2.6 励磁控制与电力系统稳定.ppt

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1、,励磁系统与PSS,2.6电力系统稳定器 PSS,矛偶杜刃蝎瞪垦躺僚沤谗竿陆束培考犬睛笨扶冲稀湃砖甩和逊氛鸳羊锑汁2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,1. 前言,国家标准GB/T 7409.17409.3-1997 “同步电机励磁系统”的规定的定义: 同步电机励磁系统是“提供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以及保护装置”。 励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统。 励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响。,田蟹哆揩港噶荡栅街刮丽聊侦饵每啡屋会如眨十憾瘪棱挫暖镣添可涣娜若2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控

2、制与电力系统稳定,内容,励磁系统分类 对励磁控制系统的要求 励磁控制系统与电力系统稳定的关系 电力系统稳定器,捻磁辞朝崔堤案禁海颓挤橱梗淖义娶遁延跋颊蔡趴知吓能缨让没坛订友寂2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,2. 励磁系统分类,按同步电机励磁电源的提供方式不同： 1)直流励磁机励磁系统， 2)交流励磁机励磁系统 3)静止励磁机励磁系统。 按同步电机励磁电压响应速度的不同： 1)常规励磁系统 2)快速励磁系统 3)高起始励磁系统。,陵窍展磷傻泻傻僵克裔希缀胀槐仑母拍瞎击务菌哦适侗炒枝气城谢扑止丹2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,2.1 直流

3、励磁机励磁系统,由直流发电机（直流励磁机）提供励磁电源的励磁系统叫直流励磁机励磁系统。它主要由直流励磁机和励磁调节器组成。早期的中小容量的同步电机的励磁调节器从发电机的PT(电压互感器)和CT（电流互感器）取得电源；较大容量的同步电机的励磁调节器的电源有时经励磁变压器取自发电机端时，此时，励磁变压器也是主要组成部分（图2-1）。 直流励磁机主要采用由原动机拖动与主发电机同轴的拖动方式，少数（主要是备用励磁机）为由异步电动机非同轴的拖动方式。直流励磁机的励磁方式，主要有它励、自并励和自励加它励三种方式 。它励方式的直流励磁机的励磁全部由励磁调节器提供；自并励方式的直流励磁机的励磁全部由直流励磁机

4、本身提供，励磁调节的任务是通过调节与励磁绕组相串联的电阻的大小来实现的；自励加它励方式的直流励磁机的励磁，一部分由励磁调节器提供，一部分由直流励磁机本身提供。励磁调节器提供的励磁安-匝与总励磁安-匝之比称为自励系数。早期的直流励磁机还有采用副励磁机做它励电源的，现在已不再采用了。 由于直流励磁机是与主发电机同轴旋转，对于汽轮发电机来说，速度较高，受换向器（整流子）的限制，容量不能做得太大。我国生产的、使用直流励磁机励磁系统的汽轮发电机的最大容量为125MW。对于水轮发电机来说，速度较低，直流励磁机的容量可能做得大一些，我国生产的、使用直流励磁机励磁系统的水轮发电机的最大容量达到300MW。随着

5、电力电子技术的发展和在电力工业中的应用，直流励磁机励磁系统，我国新投产的100MW及以上的发电机已不再使用直流励磁机励磁系统了。,讨凸哩型塔碱苗晌棘哺墒素荒窿骄荧严末琐廷课空群驭施娥敷拦爷抓身疵2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,图 2-1 直流励磁机励磁系统原理图 1-发电机定子 2-发电机励磁绕组 3-灭磁开关 4-灭磁电阻 5-直流励磁机 6-直流励磁机励磁绕组 7-手动调节电阻 8-强励开关 9-自动励磁调节器,闯住乖掀喀耶箔症屡焦顶怔掣赣这孔劲律忽勋昏卢肮哥符歉抿弗氦渣礁锣2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,2.2 交流励磁机励磁系

6、统,由交流发电机（交流励磁机）提供励磁电源的励磁系统叫交流励磁机励磁系统。交流励磁机为50200Hz的三相交流发电机，交流励磁机的三相交流电压经三相全波桥式整流装置整流后变为直流电压，向同步发电机提供励磁。 交流励磁机的拖动方式为由原动机拖动与主发电机同轴的拖动方式。交流励磁机的励磁方式绝大部分为它励方式，只有极少数采用复励（有串激绕组）方式。 根据整流装置采用的整流元件的不同，交流励磁机励磁系统可分为交流励磁机不可控整流器励磁系统和交流励磁机可控整流器励磁系统。,撕膝视椭贫制琼诊餐禁喘聪星抖醉膝浑羚炉侈涪烁皂滤揣振孕圃痘构拘柒2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,交流

