励磁机静止整流器励磁系统G

励磁调节器滑环电压起励元件VAE起励电源励磁调节器控制晶闸管整流装置VS，调节发电机励磁。增加了交流励磁机自励回路环节，动态响应速度受到影响。VS静止励磁系统不用励磁机，而由机端励磁变压器提供给整流装置。这类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有旋转部分。励磁电源由发电机自身供给。用于大型发电机组，特别是水轮发电机组。国外把这种方式列为大型机组的定型励磁方式我国已经在一些机组上以及引进的大型机组上，采用该励磁方式三静止励磁系统(发电机自并励系统)三静止励磁系统(发电机自并励系统)G

励磁调节器滑环电压起励元件VS起励电源1)

结构简单、没有旋转装置，可靠性高、造价低、维护量小。2)

没有励磁机（励磁变压器放置自由），缩短了机组长度，可减少电厂土建造价。3)

直接用可控硅控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度。4)由发电机端取得励磁能量。机端电压与机组的转速一次方成正比，故静止系统输出的励磁电压与机组转速一次方成正比，而同轴励磁机系统输出的励磁电压与机组转速二次方成正比。所以当机组甩负荷时静止系统的过电压就低。两点忧虑：1)

静止励磁系统的顶值电压受发电机端和系统侧故障的影响。2)

由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护能否正确动作。对于大容量机组，转子时间常数较大，转子电流要在短路0.5S后才显著衰减。在短路开始的0.5S内，静止励磁方式和他励方式的励磁电流是很接近的。至于高压电网中的重要设备保护动作都在0.1S内，没有必要担心。至于接在地区电网的发电机，短路电流衰减很快，继电保护的配合较复杂，要采取一定的技术措施以保护正确动作。同步发电机的励磁系统中整流电路的主要任务是将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。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，在发电机自并励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。整流电路是励磁系统中必备部件，它对运行有极其重要的影响。第三节励磁系统的整流电路第三节励磁系统中的整流电路

三相桥式不可控整流电路三相桥式半控整流电路三相桥式全控整流电路一三个基本整流电路二整流电路的换流压降及外特性

三最小逆变角一、三相桥式不可控整流电路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1工作原理任何时刻同时有两只二极管导通，一只为共阴极连接的二极管，一只为共阳极连接的二极管。阳极电位最高、阴极电位最低的二极管导通，其他二极管承受反向电压截止。

每个二极管导通120度，三相相电压的交点为换流点（自然换向点）。+-RfeaebecV1V3V5V4V6V21352462输出电压的平均值二、三相桥式半控整流电路1工作原理（纯电阻性负载）RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V

任何时刻同时有两只二极管导通，一只为共阴极连接的二极管，一只为共阳极连接的二极管。

受触发的晶闸管和最低电压相的二极管导通。晶闸管的导通顺序与三相电源的相序相同，触发脉冲相位依次相差120度。eaecebteug161232345456161232tut脉冲控制角=0135abacbcbacacbabacbcug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=30°euguLttteaecebabacbcbacacb161232345456ug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=60°uguLtteteaecebacbacb123456导通角120°，为连续的临界状态。ug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=120°uguLtteteaeceb123456acbacbug1ug3ug5ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=180°uguLtteteaeceb的移相范围0--180°ug1ug3ug52输出电压与控制角关系脉冲控制角小于60°，负载电压波形连续。脉冲控制角大于60°，负载电压波形断续。3失控现象和续流二极管的作用uguLttett3t4t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+(-)-(+)eaecebacbacb123456ug1ug3ug5三、三相桥式全控整流电路ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L六只晶闸管的导通顺序为1、2、3、4、5、6。它们的触发脉冲相位依次相差60°。同一时刻有两个二极管导通，需用宽度大于60°的触发脉冲，或者用双窄脉冲◤每个元件除了在各自的换流点处有一个脉冲之外，还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲。所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用，但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的，这种触发方式称之为“双窄脉冲触发”。

