第三章同步發電機勵磁自動控制系統總述同步發電機勵磁系統勵磁系統的任務同步發電機勵磁系統勵磁系統的類型勵磁系統中的整流電路勵磁控制系統調節特性和并聯機組間的無功分配勵磁調節裝置原理第一節概述同步發電機的勵磁控制同步發電機的運行特性同步發電機的空載電動勢Eq值的大小發電機的勵磁電流IEF電力系統在正常運行時，發電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓水平和并聯運行機組間的無功功率的分配。故障情況，發電機端電壓降低將導致電力系統穩定性降低，要求發電機迅速增大勵磁電流，以維持電網的電壓水平及穩定性。第一節概述同步發電機的勵磁系統

勵磁功率單元

勵磁調節器

G發電機電力系統勵磁自動控制系統構成1）勵磁功率單元，它向同步發電機的勵磁繞組提供直流勵磁電流。2）勵磁調節器，它按照發電機及電力系統運行的要求，根據輸入信號和給定的調節準則自動調節控制功率單元輸出的勵磁電流。一、同步發電機勵磁控制系統的任務優良的勵磁控制系統不僅可以保證發電機可靠運行，提供可靠的電能，而且可以有效地提高系統的技術指標。勵磁系統應該承擔以下任務：（一）電壓控制（二）控制無功功率的分配（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性（四）改善電力系統的運行條件（五）水輪發電機組要求實行強行勵磁一發電機勵磁系統的任務（一）電壓控制

等值電路相量圖GGEWUEF.IEF.UGIG..xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.電力系統運行時，負荷波動引起電壓波動，需要對勵磁電流進行調節以維持機端電壓在給定水平。勵磁自動控制系統擔負了維持電壓水平的任務。EqIGUGIEF1UGUG2UGNIQIEF2IQ2IQ1EqUGjIGXdIGIQIP負荷中的無功電流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。同步發電機的勵磁自動控制系統就是通過不斷地調節勵磁電流來維持端電壓在給定水平的。

發電機的外特性必然是下降的。當勵磁電流一定時，發電機端電壓隨無功負荷增大而下降。發電機勵磁系統的任務（二）控制無功功率的分配

設單機無窮大系統：GIG.UG=常數.IP.UG.IQ.IG.φjIGxd.Eq.δGφjIQxd.發電機勵磁系統的任務控制無功功率的分配由于發電機發出的有功功率只受調速器控制，與勵磁電流的大小無關。發電機勵磁電流的變化只是改變了機組的無功功率和功率角的大小。與無限大母線并聯的機組，調節它的勵磁電流的大小可以改變無功功率的數值。在實際運行中，并聯目前并非無窮大母線，母線電壓隨著負荷的改變而變化。改變一臺發電機的勵磁電流，不但影響自身的電壓和無功功率，也影響與之相鄰的節點的電壓和無功功率。因此發電機勵磁自動控制系統還擔負著并聯運行機組間無功功率合理分配的任務。靜態穩定暫態穩定

電力系統的穩定電力系統靜態穩定是指電力系統在正常運行狀態下，經受微小擾動后恢復到原來運行狀態的能力。

電力系統暫態穩定是指電力系統在某一正常運行方式下突然遭受大擾動后，能否過渡到一個新的穩定運行狀態、或者恢復到原來運行狀態的能力。

（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性發電機勵磁系統的任務（三）提高同步發電機并聯運行的穩定性1勵磁對靜態穩定的影響發電機的輸出功率為發電機勵磁系統的任務abc同步發電機的功角特性最大可能傳輸的功率極限為

發電機的輸出功率為靜態穩定極限功率Pm和Eq相關，而Eq與勵磁有關。無自動調節勵磁時，勵磁電流恒定，Eq＝常數，此時的功角特性稱為內功率特性。發電機勵磁系統的任務若有靈敏和快速勵調節器，可視保持發電機端電壓保持不變。外功角特性曲線的最大值出現在大于90度，能使發電機在大于90范圍的人工穩定區運行，可提高發電機輸送功率極限或提高系統的穩定性。發電機勵磁系統的任務2勵磁對暫態穩定的影響發電機的暫態穩定等面積法則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要使勵磁系統在短暫過程中完成符合要求的控制必須要求勵磁系統具備快速響應的條件。為此，一方面縮小勵磁系統的時間常數，另一方面盡可能提高強行勵磁的倍數。發電機勵磁系統的任務（四）強行勵磁以改善電力系統運行條件1改善異步電動機的自啟動2為發電機異步運行創造條件3提高繼電保護工作的準確性電力系統出現短時低電壓時，勵磁自動控制系統可以發揮其調節功能，即大幅度地增加勵磁以提高系統電壓。1．改善異步電動機的自起動條件