7、励磁机不可控整流器励磁系统,交流励磁机不可控整流器励磁系统一般由交流励磁机、不可控整流装置、励磁调节器和交流副励磁机等组成（图2-2）。 同步发电机的励磁电源是交流励磁机的输出。不可控整流装置将交流励磁机输出的三相交流电压转换成直流电压，励磁调节器根据发电机运行工况调节交流励磁机的励磁电流和输出电压，从而调节发电机的励磁，满足电力系统安全、稳定、经济运行的要求。励磁调节器从同轴副励磁机取得电源。副励磁机一般为350500Hz的中频永磁交流发电机。 有些交流励磁机不可控整流器励磁系统的励磁调节器，不是从同轴副励磁机取得电源，而是通过励磁变压器从发电机机端取得电源，此时，励磁变压器也是主要组成部分

8、（图2-2虚线所示）。 励磁调节器的电源由同轴副励磁机供给时简称为三机系统；励磁调节器的电源通过励磁变压器由发电机供给时简称为两机系统。两机系统中励磁调节器的最大输出电压与发电机的机端电压的大小成正比。,流措静觉库酮榴渠珍带征店辊浅皂讳窿淆肃橱蹋碌嗡淳斯嫁寇我卫仆缺白2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,图 2-2 交流励磁机不可控整流器励磁系统原理图 1-副励磁机 2-调节器功率单元 3-主励磁机励磁绕组 4-主励磁机 5-静止整流器 6-发电机 7-电压互感器 8-电流互感器 K-灭磁开关 R-灭磁电阻,溃仕糙缓沙辊馒伴虾妮密巾负嘎蹿加濒戌限恭芝安莉拆诫死事酬损龟岿

9、盯2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,交流励磁机静止整流器励磁系统,当不可控整流装置为静止整流装置时，称为交流励磁机不可控静止整流器励磁系统，一般简称为交流励磁机静止整流器励磁系统。 交流励磁机的励磁绕组在转子上，与发电机转子及副励磁机转子同轴同速旋转。 交流励磁机的电枢、 不可控整流装置和励磁调节器都是静止。 交流励磁机静止整流器励磁系统中的交流励磁机和发电机都需要配滑环、炭刷。又称为有刷励磁(系统)。但是交流机本身没有换向问题，因此，其容量不受限制。但是，由于旋转部件较多，励磁系统发生故障的可能性也较多。同时，由于轴系长，轴承座较多。容易引起机组振动超标，轴系稳定

10、问题应引起注意。,逾诱锤赚吧耸犬缆该本正疫校产撂刷誉间孜通性级瘦对馏扦择初写为罚陶2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,交流励磁机旋转整流器励磁系统,当不可控整流装置采用旋转整流器时，称为交流励磁机不可控旋转整流器励磁系统，一般简称为交流励磁机旋转整流器励磁系统。 交流励磁机的励磁绕组在定子上，电枢绕组在转子上。励磁调节器是静止的，交流励磁机的励磁绕组也是静止的。交流励磁机的电枢绕组、副励磁机转子、不可控整流装置与发电机转子同轴同速旋转。 交流励磁机和发电机都不需要配滑环、炭刷，因此，这种励磁系统又称为无刷励磁系统。,芜期厌锯生门瘦装倚脑虞矗郧雨诬与宴隆吃嚏捏窥锯共缸贯

11、寞尸埔躺献铡2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,无刷励磁系统的主要特点,交流励磁机和发电机都没有滑环、炭刷，励磁容量可以不受限制； 没有滑环、炭刷，运行维护方便； 没有滑环、炭刷，不会产生火花，可以使用于有易燃、易爆气体的场合； 没有滑环、炭刷，不会产生炭粉和铜末，因而不会导致电机绕组的绝缘被污染而降低绝缘水平。 三机系统和两机系统都可以是无刷励磁系统。,斥坯二辰翔薄汞蚀枫票坎会陈琳鸦柱张舆毒暗螟渔掂移蚁龚拌若莉杨乓乱2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,交流励磁机可控整流器励磁系统,交流励磁机可控整流器励磁系统由三相可控整流桥、发电机的励磁调

12、节器、交流励磁机及其自励恒压装置（系统）组成（图2-3）。 同步电机的励磁电源是交流励磁机的输出。可控整流装置将交流励磁机输出的三相交流电压转换成直流电压，励磁调节器根据发电机运行工况调节可控整流器的导通角，调节可控整流装置的输出电压，从而调节发电机的励磁。 这种励磁系统也称为它励可控硅励磁系统。,些柴箕搀搪颂荚魄氓肆斌毡牺杭虏庶旅眨取打聊哭朝球忌较勋明遏郴烷啃2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,图2-3 交流励磁机可控正流器励磁系统原理图 ZLH交流主励磁机自励恒压系统 KZ-可控整流桥 FLQ-发电机转子 F-发电机定子 YH-电压互感器 LH-电流互感器,算佐纫

