同步发电机励磁系统调节原理(长沙)

2014.9.10同步发电机励磁系统调节原理目录1、三相全控桥原理和励磁功率柜；2、励磁分类及自并励系统简述；3、阻尼绕组及励磁辅助作用；4、励磁作用和功角概念；5、励磁调节器原理和限制器简介；6、功率柜均流技术；7、励磁调节器控制技术；8、励磁脉冲技术；9、励磁术语介绍；10、励磁调差和静差计算；11、电力系统稳定及PSS；12、PSS试验；13、结束语。1、现代励磁基础知识同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲可控硅关断条件：反向电压同步电压、触发脉冲、脉宽调制1.1、晶闸管/可控硅整流原理三相全控桥电路

α=00:强励状态，AC变DC

α=α0:整流状态，AC变DC

α=1500:逆变状态，DC变AC整流定义：交流变直流1.2、快速熔断器布置快熔作用：保护晶闸管，应该在晶闸管还没有损坏之前熔断；快熔安装位置区别，保护范围有点差别，但是保护晶闸管能力没有差别；特别注意快熔熔断产生过电压和外喷电弧而扩大事故，需要特别防范。由于快熔熔断时可能发生电弧短路，因此在有效的防止阳极短路的措施下，快熔建议安装在阳极侧，如果没有，则建议安装在直流侧。1.3、快速熔断器技术要求每一个晶闸管回路应装快速熔断器，其快熔的额定电压应不低于励磁变二次侧电压额定电压1.4倍；快熔的额定电流应按照退柜运行中的晶闸管最大电流有效值进行选择计算，并且根据快熔的散热条件选取1.1-1.3倍数；快熔的热积累I2t参数应小于晶闸管的I2t；快熔的燃弧峰值电压Usf应小于晶闸管的反向重复峰值电压；快熔的额定分断能力应大于励磁变二次侧三相最大短路电流；卖方应提供快熔技术资料和参数计算书。西门子在三相之间加装隔板ABB现在在快熔上加装防护罩1.4、晶闸管阻容保护为了防止晶闸管关断产生过电压尖峰毛刺，晶闸管必须配置阻容保护。阻容保护可以采用分散安装的普通阻容保护，也可以采用集中式安装的阻断式阻容保护。集中式阻断阻容保护分为单输入和双输入。1.5、晶闸管阻容保护分析判断阻容保护效果可以进行仿真计算，但更重要的是现场进行测试，一般在发电机空载试验时测量励磁变二次电压，看尖峰毛刺的过电压倍数。要求不大于1.6倍。NES5100大功率柜采用普通阻容保护，检测发电机自并励空载阳极电压波形，其过电压倍数1.3。测试仪器名称：8860录波器HIOKEHIVIEWER。ABBUNL13300采用阻断式阻容保护，测量发电机自并励励空载阳极电压波形，其过电压倍数1.1，很好，但电阻发热很大。过电压倍数计算：尖峰毛刺峰值/阳极电压峰值即Um1/Um2思考：交流尖峰与直流尖峰关系？Um1Um21.6、三相全控桥电路（功率柜）SCR导通顺序：1234561234561234……整流状态交流变直流，能量供给00<a<900Ud>0逆变状态直流变交流，能量反送900<a<1500(1800-

0)Ud<0Ud=1.35U2cosaI2＝0.816Id误强励强励强减、逆变灭磁1.7、三相全控桥输出波形三相全控桥既能强励，又能强减，反应非常快，具备快速稳定发电机电压的优势按照Ud=1.35U2cosa，一般强励α=100；强减α=1500