1201008060402000102030t(s)U(%)電網發生短路等故障時，電網電壓降低，是大多數用戶的電動機處于制動狀態。故障切除后，由于電動機自啟動時需要吸收大量無功功率，以致延緩了電網電壓的恢復過程。發電機強行勵磁可以加速電網電壓的恢復，有效改善電動機的運行條件。3提高繼電保護裝置的正確性當系統處于低負荷運行狀態時，發電機的勵磁電流不大，若系統此時發生短路故障，其短路電流較小，且隨時間衰減，以致帶時限的繼電保護不能正確工作。勵磁自動控制系統就可以通過調節發電機勵磁以增大短路電流，使繼電保護正確工作。2．為發電機異步運行創造條件同步發電機失去勵磁時，需要從系統中吸收大量無功功率，造成系統電壓大幅度下降，嚴重時甚至危及系統的安全運行。如果系統中其他發電機組能提供足夠的無功功率，維持電壓水平，則失磁的發電機可以在一定時間內以異步運行方式維持運行。發電機勵磁系統的任務（五）水輪發電機要求實行強行減磁當水輪發電機組發生故障突然跳閘時，由于它的調速系統具有較大的慣性，不能迅速關閉導水葉，因而會使轉速急劇上升。

如果不采取措施迅速降低發電機的勵磁電流，，則發電機電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵磁自動控制系統能實現強行減磁。二、對勵磁系統的基本要求勵磁調節器:檢測和綜合系統運行狀態的信息,以產生相應的控制信號,經放大后控制勵磁功率單元以得到所要求的發電機勵磁電流。其基本要求

勵磁功率單元:受勵磁調節器控制，并向同步發電機轉子提供勵磁電流。其基本要求系統正常運行時,勵磁調節器應能反映發電機電壓高低以維持發電機電壓在給定水平；同步發電機端電壓靜差率：半導體型的<1%，電磁型的<3%。勵磁調節器應能合理分配機組的無功功率；勵磁調節器應保證同步發電機端電壓調差率在下列范圍內：半導體型的±10%，電磁型的±5%。對遠距離輸電的發電機組，為了能在人工穩定區域運行，要求勵磁調節器沒有失靈區；勵磁調節器應能迅速反應系統故障，具備強行勵磁等控制功能以提高暫態穩定和改善系統運行條件；具有較小的時間常數，能迅速響應輸入信息的變化。1對勵磁調節器的要求返回2對勵磁功率單元的要求

要求勵磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調節容量。在電力系統運行中，發電機依靠勵磁電流的變化進行系統電壓和本身無功功率的控制。因此，勵磁功率單元應具備足夠的調節容量以適應電力系統中各種運行工況的要求。具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。從改善電力系統運行條件和提高電力系統暫態穩定性來說，希望勵磁功率單元具有較大的強勵能力和快速的響應能力。因此，在勵磁系統中勵磁頂值電壓和電壓上升速度是兩項重要的技術指標。動態特性勵磁電壓上升速度曲線第二節同步發電機勵磁系統類型勵磁系統直流勵磁機交流勵磁機靜止勵磁同步發電機的勵磁電源為可控的直流電源。發電機勵磁電源必須具備足夠的調節容量。并且具有快速的勵磁電壓響應速度和具有一定的強勵倍數。第二節同步發電機勵磁系統勵磁系統的歷史直流勵磁機勵磁系統（直流發電機）

機械整流子在換流方面遇到了困難，且大功率半導體整流元件制造工藝的日益成熟。交流勵磁機勵磁系統(交流發電機和半導體整流元件組成)

靜止勵磁系統(發電機自并勵系統)

為了縮短主軸長度，降低造價，減少環節。電力系統發展初期，同步發電機容量不大一直流勵磁機勵磁系統（100MW以下）

直流勵磁系統是過去常用的勵磁方式。由于靠機械整流子換向整流的，當勵磁電流過大時，換向就很困難。直流勵磁只能在10萬kw以下小容量機組中采用。直流勵磁機大多與發電機同軸，是靠剩磁來建立電壓的。按勵磁機的勵磁繞組供電方式的不同