13、贤疹赞暮驰榔驻冶德尧义燥掂最帜掇宏沈啤革吏贤永下恃栖藏师譬2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,交流励磁机可控整流器励磁系统,在我国使用的交流励磁机可控整流器励磁系统，绝大部分是随发电机一起从俄罗斯和捷克等国家进口的。发电机容量从200MW1000MW不等。国内基本没有正式生产这种励磁系统。,硕塑笺络党例拳钉屈帐朱盂杆幸沁粗纪键峨签艾坟者陨茫扳但刁溅莉峪段2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,2.3 静止励磁机励磁系统,静止励磁机是指从一个或多个静止电源取得功率，使用静止整流器向发电机提供直流励磁电源的励磁机。由静止励磁机向同步发电机提供励磁的励

14、磁系统称为静止励磁机励磁系统。 静止励磁机励磁系统分为： （1)电势源静止励磁机励磁系统 （2)复合源静止励磁机励磁系统。,筹谁斜异筐溜燃视排敝嗜脸绞色句法咒墨祖染冻技私亥矿叫淤修课厦盆拎2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,自并励静止励磁系统,电势源静止励磁机励磁系统又称为自并励静止励磁系统，有时也简称为机端变励磁系统或静止励磁系统。 同步电机的励磁电源取自同步电机本身的机端。它主要由励磁变压器、自动励磁调节器、可控整流装置和起励装置组成（图2-4）。励磁变压器从机端取得功率并将电压降低到所要求的数值上；可控整流装置将励磁变压器二次交流电压转变成直流电压；自动励磁调节

15、器根据发电机运行工况调节可控整流器的导通角，调节可控整流装置的输出电压，从而调节发电机的励磁，满足电力系统安全、稳定、经济运行的要求；起励装置给同步电机一定数量（通常为同步电机空载额定励磁电流的1030%）的初始励磁，以建立整个系统正常工作所需的最低机端电压，初始励磁一旦建立起来，起励装置就将自动退出工作。 从厂用电系统取得励磁电源的可控整流器励磁系统，当其电压基本稳定，与发电机端电压水平基本无关时，可以看作为它励可控硅励磁系统；当厂用电系统电压与发电机端电压水平密切相关时，看作为自并励静止励磁系统。,闪音险畦五捞疮膜敦滔酷访玉托追闻污闪聊侯贾捅仿欧卒氟兵机缎左靴涡2.6 励磁控制与电力系统稳

16、定2.6 励磁控制与电力系统稳定,图2-4 自并励静止励磁系统 KZ-可控整流桥 FLQ-发电机转子 F-发电机定子 YH-电压互感器 LH-电流互感器 LB-励磁变压器,氯改君裕羔搂函疤涩睹激还贰犯谆歇例皱札胳辕瞎颤埃豪将委耸殆仿限摈2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,自并励静止励磁系统的主要优点,无旋转部件，结构简单，轴系短，稳定性好； 励磁变压器的二次电压和容量可以根据电力系统稳定的要求而单独设计。 响应速度快，调节性能好，有利于提高电力系统的静态稳定性和暂态稳定性。,郑讼陌入锦俄铡酚枷亩岔金结辐靠坠戏赴圣填镀僧挝隘剿壤旁廉损额纵馈2.6 励磁控制与电力系统稳定

17、2.6 励磁控制与电力系统稳定,自并励静止励磁系统的主要缺点,它的电压调节通道容易产生负阻尼作用，导致电力系统低频振荡的发生，降低了电力系统的动态稳定性。 但是，通过引入附加励磁控制（即采用电力系统稳定器-PSS）, 完全可以克服这一缺点。电力系统稳定器的正阻尼作用完全可以超过电压调节通道的负阻尼作用，从而提高电力系统的动态稳定性。这点，已经为国内外电力系统的实践所证明。,鲍幻理贞滩攫涕汁弓驳颜漓抵蓄椒试动获腥走霜旧稗曲梗验俩仆滔革转撂2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,美国GE公司的GENERREX-PSS,这是一个性能上介于自并励静止励磁系统和它励可控硅励磁系统之

18、间的励磁系统。 发电机的励磁功率由定子绕组槽内的三根附加线棒（称为P线棒）提供的。三根P线棒分别放置在定子上相互为120空间几何角度的三个槽内，组成的线圈切割气隙磁通，产生基频电势。基频电势被接到励磁变压器的一次侧。励磁变压器的二次电压接到可控整流装置，整流后向发电机提供励磁。,怎般息液毋侈反绸耍萨剔凸惜蔑吁盐棕跪陆揪橇祁玛滞谓碟参桓惰藻扭框2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,复合源静止励磁机励磁系统,复合源静止励磁机励磁系统又称为自复励静止励磁系统，它采用电压源整流变压器和电流源整流变压器两种整流变压器。 复合源静止励磁机励磁系统有三种形式： 1)整流器直流侧两个电

