國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司
二00九年三月發電機勵磁系統作用及分類國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司二00九年三月
1、勵磁系統的作用
2、勵磁系統的基本分類
(1) 勵磁系統的作用
勵磁系統的作用
維持發電機或其他控制點的電壓在給定水平控制併聯執行機組無功功率的合理分配
提高電力系統的穩定性
(1) 勵磁系統的作用
維持發電機或其他控制點的電壓在給定水平
保證電力系統執行裝置的安全。
保證發電機執行的經濟性。
提高維持發電機電壓能力的要求和
提高電力系統穩定性的要求在許多方面
是一致的。
(1) 勵磁系統的作用
控制併聯執行機組無功功率的合理分配
發電機電壓調差率
在自動勵磁調節器調差單元投入、電壓給定值固定、功率因數為零的情況下，發電機無功電流從零變化到額定時，用發電機額定
電壓的百分數表示的發電機端電壓變化率
發電機電壓調差率按下式計算：
d(%)=[(ug0-ug)/ug]×100%
式中ug0 ----發電機無功電流等於零時的電壓
ug---發電機無功電流等於額定無功電流時的電壓
控制併聯執行機組無功功率的合理分配
髮變組單元高壓側併聯：
變壓器電抗調差（正調差）+
發電機調差（負調差）
坑口電站：
長輸電線路調差（正調差）+ 發電機調差（負調差）
兩機一變擴大單元接線：發電機正調差，調差率較大
u fm
u f<σk=σk>σkqcql
(1) 勵磁系統的作用
(1) 勵磁系統的作用提高電力系統的穩定性
靜態穩定性
暫態穩定性
動態穩定性
提高電力系統的穩定性
sin q d e v pe x δ∑=
發電機輸出電磁功率
發電機功角向量圖
(1) 勵磁系統的作用
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
δ角就是感應電勢eq和電網電壓u之間的夾角，也稱δ為「功角」或「功率角」。
傳輸功率的大小與相位角δ密切相關，稱δ為「功
角」或「功率角」。
傳輸功率與功角δ的關係，稱為「功角特性」或「功
率特性」。
功角δ除了表徵系統的電磁關係之外，還表明了各發電機轉子之間的相對位置。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
δ角是表徵電力系統穩定性最重要的量，功角失穩指
系統中各發電機之間的相對功角失去穩定性的現象。
正常情況下，系統中各發電機以相同速度旋轉，機間相對轉子角度維持恆定，即處於同步執行狀態，從而保證系統中任何節點的電壓幅值和頻
率以及任何線路的傳輸功率為恆定值。
如果系統在執行過程中受到某種干擾，干擾的影響將通過互聯的電力網路傳到各發電機節點，並使發電機的輸出電功率相應發生改變，結果是
使得在擾動瞬間各發電機的機械輸入轉矩和輸出的電磁轉矩失去平衡，
出現發電機轉子不同程度的加速或減速，並導致各發電機之間轉子相對
角的變化。
如這種轉子角度的變化過程是隨時間衰減的，並能最終恢復到擾動出現前的正常值或達到乙個新的穩態值，則認為在這種執行方式和擾動形式
下系統是功角穩定的。
如果這種轉子角度的變化隨時間而加劇，並最終導致發電機間失去同步，則認為系統在該執行方式下對這種擾動形式是功角不穩定的。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
電力系統靜態穩定性(steady stability)
電力系統靜態穩定性是指電力系統受到小干擾後，不發生非週期性的失步，自動恢復到起始執行狀態的能力。
靜態穩定研究的是電力系統在某一執行方式下受到微小干擾時的穩定性問題。假設在電力系統中有乙個瞬時性小干擾，如果
在擾動消失後系統能夠恢復到原始的執行狀態，則系統在該執行
方式下是靜態穩定的，否則系統是靜態不穩定的。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
電力系統靜態穩定性的判據是發電機輸出電磁功率對
功角的微分dpe/dδ是否大於0。
如左圖所示，採用了
自動勵磁調節的發電機
靜態穩定執行的最大電
磁功率和最大功率角都
有提高。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
