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

申良赵聚平李海洪

黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南长沙410213

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。

2.2控制无功功率的分配

当并联于电力系统运行的发电机时，它输出的有功确定于从原动机输入的功率，而与励磁电流相关的是发电机输出的无功。设发电机从原动机输入的机械功率不变，就是发电机输出的有功功率Pf恒定，则有：

式中：——发电机因数角的功率；

——发电机的功率角。

恒定Uf、恒定Pf就是意味着Ifcos与Eqsin都是常数，在发电机相量图（图1-2）上，这表示发电机电流If为虚线BB’的矢端轨迹，空载电势Eq为虚线AA’的矢端轨迹。当转变发电机的励磁让发电机空载电势Eq改变（像Eq从Eq1变成Eq2）时，发电机跟着改变（由If1变成If2）的负载电流If，但其有功分量Ia=Ifcos恒定，所以改变的只是无功电流IR。因此，在无穷大母线的状况下，将改变发电机输出无功的是调节励磁。

2.3提升同步发电机并联运行的稳定性

一般把电力体系的稳定性问题分为3类，就是静态稳定、暂态稳定和动态稳定问题。所谓静态稳定是指电力体系在受到小干扰功能时的稳定性，就是受到小干扰功能后复原到原平衡状态的能力；暂态稳定是指电力体系在受到大干扰功能时的稳定性，就是在大干扰功能后体系可不可以在新的平衡状态下稳定工作；而动态稳定是指受干扰的后的电力系统，在思考了各类自动控制装置功能的状况下，长经过的稳定性问题。

3.同步发电机励磁系统的形式

3.1.直流发电机供电的励磁方式

这种励磁方式的发电机具备专用的直流发电机，称为直流励磁机，励磁机通常和发电机同轴，发电机的励磁绕组经过装在大轴上的滑环和固定电刷从励磁机得到直流电流。这种励磁形式具备励磁电流单独，工作相对可靠与把自用电消耗量减少等优势，是以前几十年间发电机关键的励磁方式，具备相对成熟的运行经验。不足是励磁相对慢的调节速度，维护工作量大，所以在10MW以上的机组中非常少使用。

3.2.交流励磁机供电的励磁方式

在发电机大轴上也装交流励磁机，它输出的交流电流通过整流后供给发电机转子励磁，这时，发电机的励磁形式属他励磁方式，又因为使用静止的整流装置，所以又称为他励静止励磁，交流副励磁机供应励磁电流。为了把励磁调节速度提升，交流励磁机一般使用100-200HZ的中频发电机，使用400-500HZ的中频发电机的是交流副励磁机。这种发电机的直流励磁绕组与三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿和槽而没有绕组，像个齿轮，所以，电刷是它没有的，滑环等转动接触部件，具备工作可靠，简单结构，制造工艺方便等优势。

3.3.无励磁机的励磁方式

励磁机不设置专门的，从发电机自身得到励磁电源，通过整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁能分为自并励与自复励2种形式。自并励方式具备构造简单，少设备，投资省与维护工作量少等优势。自复励磁方式具备2种励磁电源，经过整流变压器得到的电压电源与经过串联变压器得到的电流源。

结语

因为这些年来电网的快速发展、日益扩大的电网规模对电力系统的安全稳定提出了更高的要求，同步发电机励磁控制体系的运行质量在非常大程度上直接关系到整个电力体系运行的稳定性和可靠性。保证励磁控制的有效性也正是保证电力系统运行稳定性的重点所在，值得引起普遍关注和重视。

参考文献：

[1]石访，王杰.伪广义哈密顿理论及其在多机电力系统非线性励磁控制中的应用[J].中国电机工程学报，2011，31（19）：67-74.

[2]GB/T7409.3-2007，同步电机励磁系统[S]