，又可以分為自勵式和他勵式兩種。圖2-1直流發電機原理圖=G勵磁調節器IAVRIEEIRIE1自勵直流勵磁機勵磁系統

DER2他勵直流勵磁機勵磁系統G勵磁調節器IEEIR=IE=IAVRPEDE他勵方式取消了勵磁機的自并勵，勵磁單元時間常數減小，提高了勵磁系統的電壓增長速率。一般用于水輪發電機組。直流勵磁系統具有方便、可靠、波形好，對電源干擾小等優點。直流勵磁機有電刷、整流子等轉動接觸部件，運行維護成本高，從可靠性來講，是勵磁系統中的薄弱環節。在直流勵磁系統中，以往采用電磁型調節器。這種調節器以磁放大器作為功率放大和綜合信號的元件，反應速度較慢，但工作較為可靠。直流勵磁機工作容量小，適合小機組的使用。二、交流勵磁機勵磁系統（100MW以上）

容量在100MW以上的同步發電機普遍采用交流勵磁系統。同步發電機的勵磁機也是一臺同步交流發電機，其輸出電壓經過大規模整流器整流后供給發電機轉子。交流勵磁機勵磁系統的核心是勵磁機，輸出頻率和電壓是根據需要特殊設計的，頻率一般為100Hz或更高。按勵磁供電方式的不同，也可以分為自勵式和他勵式兩種。他勵交流勵磁機勵磁系統自勵交流勵磁機勵磁系統1他勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統G自勵恒壓調節器放大器觸發器電壓檢測調差勵磁調節器交流發電機交流勵磁機交流副勵磁機可控整流器滑環起勵電源VSR交流勵磁機和副勵磁機與發電機同軸是獨立的勵磁電源，不受電網干擾，可靠性高。交流勵磁機時間常數大，為了提高勵磁系統快速響應，頻率采用100Hz～150Hz，勵磁機時間常數可以減少一半。交流副勵磁機的頻率為400～500Hz。同軸交流勵磁機、副勵磁機，加長了發電機主軸的長度，造價較高。仍有轉動部件，需要一定的維護量。一旦副勵磁機或自勵恒壓調節器發生故障，均可導致發電機失磁，因此可以考慮采用永磁發電機作為副勵磁機。2他勵交流勵磁機旋轉整流器勵磁系統(無刷勵磁)G勵磁調節器交流發電機旋轉元件永磁副勵磁機晶閘管整流器NS無炭刷和滑環，維護工作量減少，特別適用于大型機組。發電機勵磁由勵磁機獨立供電，供電可靠性高，并且由于無刷，整個勵磁系統可靠性更高。響應速度較慢。發電機轉子極其勵磁電路都隨軸旋轉，不能接入滅磁設備，也無法實現常規的檢測。要求旋轉整流器和快速熔斷器有良好的機械功能，能承受高速的旋轉離心力。沒有接觸部件的磨損，也沒有炭粉對電機繞組的污染，電機絕緣壽命變長。1自勵交流勵磁機靜止可控整流器勵磁系統GAVR滑環自動恒壓元件電壓起勵元件VSAE起勵電源交流勵磁機的勵磁一般采用晶閘管自勵恒壓方式。勵磁調節器AVR直接控制晶閘管整流裝置，時間常數小，勵磁調節快速性好。2自勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統G

勵磁調節器滑環電壓起勵元件VAE起勵電源勵磁調節器控制晶閘管整流裝置VS，調節發電機勵磁。增加了交流勵磁機自勵回路環節，動態響應速度受到影響。VS靜止勵磁系統不用勵磁機，而由機端勵磁變壓器提供給整流裝置。這類勵磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒有旋轉部分。勵磁電源由發電機自身供給。用于大型發電機組，特別是水輪發電機組。國外把這種方式列為大型機組的定型勵磁方式我國已經在一些機組上以及引進的大型機組上，采用該勵磁方式三靜止勵磁系統(發電機自并勵系統)三靜止勵磁系統(發電機自并勵系統)G

勵磁調節器滑環電壓起勵元件VS起勵電源1)

結構簡單、沒有旋轉裝置，可靠性高、造價低、維護量小。2)