◢

◤若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲，电路当然也可正常工作，这种触发方式称之为“宽脉冲触发”

◢

三相桥式全控整流电路触发脉冲的形式ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeuLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=0°工作原理eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60°euLugtttugt2eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=90°uLtugtugtett1t2eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60°150°eugtttugtuLt1t2VS6VS1VS3VS2VS4eaeceb1612323456abacbcbaca3输出电压与控制角关系电感性负载逆变角=180°-uLtugtugtett1t2在<90时，输出平均电压Ud为正，三相全控桥工作在整流状态。在>90时，输出平均电压Ud为负，三相全控桥工作在逆变状态。eaeceb电阻性负载电阻性负载uLtugtugtett1t2eaecebabacbcbacacbReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1四整流电路的换流压降及外特性eaecebabc各相交流回路中存在电感，相间换流不是瞬间突变完成的，前一相的电流从Id逐渐降至0，后一相的电流从0逐渐上升到Id.换流瞬间又三个桥臂同时导通。考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。单相全波m=2单相全桥m=4三相半波m=3三相全桥m=6m为脉波数，m也可视为器件数换相重叠角的计算单相全波、全桥三相半波三相全桥2-67由上述推导过程，已经求得：g随其它参数变化的规律：（1）

Id越大则g越大；（2）XB越大g越大；（3）当a≤90时，越小g越大。三相全控：ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L五最小逆变角晶闸管关断角

逆变失败（逆变颠覆）

逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。换相重叠角的影响：图3-49交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b>g时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b<g时（从图3-49右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1)不能关断，最终导致逆变失败。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322bmin一般取25~30。第四节励磁控制系统调节特性和并联机组间无功分配励磁控制系统框图同步发电机励磁功率单元励磁调节器手动自动励磁调节器检测发电机的电压、电流或其它状态量，然后按指定的调节准则对励磁功率单元发出控制信号，实现控制功能。励磁系统其他信号励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调节器。输入量是发电机机端电压；输出量用来控制励磁功率单元。电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。如果发电机没有励磁调节器，依靠人工改变直流励磁机的磁场电阻Rc来调整机端电压。人工调节电压，可以分解为：测量判断执行一励磁调节器的基本特性与框图比例式励磁调节器发电机电压升高时，调节器经测量后，减小输出电流。当电压降低时，增大输出电流。它与励磁机配合，控制发电机的转子电流，组成闭合回路，实现对发电机端电压的自动调节。励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器基本框图励磁功率测量比较综合放大二、励磁调节器的静态工作特性励磁调节器的简化框图测量K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVR（一）静态工作特性的合成励磁调节器总的放大倍数等于各组成单元放大倍数的乘积励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的静态工作特性在励磁调节器工作范围内：UG升高，UAVR急剧减小，UG降低，UAVR急剧增加。线段ab为励磁调节器的工作区。在ab内发电机电压变化很小，可维持发电机电压水平。调节器的静态工作特性曲线随给定值的变化而移动。0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba测量单元综合放大单元输入输出单元综合特性（二）发电机励磁自动控制系统静态特性发电机励磁自动控制系统由励磁系统和被控对象发电机组成。发电机的调节特性是发电机转子电流IEF与无功负荷电流IQ的关系。由于励磁调节器的作用，发电机端电压仅在额定值附近变化。励磁机的工作特性在一般情况下是接近线性的。发电机转子电流可直接用励磁机励磁电流直接表示。励磁调节器的基本特性发电机励磁控制系统静态特性发电机调节特性发电机励磁控制系统静态特性励磁调节器的基本特性UG=f(IQ)曲线说明，发电机在自动励磁调节器后，无功电流IQ变化时，电压UG基本维持不变。调节特性略有下顷，下顷的程度表征了发电机励磁控制系统中一个重要的运行特性参数－调差系数。无功调节特性UGUG1UG20IQIQNΔUG励磁调节器的基本特性调差系数表示无功电流从零到额定值时，发电机电压的相对变化。调差系数越小，无功电流变化时发电机变化越小。调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。无功调节特性UGUG1UG20IQIQNΔUG对于按电压偏差进行比例调节的励磁控制系统，当调差单元退出工作时，其固有的无功调节特性也是下降的，称为自然调差系数。对励磁调节器特性进行调整主要为了满足运行要求：1平稳地改变无功负荷；2保证并联运行地发电机组无功功率地合理分配。励磁调节器设置了电压整定及调差单元。公共母线的无功调节分配主要决定于各台发电机的无功调节特性。而无功调节特性是用调差系数来表征的。励磁调节器的基本特性发电机无功调节特性UGIQδ=0δ<0δ>0UG0δ>0为正调差系数，调节特性下倾，发电机端电压随无功电流增大而降低δ<0为负调差系数，调节特性上翘，发电机端电压随无功电流增大而上升δ=0为无差特性，发电机端电压恒为定值（三）发电机调节特性的平移调节特性1-2-3退出运行,IQ减小到零,无冲击调节特性3-2-1IQ投入运行到要求值,无冲击UGIQUM123IQ2IQ1发电机投入或退出电网时，要求能平稳地转移负荷，不对电网产生冲击。运行人员调节机组的励磁调节器整定单元的整定值就可以控制无功调节特性上下移动，实现无功功率的转移。一台发电机带有励磁调节器，与无穷大母线并联运行。三、并联运行机组间的无功功率分配发电机并联运行，改变任何一台发电机的励磁电流，不仅影响自身的无功电流，而且还影响同一母线上其他并联运行机组的无功电流。引起母线电压变化这些变化与机组的无功调节特性有关。1一台无差调节特性的机组与有差调节特性机组的并联运行UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2母线电压保持UⅠ不变。如果电网无功负荷改变，第一台发电机无功电流改变，第二台维持IQⅡ。移动第二台发电机特性曲线Ⅱ可改变发电机间无功负荷的分配。若要改变母线电压，移动第一台机组调节特性曲线Ⅰ。三、并联运行机组间的无功功率分配无差调节特性