2、励磁分类：电源来源2.1、自并励静止励磁系统概念他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等；自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措施保证强励能力。自幷励系统励磁装置就是提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统2.2、励磁分类：直流有刷励磁静止励磁励磁装置静止，励磁电流通过集电环送到发电机转子旋转无刷励磁定子励磁转子感应2.3、励磁分类：直流无刷励磁小励磁装置静止，将励磁电流送到励磁机的定子，励磁机的转子感应交流电再送到发电机转子整流器变成直流励磁电源。定子绕组、转子绕组；励磁绕组、电枢绕组；直流励磁同步发电机：改变直流励磁，无功改变，有功的瞬时值改变，但有功的平均值不变，亦即发电机输出的有功功率不变！交流励磁同步发电机：改变交流励磁的相位和大小，无功改变，有功小范围改变！双轴直流励磁发电机：改变d轴直流励磁，无功改变，改变q轴直流励磁，有功小范围改变！直流励磁发电机，亦即单轴（d）直流励磁同步发电机2.4、励磁分类：同步发电机类型3.1、水轮发电机定子和转子FIELDWINDINGSTATORCORESTATORWINDINGAIRGAPPOLECOREDAMPERWINDING转子定子NSd轴q轴d轴3.2、水轮发电机转子与阻尼绕组POLEENDPLATEPOLECOREDAMPERWINDING阻尼绕组转子磁极与阻尼绕组3.3、阻尼绕组的双轴作用示意励磁绕组（d轴只影响电压和无功）阻尼绕组（d轴和q轴既影响电压和无功，又影响频率和有功）阻尼绕组感应电流路径电压无功频率有功双轴励磁示意（双励磁绕组发电机）阻尼&惯性d轴感应电流q轴感应电流双励磁绕组发电机，励磁影响电压又影响有功3.4、交流励磁风力发电机电网侧变换器转子侧变换器Q、P改变励磁调整发电机电压、无功、有功双馈感应风力发电机变浆变速恒频3.5、抽水蓄能机组交直流励磁直流励磁同步水轮发电机交流励磁同步水轮发电机3.6、抽水蓄能交流励磁调速作用抽水蓄能同步发电机采用交流励磁优势：励磁可以调速±10%交流励磁能够调速亦即可以调整有功功率调辅助直流灭磁灭磁制动节控制整流柜（功率柜）开关柜电阻柜整流器柜S101S106+S107

柜3.7、三峡左岸自并励组成（非柔性制动）不完全柔性制动系统THYRIPOL调辅助整流柜（功率柜）直流灭磁灭磁节控制制动整流柜开关柜电阻柜器柜（柔性制动）S101S106+S107

3.8、三峡右岸自并励组成（柔性制动）完全柔性制动系统THYRIPOL什么是励磁？导体切割磁力线感生电动势e励磁就是提供一个磁场BE0=4.44fNΦ0对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ0，进而产生正弦交流电势E0；发电机并网前升流升压就是励磁作用的主要表现。比较变压器U=4.44kfNΦm比较异步电动机U=4.44kwfNΦm4.1、并网前的升压升流作用Φ0由直流励磁电流产生，Φm由交流电压决定的激磁电流产生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两个磁场中心线的夹角励磁建立弹簧，弹簧传递力量4.2、并网后的同步作用磁力线像弹簧，倾斜方向和程度表示电动机或者发电机定转子的作用和反作用力量大小电势和电压的夹角这里θ

即δ发电机功角的电气概念

功角范围、静稳极限、稳定裕度4.3、发电机功角概念GFrequency（f）

ActivePower（P）Reactive

Power（Q）TerminalVoltage（Ug）Governor调速Excitation励磁AVR：AutoVoltrgeRegulatorAVR+PSS4.4、励磁和调速作用比较4.5、调速和励磁对f/ω调节POLECORE电枢绕组电压无功变化大于人工死区的频率变化→调速器→频率有功稳定阻尼绕组频率有功变化AVR无人工死区，灵敏度很高且精度很高小于人工死区的频率变化→AVR→可能削弱阻尼→系统低频振荡由于励磁绕组大电感滞后效应比喻：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。发电机有功、电压、无功三者关系：船、水位、水4.6、发电机电压与无功功率关系5.1、励磁调节器原理框图

移相触发器原理：Ut＋Uk＝触发脉冲

模拟式移相电路：余弦移相、锯齿波移相

AVR（自动）恒电压闭环自动电压调节器

ECR（手动）恒电流闭环励磁电流调节器电压给定Ugref

电流给定IfrefPID调节计算限制功能控制电压Uk

恒无功闭环：AVR的辅助控制PSS叠加5.2、励磁调节器其他功能简介无功补偿（调差）强励限制（快速限制）过励限制（励磁电流慢速、反时限）欠励限制（P-Q）定子电流限制（过无功限制）伏赫限制（V/HZ、U/F）（过激磁）软起励功能PSS功能电制动功能PT断线保护