沒有勵磁機（勵磁變壓器放置自由），縮短了機組長度，可減少電廠土建造價。3)

直接用可控硅控制轉子電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度。4)由發電機端取得勵磁能量。機端電壓與機組的轉速一次方成正比，故靜止系統輸出的勵磁電壓與機組轉速一次方成正比，而同軸勵磁機系統輸出的勵磁電壓與機組轉速二次方成正比。所以當機組甩負荷時靜止系統的過電壓就低。兩點憂慮：1)

靜止勵磁系統的頂值電壓受發電機端和系統側故障的影響。2)

由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護能否正確動作。對于大容量機組，轉子時間常數較大，轉子電流要在短路0.5S后才顯著衰減。在短路開始的0.5S內，靜止勵磁方式和他勵方式的勵磁電流是很接近的。至于高壓電網中的重要設備保護動作都在0.1S內，沒有必要擔心。至于接在地區電網的發電機，短路電流衰減很快，繼電保護的配合較復雜，要采取一定的技術措施以保護正確動作。同步發電機的勵磁系統中整流電路的主要任務是將交流電壓整流成直流電壓供給發電機勵磁繞組或勵磁機的勵磁繞組。大型發電機的轉子勵磁回路通常采用三相橋式不可控整流電路，在發電機自并勵系統中采用三相橋式全控整流電路；勵磁機勵磁回路通常采用三相橋式半控整流或三相橋式全控整流電路。整流電路是勵磁系統中必備部件，它對運行有極其重要的影響。第三節勵磁系統的整流電路第三節勵磁系統中的整流電路

三相橋式不可控整流電路三相橋式半控整流電路三相橋式全控整流電路一三個基本整流電路二整流電路的換流壓降及外特性

三最小逆變角一、三相橋式不可控整流電路eaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1工作原理任何時刻同時有兩只二極管導通，一只為共陰極連接的二極管，一只為共陽極連接的二極管。陽極電位最高、陰極電位最低的二極管導通，其他二極管承受反向電壓截止。

每個二極管導通120度，三相相電壓的交點為換流點（自然換向點）。+-RfeaebecV1V3V5V4V6V21352462輸出電壓的平均值二、三相橋式半控整流電路1工作原理（純電阻性負載）RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V

任何時刻同時有兩只二極管導通，一只為共陰極連接的二極管，一只為共陽極連接的二極管。

受觸發的晶閘管和最低電壓相的二極管導通。晶閘管的導通順序與三相電源的相序相同，觸發脈沖相位依次相差120度。eaecebteug161232345456161232tut脈沖控制角=0135abacbcbacacbabacbcug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=30°euguLttteaecebabacbcbacacb161232345456ug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=60°uguLtteteaecebacbacb123456導通角120°，為連續的臨界狀態。ug1ug3ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=120°uguLtteteaeceb123456acbacbug1ug3ug5ug5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脈沖控制角=180°uguLtteteaeceb的移相范圍0--180°ug1ug3ug52輸出電壓與控制角關系脈沖控制角小于60°，負載電壓波形連續。脈沖控制角大于60°，負載電壓波形斷續。3失控現象和續流二極管的作用uguLttett3t4t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+(-)-(+)eaecebacbacb123456ug1ug3ug5三、三相橋式全控整流電路ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L六只晶閘管的導通順序為1、2、3、4、5、6。它們的觸發脈沖相位依次相差60°。同一時刻有兩個二極管導通，需用寬度大于60°的觸發脈沖，或者用雙窄脈沖◤每個元件除了在各自的換流點處有一個脈沖之外，還在60度電角度之后的下一個導通元件的導通時刻補了一個脈沖。所補的脈沖在電流連續的穩態工作時并不起任何作用，但它卻是電路啟動及在電流斷續時使電路正常工作所不可缺少的，這種觸發方式稱之為“雙窄脈沖觸發”。

◢

◤若把上面的雙窄脈沖連成一個寬脈沖，電路當然也可正常工作，這種觸發方式稱之為“寬脈沖觸發”

