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　　1、发电机发电机励磁系统原理励磁系统原理（1）水轮发电厂原理水轮发电厂原理大坝、水电厂、水轮大坝、水电厂、水轮机、发电机定子、转机、发电机定子、转子、励磁系统子、励磁系统水轮发电厂转子水轮发电厂转子n=60f/P励磁绕组励磁绕组（d d轴）轴）轴）轴）阻尼绕组（阻尼绕组（d轴、轴、q轴）轴）励磁的基本概念励磁的基本概念什么是励磁？什么是励磁？n n导体切割磁力线感生电动势导体切割磁力线感生电动势e en n励磁就是提供一个磁场励磁就是提供一个磁场B BE=4.44fN对于发电机来说，励磁就是产生磁通4.44:有效值系数F:励磁条件与影响N:机端电压影响:与励磁电流关系GFrequency（f）Ac

　　3、lockdiagramm according IEEEBlockdiagramm according IEEE 励磁系统励磁系统励磁控制系统励磁控制系统励磁重要概念励磁重要概念现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁；现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁；发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流励磁；发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流励磁；励磁系统新科技励磁系统新科技现在励磁控制系统规律现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：大多采用传统经典控制理论：PID+PSS励磁控制系统科研主要内容：励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器电力系统稳定器PSS；线性最优控；线、华中科技大学）；非线性最优控制规律制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学（清华大学）。）。励磁控制系统新科技励磁控制系统新科技电力系统励磁控制发展过程：电力系统励磁控制发展过程：nPID 控制；控制；PSS 控制控制 线性最优控制线性最优控制LOPSS（Linear Optimal Control）非线性最优控制非线性最优控制NOPSS（Nonlinear Optimal Control）非线性鲁棒控制非线性鲁棒控制NRPSS（Nonlinear Robust Control）PID励磁控制理念励磁控制理念VG控制VG如K=100GeneratorU ,If fU ,IE EVo

　　6、源（励磁机、励磁变压器）整流器（整流器（AC/DCAC/DC变换，变换，SCRSCR、二极管）、二极管）灭磁与转子过电压保护灭磁与转子过电压保护按励磁电源分类：按励磁电源分类：直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统无刷励磁系统无刷励磁系统自并励励磁系统自并励励磁系统按响应速度分类：按响应速度分类：慢速励磁系统慢速励磁系统快速励磁系统快速励磁系统高起始励磁系统高起始励磁系统调调 辅助辅助 整流柜（功率柜）整流柜（功率柜）直流灭磁直流灭磁 灭磁灭磁 节节 控制控制 制动整流柜制动整流柜 开关柜开关柜 电阻柜电阻柜 器器 柜柜 （柔性制动）（柔性制动）S101 S1

　　7、01 S106+S107S106+S107 三峡电厂右岸三峡电厂右岸励磁系统励磁系统完全柔性制动系统完全柔性制动系统完全柔性制动系统完全柔性制动系统THYRIPOLTHYRIPOL 直流励磁机系统（开关励磁）直流励磁机系统（开关励磁）同轴同轴开关式励磁调节器的优点是：结构紧凑，体积小，且励磁电源可靠，不受电力系统电压波动的影响。另外，不存在可控整流桥的触发同步问题，控制简便，运行可靠性高。交流励磁机系统（三机它励）交流励磁机系统（三机它励）组成：组成：交流主励磁机（交流主励磁机（ACLACL）和交流副励磁机（）和交流副励磁机（ACFLACFL）都与发电机同）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，

　　8、其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。优点：优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响它励，励磁电源不受系统电源的影响缺点：缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡同轴同轴自幷励自幷励静止静止有刷励磁有刷励磁静止静止 无刷励磁系统无刷励磁系统 旋转旋转自并励磁系统自并励磁系统n n励磁装置就是提励磁装置就是提供发电机磁场电流供发电机磁场电流的装置，包括所有的装置，包括所有调节与控制元件

　　9、，调节与控制元件，还有磁场放电或灭还有磁场放电或灭磁装置及保护装置磁装置及保护装置n n励磁控制系统是励磁控制系统是包括控制对象的反包括控制对象的反馈控制系统馈控制系统n n整流器输入开关整流器输入开关的定义：灭磁开关的定义：灭磁开关&隔离开关：按是隔离开关：按是否投灭磁电阻而定否投灭磁电阻而定现代励磁基础现代励磁基础n n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）n n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n nPNPN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n n可控