欠励动作后按照Q闭环运行，欠励设定值与机端电压值相关的设计

发电机进相概念；发电机调相概念；欠励/低励限制：为了保证机组的稳定运行，低励限制器必须在机组超过限制区之前，以使机组运行点回到允许的允许范围之内。5.3、欠励/低励限制采用根据发电机输出的有功功率来确定发电机允许输出无功功率的方式来实现，即过无功限制。当发电机电流超过了限制区，如果此时机组运行在进相状态，则限制器动作，增加励磁电流；如果此时机组在迟相运行，则限制动作，减少励磁电流。总之，定子电流限制器的作用是调节发电机定子电流中的无功分量，使发电机电流回到限制区以内运行。5.4、定子电流限制和过无功限制设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。当机组频率降低的时候，为了使机组的机端电压保持恒定，励磁系统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下使机端电压保持在额定值，那么对机组及所有与机组相连的变压器而言，将有可能出现过磁通现象，对机组及变压器造成损坏。其他辅助控制功能1、PT断线保护功能；2、软起励功能；3、主开关容错功能；4、同步电压断线保护5.5、伏赫限制（V/Hz）（U/F）5.6、励磁保护和限制器配合励磁内部故障跳闸：配置检查、动作逻辑检查。尽量限制励磁调节器的保护功能：1、机组已有保护，励磁就不要再配保护，比如机组有失磁保护，调节器就不要再配PQ欠励保护；2、机组没有保护，调节器可以设立相关保护，比如发电机空载过电压保护、励磁开机起励保护、滑环短路保护等。检查励磁调节器限制功能与机组保护的匹配性：1、欠励限制与机组失磁保护：可以PQ功率匹配，也可以阻抗匹配。2、励磁过电流限制与励磁变和转子过流保护配合。3、励磁伏赫限制与发电机过激磁保护配合。

1、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）；

2、电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量；

3、强励限制是指电流限制倍数：1.5-2.0倍；功率柜故障取1.1倍；

4、过励限制是励磁电流限制，大于1.1倍，反时限，励磁电流闭环。

5.7、强励限制与过励磁电流限制5.8、强励电压倍数强励Ceiling，强励是指晶闸管控制角处于最小，也就是晶闸管整流器输出最大电压的状态。在规定的强励时间，励磁系统能够输出的最大电流和电压称为顶值电流和电压。顶值电流和电压与额度励磁电流和电压的倍数称为顶值电流倍数和顶值电压倍数Ceilingfactor或强励倍数。强励倍数由最大励磁电压决定，根据Udmax=1.35U2COSamin，可见最大励磁电压由励磁变二次电压和控制角决定；由于自并励是从取代自复励而来，当初为了保证与自复励一样的强励能力，特别提高了强励倍数。而现在进一步分析计算以及机组容量的增大，高强励倍数带来很多负面影响，故逐步开始降低强励倍数：4.0/80%、3.5/80%、3.0/80%、2.5/80%、2.0/80%、2.25、2.0。励磁，是发电厂的励磁，也是电网的励磁，但更重要的是发电机的励磁。只有发电机的励磁安全可靠稳定运行，发电厂和电网的安全稳定才有保证。而提高发电机励磁的安全可靠性，除了新技术、新器件、新工艺、新管理的应用外，选择一个合适的励磁变二次额定电压尤为重要。一般来说，当计算励磁变二次额定电压超过1000V时，就应该引起设计规划技术人员进一步权衡取舍，将这个电压限制在1000V以下。6.1、功率柜冗余配置按照结温考核晶闸管裕度，有时候晶闸管的快熔成为功率柜温度最高的设备，因此，功率柜发热问题，涉及面很广：功率柜冷却方式：自冷还是风冷；功率柜风道结构：串联还是并联；功率柜内部环境：正压还是负压；功率柜外部环境：敞开还是密闭；……因此，功率柜冷却结构是一个非常重要的技术问题。对于采用多个功率柜（整流桥）来说，晶闸管电流裕度主要取决于功率柜并联数量或冗余方式，一般要求如下：

