勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理

勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理第一頁，共41頁。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)控制劉連光華北電力大學電氣工程學院2第二頁，共41頁。一.勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理§1.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式§1.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務§1.3對勵磁控制系統(tǒng)的基本要求§1.4勵磁系統(tǒng)的保護措施3第三頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式

根據(jù)勵磁電源的不同類型，勵磁系統(tǒng)可以分為三種方式：（1）直流勵磁機方式：用具有整流子的直流發(fā)電機作為勵磁電源。一般該勵磁機與同步機同軸，一起由原動機帶動旋轉(zhuǎn)，因而勵磁功率獨立于交流電網(wǎng)，不受電力系統(tǒng)非正常運行狀況的影響。（2）交流勵磁機方式：用交流勵磁機取代直流勵磁機，經(jīng)半導體可控整流后供給給發(fā)電機勵磁。其勵磁功率同樣獨立于交流電網(wǎng)，因此又稱他勵半導體勵磁系統(tǒng)。根據(jù)半導體整流器是靜止的還是旋轉(zhuǎn)的該勵磁系統(tǒng)又可分為他勵靜止半導體勵磁系統(tǒng)和他勵旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)。（3）靜止勵磁方式：用接于發(fā)電機出口或廠用母整個母線上的變壓器作為交流勵磁電源，經(jīng)半導體整流后供給給發(fā)電機勵磁。因該勵磁方式在個勵磁系統(tǒng)中無旋轉(zhuǎn)元件，常稱為“全靜止勵磁方式”。由于勵磁功率取自交流電網(wǎng)本身，故又稱之為自勵半導體勵磁系統(tǒng)，它受電力系統(tǒng)非正常運行狀況的影響要注意分析。4第四頁，共41頁。§1.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式一.直流勵磁機系統(tǒng)

直流勵磁機系統(tǒng)的接線有自勵式和他勵式[由圖1—1(a)、(b)]。在自勵式接線中，應用并激直流發(fā)電機作為勵磁機，利用剩磁自勵；在他勵式接線中，除主勵磁機外，還有副勵磁機，副勵磁機供給主勵磁機的勵磁。勵磁機、副勵磁機大多與主機同軸旋轉(zhuǎn)。自勵和他勵接線中(圖1—1)，勵磁回路部裝有調(diào)節(jié)電阻R，改變R大小，即可改變直流勵磁機的電壓，從而改變發(fā)電機的勵磁電流。有的接線圖中，在勵磁回路中加入旋轉(zhuǎn)放大器或者引入附加控制電流，改變放大器電勢或控制電流大小，也可調(diào)節(jié)勵磁。直流勵磁機勵磁優(yōu)點：1)勵磁機一般和發(fā)電機同軸相連，勵磁系統(tǒng)中發(fā)生短路或電壓發(fā)生劇變時，主機的慣性很大，勵磁機轉(zhuǎn)速不受影響，能夠照常勵磁；2)勵磁機可以改變極性，在切斷負荷時能快速去磁；3)當系統(tǒng)發(fā)生故障時，在發(fā)電機勵磁繞組上感應的交流電形成閉環(huán)回路，不會發(fā)生轉(zhuǎn)子過電壓。5第五頁，共41頁。§1.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式直流勵磁機勵磁缺點：1)整流子集電環(huán)電刷的維護工作量較大，且往往是故障的根源；2)同軸高速勵磁機由于受到機械強度和換向困難等限制，極限容量在300一500kw之間，所以不能用于大型機組(150Mw)；3)直流勵磁機有較大的時間常數(shù)，因此電壓響應速達度較慢。6第六頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式二.靜止勵磁系統(tǒng)1.自并勵勵磁系統(tǒng)圖1—2表示自并勵半導體勵磁系統(tǒng)原理圖。勵磁變壓器LB接在發(fā)電機機端，通過可控硅整流裝置KZ供給發(fā)電機勵磁。當發(fā)電機電壓變化時，自動電壓調(diào)節(jié)器ZLT可以改變可控硅KZ的控制角α的大小，保證機瑞電壓恒定。自并勵半導體勵磁系統(tǒng)的優(yōu)缺點如下；(1)制造簡單、經(jīng)濟、布置方便。(2)由于沒有轉(zhuǎn)動部分，工作可靠、維護簡單。(3)由于沒有勵磁機的時滯，反應速度快，有高速響應特征(響應時間一般小于0.05s)。7第七頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式(1－1)(1－2)(4)在負荷變化而引起速率變化時，端電壓只反應速率的一次方；而同軸勵磁機時，勵磁機的電壓反應速率的一次方，因而發(fā)電機的端電壓要反應速率的二次方。因此，這種系統(tǒng)對抑制水輪發(fā)電機甩負荷引起的過電壓特別有利。(5)系統(tǒng)發(fā)生短路時，端電壓下降，從而使強勵能力受影響，在最不利的情況下可能引起失磁。(6)由于短路電流迅速衰減，帶時限的繼電保護可能會拒絕動作。2.自復勵勵磁系統(tǒng)根據(jù)勵磁變壓器和串連變壓器的組合方式又可以分為交流側(cè)和直流側(cè)串連、并聯(lián)幾大類。(1)直流側(cè)疊加自復勵勵磁系統(tǒng)