　　10、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n n可控硅关断条件：反向电压可控硅关断条件：反向电压n n同步电压、触发脉冲、脉宽调制同步电压、触发脉冲、脉宽调制开关励磁可控硅励磁原理可控硅励磁原理三相全控桥电路三相全控桥电路=00:强励状态，强励状态，AC变变DC=0:整流状态，整流状态，AC变变DC=1500:逆变状态，逆变状态，DC变变AC全控桥与半控桥全控桥与半控桥全控桥：全控桥：整流与逆变整流与逆变整流特征相同整流特征相同能够逆变也能续流能够逆变也能续流Uf反相恒定反相恒定If线性衰减线性衰减灭磁快灭磁快半控桥：半控桥：整流与续流整流与续流整流特征相同整流特征相同不

　　11、能逆变只能续流不能逆变只能续流Uf0If非线性衰减非线性衰减灭磁慢灭磁慢续流二极管续流二极管三相全控桥电路要点三相全控桥电路要点SCR导通顺序：整流状态 交流变直流，能量供给交流变直流，能量供给 0 00 0a90a0Ud0逆变状态 直流变交流，能量反送直流变交流，能量反送 90900 0a150a1500 0(180(1800 0-0 0)Ud0Ud0Ud=1.35U2cosaI20.816Id三相全控桥实际电路波形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带来的过电压尖峰，逆变颠覆峰，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

　　12、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同步发电机励磁的作用1.从发电厂角度学习励磁（励磁技术初级）从发电厂角度学习励磁（励磁技术初级）n n调节发电机电压（空载）调节发电机电压（空载）n n调节发电机无功功率（负载）调节发电机无功功率（负载）n n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）n n安全可靠运行（关键）安全可靠运行（关键）2.从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）n n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）n n提高系统的动态稳定性（小扰动失稳）提高系统的动态

　　13、稳定性（小扰动失稳）n n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）励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁励磁控制系统的主要任务 1、同步发电机励磁控制系统的最基本和最主要的任务是维持发电机电压在给定水平上 1.1、第一，保证电力系统运行设备的安全。1.2、第二，保证发电机运行的经济性 1.3、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。2、同步电机励磁系控制统的重要任务是提高电力系统的稳定性 尽管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

　　14、效的措施。但是，稳定问题还是各有重点，各有分工：静稳由自动电压调节器和系统结构及运行调度负责；暂稳主要由继电保护负责，动稳主要由励磁PSS负责。电力系统稳定简介v电力系统稳定分为三个电量的稳定：v电压稳定（励磁、无功平衡、电压崩溃、人工干预：增加Q）v频率稳定（调速、有功平衡、安稳装置切机、自动减载）v功角稳定（P、Q变化）。v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。v功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。v静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性（不发生非周期性的振荡）（稳定余度好极限功率问题、安稳切机问题）；v暂态稳定是大扰动后系

　　15、统在随后的12个周波的稳定性；（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）；v动态稳定是微小扰动或者是大扰动12周波后（暂稳后期），因自动调节作用产生的稳定性稳定（励磁PSS问题）。n静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。稳定导则还规定，在有防止事故扩大的相应措施的情况下，水电厂送出线路或次要输电线路下列情况下允许只按静态稳定储备送电。n暂态稳定是指电力系统受到大扰动后,各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定的判据是电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同

　　16、步的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复。n动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态稳定的判据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角和输电线路功率呈衰减振荡状态，电压和频率能恢复到允许的范围内。我国电力系统稳定导则定义励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影响 vv(a)Eq(a)Eq(a)Eq(a)Eq恒定恒定恒定恒定(励磁电流恒定励磁电流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内功率特性曲线内功率特性曲线(Eq=(Eq=(Eq=(Eq=常数常数常数常数)（ECRECRECRECR）vv(b)(b)(b)(b)当当当当EqEqEqEq恒定恒定恒定恒定,Eq,Eq,Eq,Eq 及及及及U U U U的变化的变化的变化的变化vv(c)(c)(c)(c)EqEqEqEq 恒定恒定恒定恒定(发电机暂态发电机暂态发电机暂态发电机暂态电势恒定电势恒定电势恒定电势恒定)vv(d)(d)(d)(d)当当当当EqEqEqEq 恒定，恒定，恒定，恒定，EqEqEqEq及及及及U U U U的变的变的变的变化