励磁功率柜并联数量按（N-1）冗余原则选择，即功率柜一柜故障能满足包括强励在内的输出电流要求；二柜故障能满足除强励外所有运行方式的输出要求。在任何工况下，晶闸管的结温应不超过120度。卖方应提供晶闸管元件技术资料和参数计算书，包括仿真结果。功率柜均流系数，在发电机空载额定运行时应不小于0.85；在发电机负载额定运行时应不小于0.95。励磁功率柜均流系数亦能自动计算并显示，便于维护检查。大型励磁系统：3-5功率柜并联6.2、功率柜/整流桥均流均流系数：并联的多个功率柜直流电流输出值的均衡指标，平均值/最大值。均流方式：自然均流：优选设备，利用设备自然物理特性进行均流，也称为物理均流；电抗器均流：在励磁功率柜交流输入回路串联电抗器，均衡交流阻抗，使之均流效果满足要求。早期普遍采用，现在很少采用；自动均流：在各个功率柜对调节器的触发脉冲进行小范围缓慢自动调节，使各个功率柜的输出电流尽量一致，提高均流系数。故自动均流也称为动态均流。自然均流是最常规均流，特别要求晶闸管压降一致，还要求交流回路等电阻，于是要求交流电缆等长度、交流电缆分分别接入等等。自然均流也可以取得很高的均流系数，但是成本要高一些。溪洛渡左岸电站采用南瑞大功率柜，均流系数在0.95-0.98之间，这需要付出艰辛的劳动，要拎紧每一颗大螺丝。要想有好的自然均流，现场的技术人员必须拎紧每一颗大螺丝，你做到了吗？6.3、功率柜自动均流自动均流的好处节约成本，晶闸管压降可以不一致，采用铜排输入。自动均流分为两种：按柜均流：检测并联功率柜输出电流，使之一致。这是均流系数要求。6.4、按柜自动均流按柜均流：采用直流CT，测量1个还是2个电流，其合理性和必要性探讨。技术点：Id1+≠Id1-；那么Id2+≠Id2-；难点：并联功率柜划分全控桥物理位置，其电气组成可能是柜1的正组合柜2的负组组成一个电气桥。6.5、交流和直流CT区别无论交流CT还是直流CT，都能通过波形判断晶闸管电流波形是否正常；ABB过去采用直流CT方式，现在采用交流CT。6.6、按相自动均流按相均流：检测并联功率柜的交流输入电流，使之每一相一致，更科学；每一相电流均衡，必定每一个柜的电流均衡。7、励磁调节器控制技术现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学

）电力系统励磁控制发展过程：PID控制；

PSS控制

线性最优控制LO－PSS（LinearOptimalControl）

非线性最优控制NO－PSS（NonlinearOptimalControl）

非线性鲁棒控制NR－PSS（NonlinearRobustControl）

KΔVG控制60ΔVG如K=807.1、NES5100并联PID1、励磁并联PID=比例Kp+积分Ki；为什么自并励一般没有微分Kd？2、何为无差调节，何为有差调节？KpKiΔVG=Ugref-Ugact7.2、UNITROL6000串联PID1、励磁串联PID=比例Kp+积分Ki；串联PID参数解释。2、何为静态、动态、暂态放大倍数？KR1=350；TC11=1.0s；TB11=5.0s；TC21=0.1s；TB21=0.1s7.3、励磁控制模型和参数试验1、计算机仿真；2、电力系统动态模拟试验；3、

电力系统RTDS实时数字仿真仪（RealTimeDigitalSimulator试验。7.4、RTDS仿真PID的P参数影响黑线KR1=175的机端电压阶跃曲线，红线为KR1=350的机端电压阶跃曲线，蓝线为KR1=525的机端电压阶跃曲线。测试结果表明，KR1影响机端电压的上升速度和超调量。比例增益增大，上升速度增加，超调量增加。负反馈调节的基础；增大P可减小稳态误差增大P可加快响应；P过大不利于系统稳定7.5、黎雄教授：PID

的作用---比例P7.6、RTDS仿真PID的I参数影响黑线为TB11=1s的机端电压阶跃曲线，红线为TB11=5s的机端电压阶跃曲线，蓝线为TB11=10s的机端电压阶跃曲线。测试表明积分时间常数主要影响超调量和上升速度，积分时间常数越大，超调量越小，上升速度越慢。