◢

三相橋式全控整流電路觸發脈沖的形式ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeuLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=0°工作原理eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=60°euLugtttugt2eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=90°uLtugtugtett1t2eaeceb161232345456abacbcbacacbug1ug3ug5ug2ug4ug6ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脈沖控制角=60°150°eugtttugtuLt1t2VS6VS1VS3VS2VS4eaeceb1612323456abacbcbaca3輸出電壓與控制角關系電感性負載逆變角=180°-uLtugtugtett1t2在<90時，輸出平均電壓Ud為正，三相全控橋工作在整流狀態。在>90時，輸出平均電壓Ud為負，三相全控橋工作在逆變狀態。eaeceb電阻性負載電阻性負載uLtugtugtett1t2eaecebabacbcbacacbReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1四整流電路的換流壓降及外特性eaecebabc各相交流回路中存在電感，相間換流不是瞬間突變完成的，前一相的電流從Id逐漸降至0，后一相的電流從0逐漸上升到Id.換流瞬間又三個橋臂同時導通。考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca換相壓降——與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降低的多少。單相全波m=2單相全橋m=4三相半波m=3三相全橋m=6m為脈波數，m也可視為器件數換相重疊角的計算單相全波、全橋三相半波三相全橋2-67由上述推導過程，已經求得：g隨其它參數變化的規律：（1）

Id越大則g越大；（2）XB越大g越大；（3）當a≤90時，越小g越大。三相全控：ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L五最小逆變角晶閘管關斷角

逆變失敗（逆變顛覆）

逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，形成很大短路電流。換相重疊角的影響：圖3-49交流側電抗對逆變換相過程的影響當b>g時，換相結束時，晶閘管能承受反壓而關斷。如果b<g時（從圖3-49右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會關斷，而應關斷的晶閘管（VT1)不能關斷，最終導致逆變失敗。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322bmin一般取25~30。第四節勵磁控制系統調節特性和并聯機組間無功分配勵磁控制系統框圖同步發電機勵磁功率單元勵磁調節器手動自動勵磁調節器檢測發電機的電壓、電流或其它狀態量，然后按指定的調節準則對勵磁功率單元發出控制信號，實現控制功能。勵磁系統其他信號勵磁調節器最基本的功能是調節發電機的端電壓。常用的勵磁調節器是比例式調節器。輸入量是發電機機端電壓；輸出量用來控制勵磁功率單元。電壓升高時輸出減小，電壓降低時輸出增大。如果發電機沒有勵磁調節器，依靠人工改變直流勵磁機的磁場電阻Rc來調整機端電壓。人工調節電壓，可以分解為：測量判斷執行一勵磁調節器的基本特性與框圖比例式勵磁調節器發電機電壓升高時，調節器經測量后，減小輸出電流。當電壓降低時，增大輸出電流。它與勵磁機配合，控制發電機的轉子電流，組成閉合回路，實現對發電機端電壓的自動調節。勵磁調節器的基本特性與框圖勵磁調節器基本框圖勵磁功率測量比較綜合放大二、勵磁調節器的靜態工作特性勵磁調節器的簡化框圖測量K1綜合放大K2移相觸發K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVR（一）靜態工作特性的合成勵磁調節器總的放大倍數等于各組成單元放大倍數的乘積勵磁調節器的基本特性與框圖勵磁調節器的靜態工作特性在勵磁調節器工作范圍內：UG升高，UAVR急劇減小，UG降低，UAVR急劇增加。線段ab為勵磁調節器的工作區。在ab內發電機電壓變化很小，可維持發電機電壓水平。調節器的靜態工作特性曲線隨給定值的變化而移動。0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba測量單元綜合放大單元輸入輸出單元綜合特性（二）發電機勵磁自動控制系統靜態特性發電機勵磁自動控制系統由勵磁系統和被控對象發電機組成。發電機的調節特性是發電機轉子電流IEF與無功負荷電流IQ的關系。由于勵磁調節器的作用，發電機端電壓僅在額定值附近變化。勵磁機的工作特性在一般情況下是接近線性的。發電機轉子電流可直接用勵磁機勵磁電流直接表示。勵磁調節器的基本特性發電機勵磁控制系統靜態特性發電機調節特性發電機勵磁控制系統靜態特性勵磁調節器的基本特性UG=f(IQ)曲線說明，發電機在自動勵磁調節器后，無功電流IQ變化時，電壓UG基本維持不變。調節特性略有下頃，下頃的程度表征了發電機勵磁控制系統中一個重要的運行特性參數－調差系數。無功調節特性UGUG1UG20IQIQNΔUG勵磁調節器的基本特性調差系數表示無功電流從零到額定值時，發電機電壓的相對變化。調差系數越小，無功電流變化時發電機變化越小。調差系數表征了勵磁控制系統維持發電機電壓的能力。無功調節特性UGUG1UG20IQIQNΔUG對于按電壓偏差進行比例調節的勵磁控制系統，當調差單元退出工作時，其固有的無功調節特性也是下降的，稱為自然調差系數。對勵磁調節器特性進行調整主要為了滿足運行要求：1平穩地改變無功負荷；2保證并聯運行地發電機組無功功率地合理分配。勵磁調節器設置了電壓整定及調差單元。公共母線的無功調節分配主要決定于各臺發電機的無功調節特性。而無功調節特性是用調差系數來表征的。勵磁調節器的基本特性發電機無功調節特性UGIQδ=0δ<0δ>0UG0δ>0為正調差系數，調節特性下傾，發電機端電壓隨無功電流增大而降低δ<0為負調差系數，調節特性上翹，發電機端電壓隨無功電流增大而上升δ=0為無差特性，發電機端電壓恒為定值（三）發電機調節特性的平移調節特性1-2-3退出運行,IQ減小到零,無沖擊調節特性3-2-1IQ投入運行到要求值,無沖擊UGIQUM123IQ2IQ1發電機投入或退出電網時，要求能平穩地轉移負荷，不對電網產生沖擊。運行人員調節機組的勵磁調節器整定單元的整定值就可以控制無功調節特性上下移動，實現無功功率的轉移。一臺發電機帶有勵磁調節器，與無窮大母線并聯運行。三、并聯運行機組間的無功功率分配發電機并聯運行，改變任何一臺發電機的勵磁電流，不僅影響自身的無功電流，而且還影響同一母線上其他并聯運行機組的無功電流。引起母線電壓變化這些變化與機組的無功調節特性有關。1一臺無差調節特性的機組與有差調節特性機組的并聯運行UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2母線電壓保持UⅠ不變。如果電網無功負荷改變，第一臺發電機無功電流改變，第二臺維持IQⅡ。移動第二臺發電機特性曲線Ⅱ可改變發電機間無功負荷的分配。若要改變母線電壓，移動第一臺機組調節特性曲線Ⅰ。三、并聯運行機組間的無功功率分配無差調節特性

