励磁培训书(第版最终版).doc

目 录 第一章 发电机励磁系统的作用及分类 1 §1-1 励磁系统作用 1 §1-2 励磁系统分类 6 第二章 发电机励磁系统的组成原理 10 §2-1 励磁系统的配置 10 §2-2 励磁调节器基本组成原理 12 §2-4 可控整流原理 15 §2-5 灭磁及过压原理 29 §2-6 PSS原理 44 第一章 发电机励磁系统的作用及分类 §1-1 励磁系统作用 1.1.1、维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平 维持电压水平是励磁控制系统的最主要的任务，有以下3个主要原因: 第一，保证电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110％。 第二，保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近运行是最经济的。如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90％；当发电机电压低于95％时，发电机应限负荷运行。其他电力设备也有此问题。 第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是最为简单、经济而有效的措施。 1.1.2、控制并联运行机组无功功率合理分配 并联运行机组无功功率合理分配与发电机端电压的调差率有关。发电机端电压的调差率有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。 两台或多台有差调节的发电机并联运行时,按调差率大小分配无功功率。调差率小的分配的无功多,调差率大的分配到的无功少。 如果发电机变压器单元在高压侧并联,因为变压器有较大的电抗,如果采用无差特性,经变压器到高压侧后,该单元就成了有差调节了。若变压器电抗较大,为使高压母线电压稳定,就要使高压母线上的调差率不至太大,这时发电机可采用负调差特性,其作用是部分补偿无功电流在主变压器上形成的电压降落,这也称为负荷补偿。调差特性由自动电压调节器中附加的调差环节整定。与大系统联网的机组,调差率Ku在土(3%～10%)之间调整。 1.1.3、提高电力系统的稳定性 1）励磁控制系统对静态稳定的影响 对于汽轮发电机,其功角特性为: 式中Eq一发电机内电势; Us一受端电网电压; XdΣ一发电机与电网间的总电抗。 当无励磁调节时, Eq=常数,相应功角特性如图1-1(a)所示。此曲线亦称内功率特性曲线。静态稳定功率极限等于PM=。对应的功角为900。 图1-1 发电机内、外功率特性曲线及端电压和内电势变化图 Eq恒定, (b)当Eq恒定,Eq’及U的变化; Eq’恒定, (d)当Eq’恒定,Eq及U的变化; (e) U恒定, (f)当U恒定,Eq及Eq’的变化 如果发电机在运行中可自动调节励磁,则此时Eq为变值,相应的传输功率可得到显著的提高。假定自动励磁调节是无惯性的,并假定在负载变化时可保持发电机的暂态电势 Eq近似为常数,由于随负载变化时,内电势Eq亦随励磁调节而变化,此时的功率特性己不是一条正弦曲线,而是由一组Eq等于不同恒定值的正弦曲线族上相应工作点所组成, 如图1-1(c)中曲线所示。为区别Eq等于恒定值时的内功率特性曲线,当Eq随负载而变化的功率特性曲线称之为外功率特性曲线。另由图1-1(d)可看出,如维持Eq近似不变,则随着负载增加,Eq是上升的。静态稳定功率极限理论值PM=，具体数值取决于微动态稳定的条件。对应的功角大于900。 如果励磁调节器具有更良好的性能和更高的电压放大倍数,在负载变化中可维持发电机的电压U为恒定值,此时的外功率特性曲线将具有更高的斜率,如图1-1(e)中所示的外功率特性曲线。静态稳定功率极限理论值PM=，具体数值也取决于微动态稳定的条件。对应的转子功角更大于900。 同步电机的静态稳定能力提高后，相应系统传输功率的能力也得到提高。 理论分析研究结果表明:励磁系统的电压放大倍数Kou与励磁系统的时间常数Te以及转子功角δ间具有图1-2所示的关系。由此图可看出:在同一转子功角条件下,随时间常数Te的增加,为保证发电机稳定运行所允许的电压放大系数是增加的;在同一时间常数Te条件下,随转子功角δ的增加所允许的电压放大系数是减少的。由此引起了如图1-1 (c)和图1-1(e)所示的功率振荡情况。 图1-2 极限放大倍数(阴影部分为稳定工作区) 2）励磁控制系统对暂态稳定的影响 现以图1-3(a)所示的线路为例,讨论在短路故障下功率特性的变化。 在图1-3(b)中曲