1无差+有差有困难无法稳定UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2一台无差调节特性发电机和多台正调差特性的发电机并联运行。但实际运行中，有差调节特性的发电机将承担无功功率的全部增量，一方面一台机组的容量有限，另一方面机组间无功功率的分配也不合理，所以这种方式很难采用。三、并联运行机组间的无功功率分配不能并联运行

2无差+无差

UGIQⅠⅡUⅠUⅡUⅠ为第一台发电机的电压整定值，UⅡ为第二台发电机的电压整定值，实际调试很难做到UⅠ

、UⅡ正好重合，所以他们不能并联运行。并联运行机组间的无功功率分配有差调节特性UGUGⅠUGⅡ0IQI’QⅠⅠⅡUG0UGNIQⅠIQⅡI’QⅡIQN机组间的无功负荷的分配取决于各自的调差系数。两台正调差特性的发电机在公共母线上并联运行。UGⅡIQⅠIQⅡ假定无功负荷增加，母线电压下降，调节器动作，增加励磁电流，新的稳态电压UGⅡ。母线电压波动时，发电机无功电流的增量与电压偏差成正比，与调差系数成反比，而与电压整定值无关。负号表示在正调差情况下，当母线电压降低时，发电机无功电流将增加。正调差情况下，无功负荷波动时，并联发电机电压偏差相同，调差系数小的发电机承担较多的无功电流增量。通常要求各台发电机无功负荷波动量与额定容量成正比，也就是无功电流波动量的标幺值相等，也就是要求并联运行发电机具有相同的调差系数。

例3-1某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？

1号机额定无功功率2号机额定无功功率因为两台机的调查系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调查系数也为0.05。母线电压波动一号机组的无功负荷增加3.10M

var，二号机组的无功负荷增加6.20M

var。调差系数相等，无功的波动量与它们的容量成比例。

各机组无功负荷波动量(Mvar)(Mvar)