左圖中，橫座標是功
率角，縱座標是電壓放
大係數。在同一轉子功
角下,隨電磁時間常數
te增加,為保證發電機
穩定執行所允許的電壓
放大係數增加;在同一
te下,隨轉子功角δ的
增加所允許的電壓放大
係數減少。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
電力系統暫態穩定性(transient stability)
電力系統暫態穩定是指電力系統受到大干擾後，各同步發電機保持同步執行並過渡到新的或恢復到原來穩定方式的能力。通
常指第一或第二振盪週期不失步。
如果電力系統在某一執行方式下受到某種形式的大擾動，經過乙個機電暫態過程後能夠恢復到原始的穩態執行方式或過渡到
乙個新的穩態執行方式，則認為系統在這種情況下是暫態穩定
的。暫態穩定性不僅與系統在擾動前的執行方式有關，而且與擾
動的型別、地點及持續時間有關。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
電力系統暫態穩定性的判據是等面積定則。
左圖的功率曲
線中，當功率
角從δ1變化到
δ2時，pt與p3
之間的面積正
比於轉子動能
的變化量。
(1) 勵磁系統的作用提高電力系統的穩定性
等面積定則的具體內容
(1) 勵磁系統的作用提高電力系統的穩定性
等面積定則的具體內容
等面積定則：
減速面積和加速面積如圖所示。
如圖（a）減速面積＝加速面積，臨界穩定；
如圖（b）減速面積》加速面積，穩定；
如圖（c）減速面積《加速面積，不穩定。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
提高暫態穩定性的方法就要減小加速面積或增大減速面積，具體說來有以下三種方法：
加快故障切除時間
提高勵磁系統勵磁電壓響應比
提高強行勵磁電壓倍數
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
提高暫態穩定性對於勵磁系統而言，就是要提高勵磁系統勵磁電壓響應比和提高強行勵磁電壓倍數。
提高勵磁系統勵磁電壓響應比
加快勵磁系統電壓響應時間，即從施加階躍訊號
起，勵磁電壓達到頂值電壓與額定勵磁電壓差的
95%的瞬間的時間。
勵磁系統電壓響應比:勵磁系統電壓響應曲線確定的
勵磁系統輸出電壓的增量除以額定磁場電壓。
提高強行勵磁電壓倍數
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
電力系統動態穩定性(dynamic stability)
電力系統動態穩定是指電力系統受到干擾後，不發生振幅不斷增長的振盪而失步的能力。
擾動後系統在第一或第二振盪週期內不失步(即保持了暫態穩定性)，但可能由於自動調節裝置的配置不合適或其他因素，後續
的振盪週期幅值不斷增大並造成失步。動態穩定問題實際上是指
系統在受到小的或大的擾動後，在自動調節裝置和自動控制裝置
的影響下，保持長過程執行穩定性的能力。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
電力系統動態穩定性目前的主要問題是對系統低頻振盪的抑制。低頻振盪是發生在弱聯絡的互聯電網之間或發電機群與電網之間，或發電機群與發電機群之間的一種有功振盪，其振盪頻率在0.1-2.
5hz之間。
其原因有：
系統弱阻尼時，受到擾動功率振盪長久不能平息
系統負阻尼時，系統發生擾動而振盪或系統發生自激
系統振盪模與某種功率波動的頻率相同，且由於弱阻尼，引起特殊的強迫振盪
由發電機轉速變化引起的電磁力矩變化和電氣迴路耦合產生的機電振盪
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
勵磁控制系統對動態穩定的影響
電力系統的固有自然阻尼小，而使用快速勵磁調節器或使用自並激可控矽快速勵磁系統，又削弱了系統阻尼，甚至使系統產生負阻尼。為了抑制低頻振
蕩，在勵磁系統中加入了電力系統穩定器（pss）。
電力系統穩定器(pss)的作用是：利用附加控制，產生附加阻尼轉矩，增加正阻尼抑制低頻振盪。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
勵磁控制系統對動態穩定的影響
δut=k5δδ+k6δeq′
當k5 ＜0，δmex=daδw+kaδδ
可知：勵磁調節器放大倍數越大，