19、源串联、电压相加； 2)整流器交流侧两个电源并联、电流相加； 3)整流器交流侧两个电源串联、电压相加。,屹收值磕始矫橱稀储沧昔佬烬蹄扣险肘烛雌迷蚤魂调抖嘱裳朱袋矾哈泥驻2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,复合源静止励磁机励磁系统,国产水轮发电机上曾采用过整流器交流侧两个电源串联、电压相加的复合源静止励磁机励磁系统。 进口水轮发电机上曾采用过整流器直流侧两个电源串联、电压相加的复合源静止励磁机励磁系统。 现在已经基本上不再采用复合源静止励磁机励磁系统了。,拈琅主逾难数熔厩形屯案钳驱他沸狈隙好年害傍笆惮局享发昭惫饭宵棍蘑2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力

20、系统稳定,常规励磁系统,按同步电机励磁电压响应速度的不同，同步电机励磁系统可以分为常规励磁系统、快速励磁系统和高起始励磁系统。 常规励磁系统是指励磁机时间常数在0.5s左右及大于0.5s的励磁系统。直流励磁机励磁系统，无特殊措施的交流励磁机不可控整流器励磁系统都属于常规励磁系统。,衣使坊泡月掳工傅庄拜浙礁灰赛橡肮大楞肩尹香盖擞辅忘据势织叭洲手学2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,快速励磁系统,指励磁机时间常数小于0.05s的励磁系统。 交流励磁机可控整流器励磁系统，静止励磁机励磁系统都属于快速励磁系统。,澎嗽锚巾得腻伏舷醉墙眶揣软到腐套术哟郑卯耍骚祈诲啼循漠齿僳诌郑三

21、2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,高起始励磁系统,指发电机机端电压从100%下降到80%时，励磁系统达到顶值电压与额定负载时同步电机磁场电压之差的95%所需时间等于或小于0.1s的励磁系统。 这种励磁系统主要是指采用了特殊措施的交流励磁机不可控整流器励磁系统。所采用的措施主要为加大副励磁机容量和增加发电机磁场电压（或交流励磁机励磁电流）硬负反馈。直流励磁机励磁系统在采用相应措施后也可达到或接近高起始励磁系统。,酱裁上苑激腋镍歧揭诡妹蠕痈梭纬坏噎蚕蔑粮铂桔佩扫业籍剑驱橇屡悉陋2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,3. 国家标准和行业标准对励磁系

22、统和励磁控制系统的基本要求,励磁系统和励磁控制系统的含义不同。 励磁系统是“提供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以及保护装置”。 励磁控制系统是包括所有调节与控制元件和控制对象(同步电机)的反馈控制系统，不包括那些不参与调节与控制的元件如灭磁装置等。,蛙棵姚合滁温饼侗融罢盈宇浓赢睛垄识遇胶疙疹裁悍遮都喜摈关握央董矗2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,励磁系统的国家标准,励磁系统的国家标准GB/T 7409.17409.3-1997 “同步电机励磁系统”对励磁系统的基本性能做出了规定，主要有： 3.1 当同步发电机的励磁电压和电流不超过

23、其额定励磁电压和电流的1.1倍时，励磁系统应保证能连续运行。 3.2 励磁顶值电压应根据电网情况与发电机在电网中的地位确定，但必须：励磁系统顶值电压的倍数： a. 100MW及以上汽轮发电机不低于1.8倍； b 50MW及以上水轮发电机不低于2.0倍； c 其他不低于1.6倍。 3.3 对于用电势源静止励磁机的系统,其励磁顶值电压倍数应按发电机端正序电压为额定值80时计算。 3.4 励磁系统允许强励时间应不小于10s。,蔫天垂牙砍去承墙祷吱换租凹堕寥身踏蚁女啮滤项急酶紫鼠顶味消徐处狱2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,励磁系统的国家标准,3.5 励磁系统标称响应 50

24、MW及以上水轮发电机和 100MW及以上的汽轮发电机励磁系统的标称响应不低于 2单位秒；其他不低于1单位秒。 3.6 自动电压调节器应保证能在发电机空载额定电压的70%110%范围内进行稳定、平滑地调节。 3.7 励磁系统的手动控制单元，应保证同步发电机磁场电压能在空载磁场电压的20到额定磁场电压的110范围内稳定地平滑调节。 3.8 同步发电机在空载运行状态下，自动电压调节器和手动控制单元的给定电压变化速度每秒不大于发电机额定电压的1，不小于0.3。 3.9 励磁系统应保证同步发电机端电压调差率（无功电流补偿率） 半导体型士10 电磁型土5,戍臣匙劈克让氦年徘任甲惭懈牧岔粪垒儡威涩夫唯配窟窗