提高静态放大倍数减小稳态误差减小动态放大倍数有利于系统稳定07.7、黎雄教授：PID

的作用---积分IK1K2K31/T11/T21/T3ω1/T47.8、RTDS仿真PID的D参数影响KR1影响机端电压的上升速度和超调量，比例增益增大，上升速度增加，超调量增加；积分时间常数主要影响超调量和上升速度，积分时间常数越大，超调量越小，上升速度越慢；微分时间常数主要影响超调量和上升速度，微分时间常数越大，超调量越小，上升速度越快。KR1=350，TB11=1s，TC11=1s，5s，10s测试表明微分时间常数主要影响超调量和上升速度，微分时间常数越大，超调量越小，上升速度越快。提高响应速度减小超调量补偿Te惯性有利于系统动态稳定ΔVGPID励磁机等效减少了励磁机的时间常数Te->T47.9、黎雄教授：PID

的作用---微分D

模拟电路移相原理

数字移相原理之一

1、首先计算α角；

2、将α角转换为计数器的计数时间T；

3、由同步点启动计数器，计数时间就是α角；

4、计数时间到，触发相应的可控硅；

5、每隔600再触发下一个可控硅，共6个可控硅；

6、每发一个脉冲，启动脉宽中断，控制脉冲宽度。8.1、励磁调节器独特技术：移相触发8.2、励磁调节器独特技术：触发脉冲脉冲变压器作用隔离功率匹配脉冲发展形式宽脉冲双脉冲宽高频脉冲双高频脉冲8.3、南瑞NES5100双窄脉冲双窄脉冲；脉冲顺序；导通规律12345612…..8.4、ABB120度宽高频脉冲120度宽脉冲；高频脉冲；脉冲变原边脉冲；晶闸管不导通脉冲波形；晶闸管导通脉冲波形9.1、励磁术语：通道、模式、方式励磁调节器ExcitationRegulator，指按照某种调节规律对发电机机端电压、无功功率、功率因数、转子电流进行实时闭环调节的装置。励磁调节器一般包含两个通道Channel，每个通道包括稳压电源单元、测量单元、控制单元、输入输出单元等硬件结构和软件功能模块，可以实现自动电压调节、励磁电流调节、恒无功功率控制、恒功率因数控制等多种控制模式。自动电压调节器AutomaticVoltageRegulator，也称为AVR调节器或AVR模式，简称自动AUTO，指以控制调节发电机机端电压为目的，将测量的发电机机端电压与电压给定值进行比较，并对其偏差以适当的调节规律控制励磁系统输出的控制器。AVR是发电机电压闭环调节器，也称恒电压调节。励磁电流调节器Manual/ExcitationCurrentRegulator，也称为FCR调节器或FCR模式，简称手动MAN，指以控制调节同步发电机转子电流为目的，将测量的实际转子电流与一个电流给定值进行比较，并对其偏差以适当的调节规律控制励磁系统输出的控制器。FCR是发电机转子电流闭环调节器，也称恒电流调节。

9.2、励磁术语：通道、模式、方式通道1/2、ch1/2AVR1/2、FCR1/2主/从、工作/备用、后备通道9.3、励磁术语:软起励起励Flashing，从励磁投入到发电机机端电压上升到设定值的过程软起励Softstart，使设定值按斜坡时间函数（5秒左右）从一个较小值（10%）慢慢增加直到100%给定值的起励过程。而硬起励的给定值在起励过程中始终维持在100%，这样容易引起超调。

10.1、励磁调差作用UgQ-0+UgQ短路电抗+UgQUgQUgQUgQUgQ陡陡0调差稍陡更陡稍陡负调差内阻很小的蓄电池并联，电压不同，后果严重droopcompensation正调差10.2、发电机调差实施原理调差系数定义D(%)=（Ug0-Ug）/Ugn）×100%发电机调差D定义：纯无功电流达到额定定子电流下的发电机电压与空载电压的差值。调差的实施：将D值根据不同无功按比例叠加带给定环节或测量环节。(D×Q)IqUUgIgnUg0D同一个D值，加入给定环节或测量环节，其结果相反，一个正调差，另一个就是负调差。假设一个正(D×Q)值（3V），加入给定环节（100V），使给定增大（103V），其结合是发电机电压升高（103V），是负调差3%；假设一个正(D×Q)值（3V），加入测量环节（100V），使测量增大（103V），其结合是发电机电压下降（97V），是正调差（3V）。3V100V103V103V97V100V100V10.3、调差系数计算公式发电机调差率计算公式（无功实名值）：E（%）=（ΔU×Sn）/Q1其中ΔU=Ugref（%）-Ugact（%），

