发电机发电机励磁系统原理励磁系统原理

三峡电厂陈小明Chen_xiaoming@cypc.com.cn

第二部分

现代励磁基础

同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、 IGBTIGBT 等等PNPN 结、单相导通特性、可控硅伏安特性结、单相导通特性、可控硅伏安特性可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲可控硅关断条件：反向电压可控硅关断条件：反向电压同步电压、触发脉冲、脉宽调制同步电压、触发脉冲、脉宽调制 开关励磁

开关励磁原理

AC 变 DC DC 变 AC

非相控电路不需要同步

小功率小励磁

开关励磁原理示意

可控硅励磁原理

三相全控桥电路α=00: 强励状态， AC 变 DCα=α0: 整流状态， AC 变 DC

α=1500: 逆变状态， DC 变 AC

全控桥与半控桥全控桥：

整流与逆变整流特征相同

能够逆变也能续流Uf 反相恒定If 线性衰减

灭磁快

半控桥：整流与续流

整流特征相同不能逆变只能续流

Uf ＝ 0If 非线性衰减

灭磁慢续流二极管

可控硅组件与整流柜

三相全控桥电路要点SCRSCR 导通顺序：导通顺序：

1234561234561234…1234561234561234………

整流状态整流状态•交流变直流，能量供给交流变直流，能量供给•0000<a<90<a<9000

•Ud>0Ud>0

逆变状态逆变状态•直流变交流，能量反送直流变交流，能量反送•909000<a<150<a<15000 (180 (18000--00))•Ud<0Ud<0

Ud=1.35U2cosUd=1.35U2cosaa

I2I2 ＝＝ 0.816Id0.816Id

三相全控桥实际电路波形因电感引起换弧角因电感引起换弧角带来的过电压尖峰，带来的过电压尖峰，逆变颠覆逆变颠覆

实际电路器件介绍：实际电路器件介绍：快熔、阻容、分流器、快熔、阻容、分流器、表记、均流、开关、表记、均流、开关、脉冲变等脉冲变等

同步发电机励磁的作用1.1. 从发电厂角度研究励磁从发电厂角度研究励磁

调节发电机电压（空载）调节发电机电压（空载） 调节发电机无功功率（负载）调节发电机无功功率（负载） 多台发电机无功功率分配（调差）多台发电机无功功率分配（调差） 安全可靠运行安全可靠运行

2.2. 从电力系统角度研究励磁从电力系统角度研究励磁 提高系统的静态稳定性（小扰动稳定）提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳）提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定） 改善系统的电压稳定性改善系统的电压稳定性 二次电压控制二次电压控制 安全可靠运行安全可靠运行。。

励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影响 (a)Eq(a)Eq 恒定恒定 (( 励磁电流恒定励磁电流恒定 )) ，，内功率特性曲线内功率特性曲线 (Eq=(Eq= 常数常数 ))（（ ECRECR ））(b)(b) 当当 EqEq 恒定恒定 ,Eq’,Eq’ 及及 UU 的的变化变化(c)(c)    Eq’Eq’ 恒定恒定 (( 发电机暂态发电机暂态电势恒定电势恒定 ))(d)(d) 当当 Eq’Eq’ 恒定，恒定， EqEq 及及 UU的变化的变化(e) U(e) U 恒定恒定 (( 发电机机端电压发电机机端电压恒定恒定 ))(f)(f) 当当 UU 恒定，恒定， EqEq 及及 Eq’Eq’的变化的变化(c) (c) 和和 (e)(e) 分别维持分别维持 Eq’Eq’ 和和UU 为恒定时，发电机的功角特为恒定时，发电机的功角特性曲线（性曲线（ AVRAVR ））

维持维持 Eq‘Eq‘ 近似不变的外功率特性曲近似不变的外功率特性曲线线静态稳定功率达到极限，功角大于静态稳定功率达到极限，功角大于 909000

励磁对暂态稳定的影响励磁对暂态稳定的影响 (a)(a) 单机无限大母线系统(b) 短路故障下，功率特性曲线的变化：初始工作曲线 1 ；短路后 3 ；故障切除 2 暂态稳定性决定于加速面积 abedabcd 是否小于或等于减速面积 dfed 。。

提高暂态稳定性有两种方法1 、减小加速面积：加快故障切除时间2 、增大减速面积：提高励磁电压响应比；提高强励电压倍数，使故障切除后的发电机内电势 Eq迅速上升，增加功率输出，以达到增加减速面积的目的。正常工作曲线 1 ；短路曲线 3 ；强励使功率特性曲线增加到 bc‘ 段（减少了加速面积）； δ2 时故障切除；强励使曲线 2的 dehg增加到 de’h’g （增大减速面积）；转子功角最大值由 δm’降到 δm 。 励磁顶值电压越高，电压响应比越快，励磁调节对改善暂态稳定的效果越明显。

励磁对动态稳定的影响励磁对动态稳定的影响

单机无穷大系统线性化小偏差理论数学模型单机无穷大系统线性化小偏差理论数学模型

当发电机与系统的外接电抗较小，并且发电机的输出功率较低时，系数 K5 为正，这时 AVR 的作用是引入了一个负的同步转矩和一个正的阻尼转矩，有利于动态稳定；当发电机与系统的外接电抗较大，并且发电机的输出功率较高时，系数 K5 为负，这时AVR 的作用是引入了一个正的同步转矩和一个负的阻尼转矩不利于动态稳定；快速励磁系统以及特定参数条件下造成动态稳定性恶化的原因是由于励磁系统和发电机励磁绕组的滞后特性所致。

电力系统稳定简介 电力系统稳定分为三个电量的稳定：电压稳定、频率

稳定、功角稳定。 励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。频率稳定由调速器负责。

功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。

静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性； 暂态稳定是大扰动后系统在随后的 1－ 2 个周波的稳

定性； 动态稳定是小扰动后或者是大扰动 1－ 2周波后的，

并且采取技术措施后的稳定性，也就是 PSS 研究的稳定性。

功角稳定比喻 腕中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果

这个腕的高度很矮，像一个盘子，该球就有可能从碗中掉下来。此时，我们就说这个系统静稳不足。提高腕的高度最经济的办法就是采用自动电压调节器。。

当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快速的继电保护。继保的作用就相当于减少这个外部力量的作用时间，继保越快，外力的作用时间就越短，这个球就不会一下子掉下来。自动电压调节器此时作用相当于自动改变这个腕的坡度，当这个球上升时增加坡度，当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。

如果这个腕和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中来回滚动时间就很长，特别是，如果这个扰动的外力不断的来回施加，就比如我们不断的荡秋千，这个球就永远不停的来回滚动甚至掉下来，我们就说这个系统的动态稳定性差。这里的摩擦阻力相当于电力系统的阻尼，这个来回不断施加的外部力量就相当于自动电压调节器产生的负阻尼。一般来说，自动电压调节器在电力系统的动态稳定中起坏作用，产生负阻尼，使整个系统阻尼减少。当我们在自动电压调节器中增添 PSS装置， PSS就把自动电压调节器原来所产生的负阻尼变为正阻尼，相当于增加腕和球的摩擦系数，使球的滚动幅度快速减小，于是这个系统的动态稳定性就满足要求。

待续