1無差+有差有困難無法穩定UGIQⅠ

δ=0Ⅱ’δ<0Ⅱ

δ>0UⅠUⅡUⅡ’IQ2一臺無差調節特性發電機和多臺正調差特性的發電機并聯運行。但實際運行中，有差調節特性的發電機將承擔無功功率的全部增量，一方面一臺機組的容量有限，另一方面機組間無功功率的分配也不合理，所以這種方式很難采用。三、并聯運行機組間的無功功率分配不能并聯運行

2無差+無差

UGIQⅠⅡUⅠUⅡUⅠ為第一臺發電機的電壓整定值，UⅡ為第二臺發電機的電壓整定值，實際調試很難做到UⅠ

、UⅡ正好重合，所以他們不能并聯運行。并聯運行機組間的無功功率分配有差調節特性UGUGⅠUGⅡ0IQI’QⅠⅠⅡUG0UGNIQⅠIQⅡI’QⅡIQN機組間的無功負荷的分配取決于各自的調差系數。兩臺正調差特性的發電機在公共母線上并聯運行。UGⅡIQⅠIQⅡ假定無功負荷增加，母線電壓下降，調節器動作，增加勵磁電流，新的穩態電壓UGⅡ。母線電壓波動時，發電機無功電流的增量與電壓偏差成正比，與調差系數成反比，而與電壓整定值無關。負號表示在正調差情況下，當母線電壓降低時，發電機無功電流將增加。正調差情況下，無功負荷波動時，并聯發電機電壓偏差相同，調差系數小的發電機承擔較多的無功電流增量。通常要求各臺發電機無功負荷波動量與額定容量成正比，也就是無功電流波動量的標幺值相等，也就是要求并聯運行發電機具有相同的調差系數。

例3-1某電廠有兩臺發電機在公共母線上并聯運行，一號機的額定功率為25MW，二號機的額定功率為50MW。兩臺機組的額定功率因數都是0.85，調差系數為0.05。如果系統無功負荷使電廠無功功率的增量為它們總無功容量的20%，問各機組承擔的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？