25、翟垃施诱嘛膊又2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,励磁系统的国家标准,3.10 励磁系统应保证同步发电机端电压静差率： 半导体型士1 电磁型土3 3.11 励磁系统应保证在发电机空载运行状态下，频率变化1时，端电压变化率： 半导体型士0.25电磁型士2 3.12 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为土 10时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10。 3.13 当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15，电压摆动次数不超过3次，调节时间应不超过10。,壶折审庇挝凰旋肢茵滚塑航挚伪捻薄植汹

26、舞狈蒂嚣械呼敲侄铸榆受山瘩谤2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,励磁系统的国家标准,3.14 自动电压调节器按用户要求可以全部或部分装设以下附加功能： a远方或就地给定装置； b电压互感器断线保护； c负载电流（无功或有功）补偿； d过励限制； e欠励限制； f伏赫比（VHz ）限制； g.电力系统稳定器（ ）； h过励磁保护； i其他附加功能。,旗溅扫牺桅阮茂令硝削伍赊慧讨姐衅祈盒咽撒无椽柳哇劈按畸戈夺息境失2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,励磁系统的国家标准,3.15 当磁场电流小于1.1倍额定值时，磁场绕组两端所加的整流电压最大瞬时值

27、不应大于规定的磁场绕组出厂试验电压幅值的30。 3.16 同步发电机磁场回路使用功率整流器的励磁系统应装设转子过电压保护，并在运行中可能发生有害过电压情况下可靠地动作。无刷励磁系统叮以不加装转子过电压保护装置。 3.17 励磁系统应有自动灭磁功能。能在下述工况可靠的灭磁： a发电机运行在系统中，其磁场电流不超过额定值，定子回路外部短路或内部短路； b发电机空载； c发电机空载强励。,良密堵姜玄熄芽描柴钳翌饼槐窄村垂丘囊哇谭瘪利胳狭遏构后弛瓜浸莱专2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,励磁系统的国家标准,3.18 使用功率整流器的励磁系统中的功率整流器，其并支路数等于或大

28、于4，而有1/4支路退出运行时，应保证包括强励在内的所有运行工况所需的励磁电流，其1/2支路退出运行及并联支路数小于4，而有一条支路退出运行时，应保证同步发电机额定工况连续运行所需励磁电流。 3.19 静止励磁系统应能可靠起励，起励电源可采用直流或交流整流电源。 3.20 励磁系统中设有必要的信号及保护装置，以防止和监视励磁系统各种故障扩大。 3.21 励磁系统控制柜的噪声应不大于 80 d b (）。 3.22 励磁系统平均强迫切除率应不大于0.2。,旱横喻奥惑东视嘎营泵素促认经守耪哎训师挖洲云烯蹿氯岛都窟尺才乞算2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,4. 励磁控制系

29、统的主要任务,同步发电机尤其是大型同步发电机的励磁控制系统对电力系统的安全稳定运行有重要的影响。 励磁控制系统的主要任务： 1)（在可靠性高的前提下）是维持发电机（或其他控制点例如电厂高压侧母线）的电压在给定值水平上 2)提高电力系统运行的稳定性。,节蹿恕祟旧浚隋醒炬矢鹿裤时础卓鲍殖膊孜蕴徒凿恿琢艺憋肥酣钙昭俞癣2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,4.1 最基本和最主要的任务：维持发电机电压在给定水平上,最基本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压在给定的水平上。我国国家标准规定，自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。 这就要求励磁控制系统的开

30、环增益（稳态增益）不小于100p.u（对水轮发电机）或200p.u（对汽轮发电机）。,炕参售篷谐漠距锌风瞪即砸拯重破钎卖稼幌硕氨剥垣陀芹浆徘坛恳陪竖簧2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,三个主要原因：,第一，保证电力系统运行设备的安全。 电力系统中运行的设备都有其额定运行电压和最高运行电压。发电机电压水平是电力系统各点运行电压水平的基础，保证发电机端电压在容许水平上，是保证发电机电压及系统各点电压在容许水平上的基础条件之一，也就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，而且能在大扰动后的稳态中能保证发电机电压水平在给定的容

31、许水平上。 发电机运行规程规定大型同步发电机运行电压正常变化范围为5%，最高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。当发电机电压下降时，输出同样的功率所需要定子电流会上升，损耗增加。当发电机电压下降过大时，由于定子电流的限制，将使发电机的出力受到限制。因此，规程3规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的90%，当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行，其他电力设备也有这个问题。 第三，电力系统的静态稳定和暂态稳定水平。,已宁喧笆盗逮括舷抠椎民走昔环诲扬依翅缄糯翼带惟赴甜庆歌娶澎锅赎度2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力