例3-2在例3-1中，若一号机的调差系数为0.04，二号机调差系数仍为0.05。当系统无功负荷波动时仍使电厂总无功增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？

解：首先应求出公共母线上等值机的调差系数，为此推导如下：

母线电压波动为

各机组的无功增量

(Mvar)(Mvar)一号机组的无功负荷增加3.56M

var，二号机组的无功负荷增加5.73M

var。调差系数小的机承担的无功负荷增量较大。

一、励磁调节器的原理及发展

（一）电压调节的原理按调节原理可分为反馈型和补偿型。反馈型电压调节器按被调量（发电机电压）与给定量（设定值）之间的差值进行调节，闭环反馈，能较好地维持电压水平，得到了广泛应用。

补偿型电压调节器补某些因素引起的发电机电压的变动，由于补偿的局限性，很难获得理想补偿，不能维持电压水平。第五节励磁调节装置原理（二）励磁调节器的发展及分类机械式机电型磁放大器电磁型电子模拟放大器电子型CPU存储逻辑数字型20世纪初1950s’1960s’1990s’1、机电型电压调节器电磁型调节器，各单元由电磁元件构成，具有较大的时间常数，其优点是可靠性高，能满足电力系统运行的要求。早期的机电型电压调节器，，需要克服摩擦，具有不灵敏区。2、电磁型电压调节器3、电子型电压调节器电子元件几乎没有时滞，功率放大倍数较高，得到广泛应用。电子型励磁调节器，由基本控制和辅助控制两部分组成。

基本控制由调差、测量比较、综合放大、移相触发组成，实现电压调节和无功功率分配等基本调节功能。

辅助控制为了满足发电机不同运行工况、改善电力系统稳定性、改善励磁系统动态性能而设置的单元，包括励磁系统稳定器、电力系统稳定器、励磁限制等人—机接口调节控制输出励磁调节装置原理基本控制电压调节无功分配辅助控制瞬时电流限制最大励磁电流限制最小励磁电流限制电压/频率保护失磁监控励磁系统稳定器PSS等等数字式励磁调节器硬件+软件信息采集单元主控制单元二、数字式励磁调节器原理（一）数字式励磁调节器原理框图1主控制单元（主机）（3）存储器部分（2）总线接口部分（1）中央处理（CPU）单元基本功能需要测量信息：机端电压、电流，以及反映机组运行状态的开关量信息。辅助功能需要测量信息：频率、励磁电流等信息。测量单元的任务是将所需测量的各类电量值的电压、电流信号转化为数字信号，同时经过必要的计算和数据缓存，经数据总线供给主控制单元。信息采集由接口电路和输入过程通道两部分组成。2信息采集单元

晶闸管构成的全控整流桥是励磁系统的功率单元。

晶闸管需要按照一定的次序导通，需要按照一定的次序对晶闸管的门极施加触发脉冲，这是移相触发单元的任务。移相触发单元产生可调相位的脉冲，用来触发晶闸管，使其触发角能随着主控制单元输出的控制数据而改变，以控制晶闸管整流电路的输出，从而调节励磁电流。3移相触发单元三相桥式全控整流电路中，触发脉冲：+A->-C->+B->-A->+C->-B励磁调节器对移相触发单元的要求：1）触发脉冲移相范围要符合相应可控整流电路的要求。2）触发脉冲要有足够的功率（对电压、电流幅度有要求），使晶闸管元件可靠的导通。3）触发脉冲的上升前沿要陡，上升时间10us左右。触发脉冲要有一定的宽度，一般宽度要不小于100us，通常为1ms（相当于50Hz正弦波的18度）4）触发单元与主电路隔离，以保证安全。5）整个移相范围保证各相触发角一致，一般各相脉冲相位差应小于10度，三相桥式全控则小于5度。（1）程序调试：面向软件专职人员（2）参数设定与维护：面向电厂技术人员（3）运行操作：面向值班运行人员数字式励磁调节器的人－机接口主要考虑满足现场人员的要求，更具有智能化的优势。4人机接口二、数字式励磁调节器原理（二）调节和控制的数学模型