Q1是ΔU对应的无功，Sn是视在功率，也是Q标幺的基准值。要求尽量多带无功，Q1与Sn单位一致。调差未投Ug1=Ugref1Q1Q2Ug2=Ugref2QUg调差已投：ΔU2：Q2=D：SnUgact≠UgrefQ1Q2QUgUgrefSnDΔU210.4、发电机静差率试验静差率的实质，就是在有功变化的情况下，发电机电压的稳定性，受调节器放大倍数、温度变化、频率变化和测量精度的影响。10.5、静差率计算公式发电机静差系数计算公式（无功实名值）：D（%）=（ΔU×Sn）/P2其中ΔU=Ugref（%）-Ugact（%），

P1是ΔU对应的无功，Sn是视在功率，也是P标幺的基准值。要求尽量多带有功，P1与Sn单位一致。调差已退：ΔU：P2=E：SnP1PUgUgrefSnEΔUUgact要求尽量有功变化大，可以利用机组甩负荷或进相试验进行，要求调差退出、励磁不进行增减磁，可将励磁置现地，用高精度表计测量发电机电压。

1、相位不一致产生的冲击电流，属于有功电流。由于机械功率不变，因冲击产生的有功振荡几次后回到原位。

2、电压不一致产生的冲击电流，属于无功电流，由此产生机组并网时无功的突变，但一般不超过5%。

3、由于并网前机端电压一般为100%，而系统电压不是100%，一旦并网，机端电压几乎就强行的等于系统电压，此时，除了前述产生的无功冲击外，励磁调节器还按照调差系数，将机组无功调整到当前机端电压所对应的无功。UgQ10.6、并网无功冲击的分析结论：调差等于0，只有1次冲击；调差不等于0，则可能有2次冲击，但第一次快ms级，第二次慢s级电力系统稳定分为三个电量的稳定：

电压稳定（电压恒定、无功充裕、否则恶性循环电压崩溃，必须强励）

频率稳定（频率恒定、有功平衡、安稳装置切机、自动减载）

功角稳定（P、Q变化）。

励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。频率稳定由调速器负责。

功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。

静态稳定：系统受到小扰动后系统的稳定性（要求稳定余度大、极限功率大）；

暂态稳定：大扰动后系统在随后的1－2个周波内的稳定性（必须继电保护）

动态稳定：微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产生的稳定性（没有自动装置，就没有动态稳定问题。要求必须有良好的阻尼和PSS）。

过去分类现在分类：小扰动稳定、大扰动稳定11.1、电力系统稳定分类静态稳定：倒着放的圆锥体最差，轻轻一碰就到下，“全国牙防组”的静稳最好。11.2、静稳和动稳比喻动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。倒着的圆锥体蒙着眼睛没有恐高症，睁着眼睛看悬崖就会有恐高症，动态稳定就是因自动调节所产生。P1=(EqU/XΣ

)Sinδ（手动励磁下的P1不变）Eq’恒定Eq恒定(励磁电流恒定)Ug恒定P3=(UgU/XΣ

)Sinδ（理想中AVR励磁下的P3,随着P的增加而上升）P2=(Eq’U/XΣ

)Sinδ（实际上AVR励磁下的P3,随着P的增加而上升）P1/P2/P3=0.4/0.77/1.0经典分析图Pm1δ1随着P增加，AVR为抵消发电机去磁作用而不断增加励磁电流，也相应增加发电机功角曲线高度，也就提高了静稳极限Pm2Pm311.3、AVR提高静态稳定分析(a)单机无限大母线系统(b)短路故障下，功率特性曲线的变化：初始工作曲线1；短路后3；故障切除2