32、系统稳定,4.2 重要任务：提高电力系统的稳定性,电力系统稳定可分为功角（机电）稳定、电压稳定和频率稳定等。 功角稳定包括静态稳定、动态稳定和暂态稳定。 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，而且也是改善电力系统稳定的措施中，最为简单、经济而有效的措施。,韧颂境扁谗喇扶阮股苞蔡磨番硅筑千迂克梁纺擒槽爸疤凿露樟井周欢只挺2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,4.2.1 同步电机励磁控制系统对提高静态稳定的作用,以图4-1为一个单机无限大母线系统，发电机输送功率可以表示为 图4-1 单机无限大母线系统,搅嘿寞葵痕臼眶臂撮逊怕丛狗秒柞澜印晦计臻夹挚

33、昨唯寝闯列琵镐炕寿纸2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,同步电机励磁控制系统对提高静态稳定的作用,(4-1) (4-2) (4-3) 其中,抚婆扰间学裕快凭萌咐训夷录霖稗翠胚傣韭鲁脚灸切热掸细寇漫副跃咒吮2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,同步电机励磁控制系统对提高静态稳定的作用,设Ut=1.0,Us=1.0,发电机并网后运行人员不再手动去调整励磁,则无电压调节器时的静稳极限、有能维持E恒定的调压器时的极限、有能维持发电机端电压恒定的调压器时的静稳极限分别为：0.4、0.77和1.0。 可见，当自动电压调节器能维持发电机电压恒定时,静态稳定极

34、限达到线路极限,比维持E恒定的调节器,提高静稳极限约30%.维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，是兼容的。 当励磁控制系统能够维持发电机电压为恒定值时,不论是快速励磁系统,还是常规励磁系统,静态稳定极限都可以达到线路极限。,殖勉宿窄闸咨椅消耍满荫减脯坛涟管顺榔磅臀催寄伞典葵萨烘吉邑闹昼岁2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,4.2.2 同步电机励磁控制系统对提高暂态稳定的作用,暂态稳定是电力系统受大扰动后的稳定性。 励磁控制系统的作用主要由三个因素决定。,厦芜才针畸殉弃撼坐型啪均泳娜刊琶盅呛雇伞邦山垣坯冀屈侄雇邦翔已拉2.6 励磁控制与电力

35、系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,(1) 励磁系统强励顶值倍数,提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定。 提高励磁系统强励倍数的要求，与提高调压精度并没有矛盾，是兼容的。,撂攻尽中诫龄失遍钨川侵梨涵喝唆敌佬宜酉凭鲸莎弦嚣稀赘揽乞蔽味陀兴2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,(2) 励磁系统顶值电压响应比,励磁系统顶值电压响应比越大，励磁系统输出电压达到顶值的时间越短，对提高暂态稳定越有利。顶值电压响应比，主要由励磁系统的型式决定，但是，励磁控制器的控制规律和参数对电压响应比也可以有举足轻重的影响。有优良控制规律和参数的励磁控制系统，可以把一个慢速励磁改造成一

36、个接近快速励磁系统的高起始励磁系统，一个规律和参数不合理的励磁控制装置也可以把一个快速励磁系统改变为一个慢速励磁系统。 在相同的控制规律下，增大励磁控制系统的开环增益可以提高励磁电压响应比，同时，也提高了电压调节精度,戍话纷雍标托展昼娇赦芋唱铡琅土穷翰娘管痛翠观铅贞模忧袁崎页赋沸培2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,(3) 励磁系统强励倍数的利用程度,充分利用励磁系统强励倍数，也是发挥励磁系统改善暂态稳定作用的一个重要因素。如果电力系统发生故障时，励磁系统的输出电压达不到顶值，或者维持顶值的时间很短，在发电机电压还没有恢复到故障前的值时，就不进行强励了，那么，它的强励

37、倍数就没有很好发挥，改善暂态稳定的效果就不好。充分利用励磁系统顶值电压的措施之一，就是提高励磁控制系统开环增益，开环增益越大，强励倍数利用越充分，调压精度也越高，也就越有利于改善电力系统暂态稳定。 由此可见，提高励磁控制系统保持端电压水平的能力，与提高电力系统暂态稳定是一致的、兼容的。,个圭苇拟巧潜商聂槽毅卤援儒抓涝摆墩泪胁逼某型拍蹬死粗娠工砖担堤护2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,4.2.3 同步电机励磁控制系统对提高动态稳定的作用,电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电振荡的阻尼问题。 励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱（甚

38、至变负）的最重要的原因之一。 在一定的运行方式及励磁系统参数下，电压调节作用，在维持发电机电压恒定的同时，将产生负的阻尼作用。,傈癌鳖掺峭饭舅雀蓉晶捞挚脚隋病亥雨仓兢今悍庄甥擞皿涝炊腮纵无盗沿2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,同步电机励磁控制系统对提高动态稳定的作用,许多研究表明，在正常实用的范围内，励磁电压调节器的负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强。因此提高电压调节精度的要求和提高动态稳定的要求是不兼容的。解决这个不兼容性的办法有： 放弃调压精度要求，减少励磁控制系统的开环增益。这对静态稳定性和暂态稳定性均有不利的影响，是不可取的。 电压调节通道中，增加一个动态