1號機額定無功功率2號機額定無功功率因為兩臺機的調查系數均為0.05，所以公共母線上等值機的調查系數也為0.05。母線電壓波動一號機組的無功負荷增加3.10M

var，二號機組的無功負荷增加6.20M

var。調差系數相等，無功的波動量與它們的容量成比例。

各機組無功負荷波動量(Mvar)(Mvar)

例3-2在例3-1中，若一號機的調差系數為0.04，二號機調差系數仍為0.05。當系統無功負荷波動時仍使電廠總無功增加20%，問各機組的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？

解：首先應求出公共母線上等值機的調差系數，為此推導如下：

母線電壓波動為

各機組的無功增量

(Mvar)(Mvar)一號機組的無功負荷增加3.56M

var，二號機組的無功負荷增加5.73M

var。調差系數小的機承擔的無功負荷增量較大。

一、勵磁調節器的原理及發展

（一）電壓調節的原理按調節原理可分為反饋型和補償型。反饋型電壓調節器按被調量（發電機電壓）與給定量（設定值）之間的差值進行調節，閉環反饋，能較好地維持電壓水平，得到了廣泛應用。

補償型電壓調節器補某些因素引起的發電機電壓的變動，由于補償的局限性，很難獲得理想補償，不能維持電壓水平。第五節勵磁調節裝置原理（二）勵磁調節器的發展及分類機械式機電型磁放大器電磁型電子模擬放大器電子型CPU存儲邏輯數字型20世紀初1950s’1960s’1990s’1、機電型電壓調節器電磁型調節器，各單元由電磁元件構成，具有較大的時間常數，其優點是可靠性高，能滿足電力系統運行的要求。早期的機電型電壓調節器，，需要克服摩擦，具有不靈敏區。2、電磁型電壓調節器3、電子型電壓調節器電子元件幾乎沒有時滯，功率放大倍數較高，得到廣泛應用。電子型勵磁調節器，由基本控制和輔助控制兩部分組成。

基本控制由調差、測量比較、綜合放大、移相觸發組成，實現電壓調節和無功功率分配等基本調節功能。

輔助控制為了滿足發電機不同運行工況、改善電力系統穩定性、改善勵磁系統動態性能而設置的單元，包括勵磁系統穩定器、電力系統穩定器、勵磁限制等人—機接口調節控制輸出勵磁調節裝置原理基本控制電壓調節無功分配輔助控制瞬時電流限制最大勵磁電流限制最小勵磁電流限制電壓/頻率保護失磁監控勵磁系統穩定器PSS等等數字式勵磁調節器硬件+軟件信息采集單元主控制單元二、數字式勵磁調節器原理（一）數字式勵磁調節器原理框圖1主控制單元（主機）（3）存儲器部分（2）總線接口部分（1）中央處理（CPU）單元基本功能需要測量信息：機端電壓、電流，以及反映機組運行狀態的開關量信息。輔助功能需要測量信息：頻率、勵磁電流等信息。測量單元的任務是將所需測量的各類電量值的電壓、電流信號轉化為數字信號，同時經過必要的計算和數據緩存，經數據總線供給主控制單元。信息采集由接口電路和輸入過程通道兩部分組成。2信息采集單元

晶閘管構成的全控整流橋是勵磁系統的功率單元。

晶閘管需要按照一定的次序導通，需要按照一定的次序對晶閘管的門極施加觸發脈沖，這是移相觸發單元的任務。移相觸發單元產生可調相位的脈沖，用來觸發晶閘管，使其觸發角能隨著主控制單元輸出的控制數據而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調節勵磁電流。3移相觸發單元三相橋式全控整流電路中，觸發脈沖：+A->-C->+B->-A->+C->-B勵磁調節器對移相觸發單元的要求：1）觸發脈沖移相范圍要符合相應可控整流電路的要求。2）觸發脈沖要有足夠的功率（對電壓、電流幅度有要求），使晶閘管元件可靠的導通。3）觸發脈沖的上升前沿要陡，上升時間10us左右。觸發脈沖要有一定的寬度，一般寬度要不小于100us，通常為1ms（相當于50Hz正弦波的18度）4）觸發單元與主電路隔離，以保證安全。5）整個移相范圍保證各相觸發角一致，一般各相脈沖相位差應小于10度，三相橋式全控則小于5度。（1）程序調試：面向軟件專職人員（2）參數設定與維護：面向電廠技術人員（3）運行操作：面向值班運行人員數字式勵磁調節器的人－機接口主要考慮滿足現場人員的要求，更具有智能化的優勢。4人機接口二、數字式勵磁調節器原理（二）調節和控制的數學模型