圖1—3表示直流側(cè)并聯(lián)和串聯(lián)自復勵勵磁系統(tǒng)的原理圖。從圖上可看到，發(fā)電機的勵磁電流Ifd或勵磁電壓Ufd由兩部分組成：并聯(lián)時[圖1－3(a)]得式1－1，串連時[圖1－3(b)]得式1－2。8第八頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式9第九頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式當發(fā)電機空載運行時，定于電則If＝0，僅由自勵部分KZ供給空載勵磁電流，改變可控橋KZ的控制角可以調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓。當發(fā)電機帶負荷運行時，可控橋KZ和二極管GZ共同供給發(fā)電機的勵磁。當負荷增加時，GZ供給的部分自動增加；當發(fā)電機端短路時，可控橋KZ失去交流電源，IXZ或UKZ等于零，但這時由于復勵橋GZ供給勵磁的部分增大，如果參數(shù)選擇適當，就可對發(fā)電機進行強行勵磁，使定子短路電流和勵磁電流衰減很慢而越于較高的穩(wěn)定值,從而改善了短路過程的動態(tài)性能。值得提出的是，直流側(cè)疊加自復勵勵磁系統(tǒng)和交流側(cè)疊加時不同，無論并聯(lián)或串聯(lián)，勵磁電流或電壓都是在直流側(cè)算術(shù)相加，而不是在交流側(cè)相量相加，所以，直流側(cè)疊加自復勵勵磁系統(tǒng)不具有相補償?shù)奶匦?。直流?cè)疊加自復勵勵磁系統(tǒng)廣泛應用于中小型機組。它的主要優(yōu)點是，可以降低對硅元件反向電壓或電流的要求；缺點是，可控橋和復勵橋在各種運行狀態(tài)下不容易很好地配合，可能產(chǎn)生一方被封鎖或一方被堵塞的現(xiàn)象。例如并聯(lián)疊加時，勵磁電流是IKZ和IGZ之和，兩者都不能反向。當發(fā)電機發(fā)生近端短路時，自勵電流IKZ很小，可能被封鎖而送不出去，復勵橋電10第十頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式流IGZ雖然很大，如果串聯(lián)比選擇不適當，IGZ可能小于轉(zhuǎn)于繞組中的暫態(tài)電流，強勵電流送不出去，因而造成IGZ被堵塞，產(chǎn)生很高的尖峰過電壓。串聯(lián)疊加時與上述情形有所不同，交流側(cè)是兩個電壓源經(jīng)過各自的整流橋串聯(lián)運行，復勵橋的電流IGZ等于可控橋電流IKZ。在機端三相短路的情況下，復勵橋的輸出電壓UGZ高，可控橋失去電源，UKZ接近零，但可控橋鋁保持最后的導通狀態(tài)，所以直流回路中仍能流過強勵電流，不產(chǎn)生配合和堵塞的問題。由子上述原因，直流側(cè)串聯(lián)自復勵勵磁系統(tǒng)要比直流側(cè)并聯(lián)自復勵勵磁系統(tǒng)的應用廣泛得多。11第十一頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式(2)交流側(cè)疊加自復勵勵磁系統(tǒng)圖1－4表示的交流側(cè)串連自復勵勵磁系統(tǒng)的原理接線圖：一部分由勵磁變壓器LB二次側(cè)供給，另一部分由串連變壓器GLH供給。發(fā)電機運行方式改變時，其電壓電流都有變化，由于加在整流橋的陽極電勢Ea兩部分電壓的相量和，所以Ea能夠不隨發(fā)電機運行方式的改變而保持恒定。這樣，在自復勵勵磁系統(tǒng)中，自并勵勵磁系統(tǒng)的缺點在很大程度上被克服，也就是自復勵勵磁系統(tǒng)能夠使自勵勵磁系統(tǒng)具有他勵勵磁的特性。