ka越大，δmex幅值越大，負
阻尼也越大
勵磁調節器響應越快，ka越
大，δmex幅值越大，負阻尼
也越大(1) 勵磁系統的作用提高電力系統的穩定性
電力系統穩定器pss的實現
附加控制輸入乙個與低頻振盪相關的電氣量，如-δpe等。經過超前或滯後的相位校正，
增益放大，疊加到勵磁調節環節，該附加控制分量在發電機中產生一附加轉矩，使與δω同相。
從而產生正阻尼，抑制發電機的低頻振盪。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
pss1a型電力系統穩定器
常用的穩定器輸入訊號是轉速、頻率或功率。
t6用於表示了變送器時間常數，穩定器增益ks，訊號沖洗(washout 隔直)由時間常數t5設定。下一方塊中a1和a2允許高頻扭振濾波器（有些穩定器用）的一些低頻效應被計入。隨後的2個方塊可允許2級領前一滯後補償，用常數t1到t4設定。
(1) 勵磁系統的作用
提高電力系統的穩定性
pss2a型電力系統穩定器
常用的穩定器輸入訊號是轉速、頻率或功率。南瑞集團電控公司選用的為功率和頻率。
函式的結構和作用大致與pss1a模型相同。
(1) 勵磁系統的作用提高電力系統的穩定性
pss2a型試驗錄波曲線
(1) 勵磁系統的作用提高電力系統的穩定性
pss2a型試驗錄波曲線
1、勵磁系統的作用
2、勵磁系統的基本分類
(2) 勵磁系統的基本分類勵磁系統的基本分類
他勵交流勵磁機系統
三機他勵勵磁系統
兩機他勵勵磁系統
兩機一變勵磁系統
無刷勵磁系統
自並勵勵磁系統（主流）
其它勵磁系統
p棒勵磁系統
直流勵磁機勵磁系統
諧波勵磁系統
他勵交流勵磁機系統
(2) 勵磁系統的基本分類
三機他勵勵磁系統
自動勵磁調節器
自動恆壓裝置
acfl
ptacl
flqf
ct他勵交流勵磁機系統
兩機他勵勵磁系統
壓裝置自動恆自動勵磁調節器
ptacl
flqf
ct(2) 勵磁系統的基本分類
他勵交流勵磁機系統兩機一變勵磁系統
自動勵磁調節器f
a c l f l q z b
c tp t
(2) 勵磁系統的基本分類
他勵交流勵磁機系統
無刷勵磁系統
p m g
f調節器
k z自動勵磁p t
f l q
c ta c l
(2) 勵磁系統的基本分類
(2) 勵磁系統的基本分類
對其評價
交流他勵系統總體說來具有勵磁電壓穩定，不受電網影響的優點，但是相比自勵系統響應仍然較慢，而且維護複雜。
自並勵勵磁系統
自並勵勵磁系統
k z p t z b
調節器自動勵磁
f l q f c t
(2) 勵磁系統的基本分類
(2) 勵磁系統的基本分類
對其評價
自勵系統尤其是自並勵系統，結構簡單，響應快速。但是長期以來被認為在電力系統短路故障時尤其是三相短路時無法支撐起電網電壓。但是近年來隨著封閉母線的大規模運用和控制理論的成熟，已經成為主流勵磁機型。
(2) 勵磁系統的基本分類其它勵磁系統
1 p棒勵磁系統
2 直流勵磁機勵磁系統
3 諧波勵磁系統
(2) 勵磁系統的基本分類其它勵磁系統
p棒勵磁系統
(2) 勵磁系統的基本分類
其它勵磁系統
p棒勵磁系統
即在發電機定子槽內另嵌一組勵磁專用的線棒，但其輸出仍要接至整流變壓器上。究其原因是發電機短路時，p棒有一定電流復勵磁能力，對維持故障時機端電壓有利，該系統功率電路有的還採用三相半控可控矽整流橋，比較落後，無法採用逆變滅磁。（例如華能上安電廠ge的p 棒）
其它勵磁系統
直流勵磁機勵磁系統
ptllq rc
fmk*
lflq f ct
自動勵磁調節器
(2) 勵磁系統的基本分類
(2) 勵磁系統的基本分類
對其評價
直流勵磁機系統響應慢，維護困難，且存在電刷問題，現在已經基本不再使用。只在一些小型機組上還有使用。
勵磁系統的作用及基本分類謝謝！
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裝置型號 機組編號 除錯人員 一 試驗目的 1 通過對型勵磁裝置現場的各項試驗，校驗裝置的各項效能及指標是否合格，保護功能是否齊全。2 現場執行維護人員熟悉裝置效能，熟悉裝置的各項操作，達到日常正確執行維護的目的。二 試驗注意事項 1 試驗過程中應嚴格遵守安全操作規程，注意人身安全。2 投入操作時應...
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