1.PID模型:按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器，是连续控制系统中技术成熟、应用广泛的一种调节器。PID参数可以在线整定。PID调节算法可用微分方程表示为：二、数字式励磁调节器原理离散化为

为位置式PID；u（KT）是全量输出，是绝对值大小，与过去的状态值有关，位置式算法的计算量较大，需要对e(KT)做累积。另一种是增量式PID调节，调节量输出是增量二、数字式励磁调节器原理控制的数学模型增量式PID调节

增量式PID调节的优点是，因为数字调节器只输出增量，所以计算误差或精度对控制量影响较小，控制的作用不会发生大幅度变化。且增量算式只与最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。二、数字式励磁调节器原理2励磁调节器的基本调节方式维持电压恒定，实现并联机组间的无功功率合理分配，是同步发电机励磁控制系统的基本任务，也是正常运行的调节方式。

二、数字式励磁调节器原理3励磁调节器的辅助控制

瞬时电流限制最大励磁限制器最小励磁限制器电压／频率（V/Hz）限制和保护发电机失磁监控辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅仅在发生非正常状况时，需要励磁调节器某些特有的限制功能起相应的控制左右。励磁调节器中的辅助控制对提高励磁系统的稳定性、提高电力系统稳定及保护发电机、变压器、励磁机的安全运行有极其重要的作用。

(1)瞬时电流限制

励磁机励磁电压对励磁机电压的影响

1

值越高，励磁机输出电压

值起始增长速度越快但高值励磁电压将会危及励磁机及发电机安全当励磁机电压达到发电机电压允许的励磁顶值电压倍数时，应立即对励磁机励磁电流加以限制。(2)最大励磁电流限制为防止发电机转子绕组长时间过励磁限制而采取的安全措施。当发电机电压下降至80%-85%额定电压时，发电机励磁应迅速强励至顶值电流，一般为1.6-2额定励磁电流。由于受发电机转子绕组发热的限制，强力时间不能超过规定值。最大励磁限制的反时限特性最大励磁限制器有两个不同的设定值：强励顶值电流限制值连续运行允许的过热限制值过热限制值由转子的等效过热时间常数和转子的等效冷却时间常数控制，励磁绕组的最大允许热能：正常运行，限制器不起作用。有效控制点是顶值电流限制值。故障强励时，过热电力积分器：励磁电流限值为励磁电流限值为离散后的恒励磁调节数学模型为二、数字式励磁调节器原理（3）最小励磁限制在超高压电力系统中输电线路的电压等级很高，输电线路的电容电流也增大。当线路输送功率较小时，线路的容性电流引起的剩余无功功率使系统电压上升，以致超过允许的电压范围。

发电机进相运行时，从系统吸收无功功率，由滞后的功率因数变为超前的功率因数。发电机进相运行时，允许吸收的无功功率和发出的有功功率有关。

吸收的无功功率随励磁电流的减小而增加，发电机进相运行受静态稳定极限和发电机定子端部发热允许限制。二、数字式励磁调节器原理功率圆M为静态稳定功率极限考虑实际运行因素，最小励磁限制应在N’之内当发电机运行在Q<0的部分时，发电机为进相运行状态根据欠励数据表，对无功进行控制。如发电机带有功50MW时，无功限制值不能超过-35Mvar，当Q>35Mvar时，欠励限制发出指令，迅速增磁，使发电机吸收的无功限制在35Mvar之内。实现欠励限制时，用直线作为限制线，对如图直线：(4)电压/频率限制和保护电压/频率限制器称为磁通限制器，作用是限制发电机端电压和频率的比值，防止发电机和变压器由于电压过高和频率过低，引起铁芯饱和发热。励磁调节器的电压/频率限制模块应具有限制与保护动作特性。(5)