39、增益衰减环节。这种方法可以达到既保持电压调节精度，又可减少电压调压通道的负阻尼作用的两个目的。但是，这个环节使励磁电压响应比减少，不利于暂态稳定，也是不可取的。 在励磁控制系统中，增加附加励磁控制通道,府局郡抑盒胁渺寺摊贡倾锗冬柒横网琅招全端梆毁郎虏着贮崔把封栏虏颊2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,同步电机励磁控制系统对提高动态稳定的作用,解决电压调节精度和动态稳定之间矛盾的有效措施，是在励磁控制系统中，增加其他控制信号。这种控制信号可以提供正的阻尼作用，使整个励磁控制系统提供的阻尼是正的，而使动态稳定极限的水平达到和超过咱态稳定和静态稳定的水平。这种控制信号不影响

40、电压调节通道的电压调节功能和维持发电机端电压水平的能力，不改变其主要控制的地位。因此，又称为附加励磁控制。 电力系统稳定器即PSS是使用最广、最简单而有效的附加励磁控制。,象惟冶呜诅舵懒瑰逝蓑顽需可荐迢钻沛性拭筋擅准煤答吝迁檬眩并躺荫舀2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,4.2.4 提高电力系统稳定性是电网和电厂的共同责任和共同的利益所在,电力系统是由发电（发电厂）、输电（电网）和用电（配电、供电和用户）三部分组成的。电力系统的稳定性是由发电的稳定性、输电的稳定性和用电的稳定性来共同实现的，缺一不可。电力系统的稳定性不但和电网的结构、运行方式的合理安排有关，而且和发电

41、机的控制系统的规律和参数有重要的关系。 只有电力系统的稳定性提高了，才能保证每个发电厂有更多的安全、满发的机会。把提高和保证电力系统稳定的任务看作仅仅是电网的事、与电厂无关的想法是片面的、错误的。,辛愤陪布搀该涡猾纪楼减姜造幂术蛛闽沫菜兼羌摆顾涸拓雌款熙蔼五干莎2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,5. 对励磁控制系统的稳定性的要求,为了发挥励磁控制系统在提高电力系统稳定上的作用，励磁控制系统本身必须是稳定的。 励磁控制系统的稳定性包括空载稳定性和负载稳定性。 励磁控制系统的空载稳定性是指发电机不并网、空载条件下的稳定性。由发电机空载条件下的阶跃响应试验来检验。应当注意

42、的是，励磁控制系统的参数应该能满足国家和行业标准各项指标的要求，而不能用降低要求的条件下来达到稳定性的要求。 励磁控制系统的负载稳定性是指发电机并网带空载条件下的稳定性。励磁控制系统应该能在发电机并网后的各种运行工况下（包括进相运行、伏/赫限制动作、低励磁限制动作、过励磁限制动作等）保持稳定性。,匀因爱彬跺粒渝宜霹驭险肋蒂袋素虐黍遂桥咆品罐垮被讣泛闹韭按唐哀分2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,6. 电力系统稳定器的原理与实践,由于电力系统的发展、互联电力系统的出现和扩大、快速自动励磁调节器和快速励磁系统的应用，国内外不少电力系统出现了低频功率振荡，严重影响电力系统的

43、安全稳定运行，成为制约联络线输送功率极限提高的最重要因素之一。 自上世纪50年代末开始，国外就对低频振荡问题和应采取的措施进行了研究并在实际电力系统中得到了应用。,富劲抱爷烤脑肩磺秋纹拦嫂美夏十莆侧漏劲汞溃掖差焙越胁奸儿苫拟幌酶2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,6. 电力系统稳定器的原理与实践,上世纪50年代，前苏联在建设古比雪夫莫斯科输电系统时就发现，当线路输电功率达到某一定值后，系统就会在没有任何明显的扰动下也出现增幅振荡。他们称之为“自发振荡”，其实质就是今天说的低频振荡。他们研制了“强力式励磁调节器”解决了这个问题。“强力式励磁调节器”就是在原有的电压调节器

44、功能（按发电机端电压的偏差进行调节发电机的励磁）的基础上，引入了发电机定子电流的偏差I，一次微分I和二次微分I（早期）或机端电压频率的偏差f和一次微分f作为附加控制（反馈）信号，进行发电机的励磁调节，有效的解决了“自发振荡”问题，满足了系统安全、稳定、经济运行的要求。,幕胆专汾抽距艇诌双氖丹泉通缎咆浓抒劳汁奋数趟盔惶阎拐轰煌剩锦脏参2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,6. 电力系统稳定器的原理与实践,上世纪60年代，北美电力系统发生了功率振荡，他们称为低频振荡。其后，在西欧、日本也多次发生输电线功率低频振荡的事例，于是引起了各国对低频振荡问题的普遍重视。 1964年在