暂态稳定性决定于加速面积abedabcd是否小于或等于减速面积dfed。提高暂态稳定性有两种方法1、减小加速面积：加快故障切除时间2、增大减速面积：提高励磁电压响应比；提高强励电压倍数，使故障切除后的发电机内电势Eq迅速上升，增加功率输出，以达到增加减速面积的目的。正常工作曲线1；短路曲线3；强励使功率特性曲线增加到bc‘段（减少了加速面积）；δ2时故障切除；强励使曲线2的dehg增加到de’h’g（增大减速面积）；转子功角最大值由δm’降到δm。经典分析图强励后增加的减速面积强励中减少的加速面积11.4、AVR提高暂态稳定分析ΔVGVG=f（Q、P）f、PQAVR对于因无功波动进行快速灵敏的调节，保证了电压的稳定，提高了电力系统静态和暂态稳定，这是AVR的职责所在。随着电力系统输电线路越来越远，特别是越来越多的可控硅静止励磁装置取代励磁机投入使用，电力系统动态稳定性变坏，于是开始怀疑AVR对动态稳定不良影响。对于系统有功波动，理应由调速器负责（死区+慢）。由于这种波动也相应引起ΔVG的微小变化，快速灵敏的AVR依然按照稳定电压方式进行调节，由于AVR不考虑转子大电感因数，结果助长了有功波动，相当于减少了发电机阻尼，进而引起电力系统低频振荡，危害了动态稳定。11.5、AVR降低动态稳定分析动态稳定可以理解为机电振荡的阻尼问题。AVR造成阻尼变弱、甚至变负（K5变负)。在—定的运行方式及励磁系统参数下，AVR在维持Ug恒定的同时，会产生负的阻尼作用。

扰动前后：ΔP→Δδ1→Δδ→摆动→阻尼→Δδ2→稳定传统励磁：低增益慢速（没有能力管闲事）

Δδ→ΔUg→AVR作用小、反应慢→ΔUf小→ΔIf小→Δ

→ΔP（力矩象限不明）→对Δδ影响极小。现代励磁：高增益快速（管闲事帮倒忙）Δδ→ΔUg→AVR作用大、反应快→ΔUf大→ΔIf大→Δ

→ΔP（力矩第二象限）→产生负阻尼使原来的阻尼变小，对Δδ负面影响。AVR+PSS:高增益快速+附加控制系统（管闲事帮正忙）Δδ→ΔUg→AVR+PSS作用大、反应快→ΔUf大→ΔIf大，Δ

→ΔP（力矩第一象限）→产生正阻尼使原来的阻尼变大，对Δδ正面影响。11.6、AVR产生负阻尼的定性分析11.7、阻尼比负阻尼：振荡波形振幅加大正阻尼：振荡波形振幅减少。如果振荡波形振幅不变，就是零阻尼阻尼比（ζ）DampingRatio，是量化表征阻尼特征的控制系统调节品质物理量，可通过阶跃扰动试验测出，一个周期内扰动响应曲线和计算公式如下图所示。当ΔP2＜ΔP1表示控制系统正阻尼，振荡收敛；当ΔP2＞ΔP1表示控制系统负阻尼，振荡发散；当ΔP2=ΔP1表示控制系统零阻尼，等幅振荡。11.8、阻尼比计算阻尼比有2个计算公式：第一个是标准公式，多周波后的计算公式；第一个是简化公式，单周波后的计算公式。一般采用单周波计算公式。地区性振荡模式（localmodel）：频率一般在0.5～2.0Hz；