1.PID模型:按偏差的比例、積分和微分進行控制的PID調節器，是連續控制系統中技術成熟、應用廣泛的一種調節器。PID參數可以在線整定。PID調節算法可用微分方程表示為：二、數字式勵磁調節器原理離散化為

為位置式PID；u（KT）是全量輸出，是絕對值大小，與過去的狀態值有關，位置式算法的計算量較大，需要對e(KT)做累積。另一種是增量式PID調節，調節量輸出是增量二、數字式勵磁調節器原理控制的數學模型增量式PID調節

增量式PID調節的優點是，因為數字調節器只輸出增量，所以計算誤差或精度對控制量影響較小，控制的作用不會發生大幅度變化。且增量算式只與最近幾次采樣值有關，容易獲得較好的控制效果。二、數字式勵磁調節器原理2勵磁調節器的基本調節方式維持電壓恒定，實現并聯機組間的無功功率合理分配，是同步發電機勵磁控制系統的基本任務，也是正常運行的調節方式。

二、數字式勵磁調節器原理3勵磁調節器的輔助控制

瞬時電流限制最大勵磁限制器最小勵磁限制器電壓／頻率（V/Hz）限制和保護發電機失磁監控輔助控制不參與正常情況下的自動控制，僅僅在發生非正常狀況時，需要勵磁調節器某些特有的限制功能起相應的控制左右。勵磁調節器中的輔助控制對提高勵磁系統的穩定性、提高電力系統穩定及保護發電機、變壓器、勵磁機的安全運行有極其重要的作用。

(1)瞬時電流限制

勵磁機勵磁電壓對勵磁機電壓的影響

1

值越高，勵磁機輸出電壓

值起始增長速度越快但高值勵磁電壓將會危及勵磁機及發電機安全當勵磁機電壓達到發電機電壓允許的勵磁頂值電壓倍數時，應立即對勵磁機勵磁電流加以限制。(2)最大勵磁電流限制為防止發電機轉子繞組長時間過勵磁限制而采取的安全措施。當發電機電壓下降至80%-85%額定電壓時，發電機勵磁應迅速強勵至頂值電流，一般為1.6-2額定勵磁電流。由于受發電機轉子繞組發熱的限制，強力時間不能超過規定值。最大勵磁限制的反時限特性最大勵磁限制器有兩個不同的設定值：強勵頂值電流限制值連續運行允許的過熱限制值過熱限制值由轉子的等效過熱時間常數和轉子的等效冷卻時間常數控制，勵磁繞組的最大允許熱能：正常運行，限制器不起作用。有效控制點是頂值電流限制值。故障強勵時，過熱電力積分器：勵磁電流限值為勵磁電流限值為離散后的恒勵磁調節數學模型為二、數字式勵磁調節器原理（3）最小勵磁限制在超高壓電力系統中輸電線路的電壓等級很高，輸電線路的電容電流也增大。當線路輸送功率較小時，線路的容性電流引起的剩余無功功率使系統電壓上升，以致超過允許的電壓范圍。

發電機進相運行時，從系統吸收無功功率，由滯后的功率因數變為超前的功率因數。發電機進相運行時，允許吸收的無功功率和發出的有功功率有關。

吸收的無功功率隨勵磁電流的減小而增加，發電機進相運行受靜態穩定極限和發電機定子端部發熱允許限制。二、數字式勵磁調節器原理功率圓M為靜態穩定功率極限考慮實際運行因素，最小勵磁限制應在N’之內當發電機運行在Q<0的部分時，發電機為進相運行狀態根據欠勵數據表，對無功進行控制。如發電機帶有功50MW時，無功限制值不能超過-35Mvar，當Q>35Mvar時，欠勵限制發出指令，迅速增磁，使發電機吸收的無功限制在35Mvar之內。實現欠勵限制時，用直線作為限制線，對如圖直線：(4)電壓/頻率限制和保護電壓/頻率限制器稱為磁通限制器，作用是限制發電機端電壓和頻率的比值，防止發電機和變壓器由于電壓過高和頻率過低，引起鐵芯飽和發熱。勵磁調節器的電壓/頻率限制模塊應具有限制與保護動作特性。(5)