45、美国西部即WSCC将水电为主的西北部与火电为主的西南部用230Kv联络线连接后, 出现了6周/分即0.1Hz的功率振荡, 研究证明该振荡可以用火电机组调速器特殊控制加以消除.,够挨饰淘泽袭及天秀庶烬轩砾续霞听苑公苑忻意膳债缎荚车蔼捣搂蠕碎诬2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,6. 电力系统稳定器的原理与实践,此后，WSCC在92年12月8日，93年3月14日及95年7月11日, 96年7月2日，96年8月10日先后发生了五次低频振荡。其中96年8月1O日最为典型亦最为严重, 现将当时的过程简述如下：当天 WSCC处于水电大发, 向南输送很重的负荷. 由于一条500Kv

46、联络线故障断开, 潮流转移使得局部地区电压偏低, 此时一个水电厂13台机组由于励磁误动而相继断开, 系统出现了0.2Hz左右的增幅低频振荡, 使系统失去稳定, 解列成数个小系统。,停幂怀敝琴茁渴斑佳旅脚都难漏迷吟炮陇脚揍焊卿详瞥厚块鲍月页甸望长2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,为了抑制低频振荡，研制了以发电机功率、发电机组的轴速度、发电机机端电压频率为信号的附加励磁控制装置，他们称为电力系统稳定器，即PSS，并在系统中得到广泛的应用。美国第一台抑制低频振荡用的电力系统稳定器(PSS)与1966年投入工业试验。由于电力系统稳定器具有物理概念清楚、参数易于选择、电路简单

47、、调试方便等优点，已为各国电力系统普遍接受和采用。,6. 电力系统稳定器的原理与实践,峨龚肇诱蛹崔救昂霞确废猪除娠瑟拴浴府渊棋室煎滋鹰擦张队吝亚柞芝针2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,我国从上世纪80年代初开始，在多个省级电力系统和互联电力系统中发生过低频振荡。1983年，湖南电力系统的凤常线、湖北电力系统的葛凤线；1984年广东香港互联系统联络线；1994年南方互联系统的天广线；1998年川渝电网的二滩电力送出系统；2003年2月23日、3月6日和3月7日的上午7时至8时间，在南方电网的云南至天生桥（罗马线）、天生桥至广东、广东至香港的联络线上；都曾出现个低频振荡

48、。经过分析和研究，这些低频振荡都是励磁系统的负阻尼作用引起的。只要在相应的机组上配置电力系统稳定器，就可以制止这种低频振荡的发生。,6. 电力系统稳定器的原理与实践,龋吐蛤锯挑沁抖掩簇位督张圃夹篡馅且蝶斡掖锥屎珠觅悄衙晦杉忱陷起仟2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,在过去的几年里，我国的电力系统经历了由省（区）间联网到大区电网间互联的飞速发展。 2001年，实现了东北电网和华北电网的互联 2002年，实现了川渝电网和和华中电网的互联 2003年，实现华中电网和华北电网互联。华中和华北联网，将形成从四川二滩电站到东北伊敏电站，绵延数千公里，包括川渝、华中、华北、东北4个

49、大区的巨大电网。 南方互联电网（包括粤、黔、滇三省和广西、香港两区）也绵延两千公里左右。,6. 电力系统稳定器的原理与实践,挺验坐仅沛川兴面止演丢邮双樊撼谆吩租贞负奈附嘴破棠型瞪榆镀瞅胁柿2.6 励磁控制与电力系统稳定2.6 励磁控制与电力系统稳定,联网工程的研究表明，随着电网的扩大和送电功率的增加，动态稳定问题（低频振荡问题）已成为影响互联系统安全、稳定、经济运行的最重要的因素之一。 研究同时表明，在互联电力系统中一般都存在两种振荡模式，即地区性振荡模式（local model，频率一般在0.52.0Hz）和区域间振荡模式（interarea model或tieline model，频率一般在0.12.0Hz）。 研究还表明，解决属于地区性振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，可以通过在一个或少数几个电厂配置电力系统稳定器来完成； 要解决属于区域间振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，仅靠在一个或少数几个发电厂配置PSS是不够的，需要在一大批与该振荡模相关的发电机上配置电力系统稳定器（PSS），才能有效地解决区域间振荡模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，保证联网系统的安全、稳定、经济运行。,6. 电力系统稳定器的原理与实践,袋草打阎椭击赊岭层斟吻靳语胰痛莎烧二恬匿呕茹