区域间振荡模式（interareamodel、tielinemodel）：频率一般在0.1～0.5Hz）。

小系统：0.5～2.5Hz；（地区电网）；大系统：0.2～2.0Hz；（3华：华中、华北、华东）；全国联网：0.1～1.0Hz；（3华+东北）

荡秋荡起来后就会在摩擦系数的作用下慢慢停下；当顺着秋千施加外力，秋千会越荡越高，当逆着秋千施加外力，秋千会马上停下。电力系统的动稳就像荡秋千一样，正阻尼逆着功率的摆动方向使之快速停下，负阻尼顺着功率的摆动方向使之不断摆动。自动电压调节器产生负阻尼大于原有正阻尼，产生0.2～2.5Hz低频振荡。低频振荡产生原因：AVR对于有功或功角摆动引起的电压偏差进行调节，由于转子电感的滞后效应，其调节输出总是顺着有功摆动，这样加大了原有摆动幅度，产生低频振荡。PSS基本原理：如果AVR附加一个装置，直接测量有功摆动，并采用措施改变原有调节输出方向，使之总是逆着有功摆动方向，这样就能很快平息原有摆动，低频振荡就不会发生。这个附加装置就是自动电压调节器中的电力系统稳定器PSS。11.9、负阻尼与低频振荡2005年10月29日22时21分28秒机组发生低频振荡，41″开始电站监控系统频繁报线路及母线电压越高限、高高限，越低限。电站中央返回屏上母线电压约在535KV～550KV间摆动，母线频率约在49.92HZ～50.05HZ间摆动，电站总功率约在8600MW～8100MW间摆动，各机组有功表均在530MW～660MW间摆动。48″退出AVC联控运行，分别逐台增加机组无功出力30Mvar，抬高母线电压运行。至22时25分26秒振荡平息。从录波分析计算，机组侧振荡频率为0.76Hz。11.10、700MW机组低频振荡实例F.D.迪米洛和C.康柯迪亚利用菲利普斯-海佛曼模型提出AVR+PSS解决方案

发电机转子运动方程ΔΡΔωΔδK1主要是同步力矩环节；D转子阻尼环节；K4发电机去磁电枢反应；K5励磁正负阻尼系数；K2和K6主要是励磁阻尼力矩环节。K5为正，这时AVR的作用是引入了一个负的同步转矩和一个正的阻尼转矩，有利于动态稳定；当发电机与系统的外接电抗较大，并且发电机的输出功率较高时，系数K5为负，这时AVR的作用是引入了一个正的同步转矩和一个负的阻尼转矩不利于动态稳定。PSS11.11、AVR对动态稳定模型分析ΔP发电机模型励磁模型去磁效应阻尼效应It测量有功ΔP放大+滤波，得到0.2Hz∼

2.0HzΔP调整φ2相位得到ΔPSSPSS输出限幅P=f（Ut、It）使ΔPSS产生的力矩超前100∼滞后45011.12、PSS电路原理框图Φ1=Φ3信号放大测量滤波信号隔直超前和滞后输出限幅ΔPΔUPSS（0.2∼2.5Hz）测量滤波信号隔直超前滞后超前微分电路相位超前调整滞后双T高频滤波信号滤波U=f(P)U输入U输出U=f(ΔP)0.21.5Hz0.21.01.0P11.13、单输入PSS电路示意DL/T7409-2国标PSS1=PSS1APSS2=PSS2A/PSS2BPSS1APSS2APSS2B11.14、PSS模型分类11.15、PSS1/PSS1APSS1A：单输入PSS，输入量Pe，隔直后变为ΔPe，放大，高频滤波（低通），经过相位超前滞校正后，再限幅输出。国标7409-2中PSS1（PSS1A）一般采用发电机有功ΔP作为输入，这对于能够快速增减有功的水轮发电机来说，带来“反调”，即增减有功时，PSS以为是有功低频振荡，想用减增无功的方式来抑制。国标7409-2中PSS2（PSS2A/PSS2B）采用双输入PSS2，PSS只对有功的加速度其作用，成功避免了反调现象。P从575减到545，Q严重反调，从78升到187P大幅减少，Q保持不变，无反调11.16、单输入和双输入PSS比较改变斜坡函数截止频率，使之对P信号无衰减，可使PSS2B成为一个ω单输入PSS1A模型；单纯ω输入PSS，是最理想的PSS，也是一个没有反调的PSS。但是由于ω很难测量，才有了双输入的PSS2B。11.17、PSS2B斜坡滤波器研究改变斜坡函数截止频率，使之对ω信号大幅衰减，可使PSS2B成为一个P单输入PSS1A模型；超前滞后环节判断：当分子上T1/T3/T5大于分母T2/T2/T6，则该环节起相位超前补偿作用，即超前环节，否则就是滞后环节。11.18、PSS2B斜坡滤波器研究11.19、PSS4B简介0.07Hz差分过滤0.7Hz差分过滤8.0Hz差分过滤12.1、励磁系统频域试验方法UgPSS2型IgPSS投切频率特性分析仪正弦波低频信号发生器Hz角度增益幅频和相频特性输入输出波形比较白噪声信号发