12第十二頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式圖1－5表示交流側(cè)并聯(lián)自復勵勵磁系統(tǒng)原理圖，和交流串連相同，發(fā)電機勵磁電流由兩個交流電源LB和GLH經(jīng)過整流器GZ供給，所不問的是LB和GLH在交流側(cè)并聯(lián)。發(fā)電機空載時，GLH無輸出，LB經(jīng)過可控電抗器和整流器GZ供給發(fā)電機空載勵磁電流。有負荷時，GZ交流側(cè)的電流IL由兩部分組成：由LB供給的I’μ和由GLH供給的ILH，用式子表示如式1－3。（1－3）13第十三頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式ILH和發(fā)電機定子電流成比例。當發(fā)電機負荷或功率因數(shù)變化時，ILH也跟著變化，所以這種系統(tǒng)能夠自動補償電樞反應而調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓，起到相復勵的作用。I’μ落后于發(fā)電機端電壓Ut90o,它的大小和可控電抗器的電抗值x有關(guān)。從圖1—5可以看到,自動電壓調(diào)節(jié)器ZLT可根據(jù)電壓偏差，通過可控整流橋KZ控制電抗器的飽和程度，改變X值，以改變I’μ的大小，從而保證電壓能得到很好的調(diào)整?？傊诮涣鱾?cè)疊加自復勵勵磁系統(tǒng)中，兩個電源連接方式雖然有并聯(lián)和串聯(lián)的不同，但所起的作用是相同的。電壓源來自發(fā)電機端電壓，電流源來自發(fā)電機的電樞電流，兩個電源組合可起到相補償?shù)淖饔?，即能抑制由于負荷變化而引起的電壓變化。如果負荷增加，則可強力的快速勵磁；如果發(fā)生短路，則可利用強大的短路電流本身來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并聯(lián)和串聯(lián)不同之點在于：并聯(lián)時，應當是兩個電流源并聯(lián)，而勵磁變壓器LB本身是個電壓源，所以在并聯(lián)時必須串聯(lián)一個高阻抗的電抗器X才能轉(zhuǎn)化成電流源。此時串聯(lián)變GLH本身是個電流源，它的互感抗很大，空載電流小，不必具有空氣隙；另一方面，它正常運行時和電流互感器相似，接近短路狀態(tài)，所以不容許二次側(cè)開路，否則容易產(chǎn)生14第十四頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式過電壓。交流側(cè)應當是兩個電壓源串聯(lián)，而此時串聯(lián)變GLH本身是個電流源，電流源要轉(zhuǎn)化為電壓源必須并聯(lián)一個低值電抗，為此串聯(lián)變GLH必須制成具有空氣隙的低電抗Xμ。正常運行時，它接近空載狀態(tài)，二次側(cè)開路也不會產(chǎn)生過電壓。15第十五頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式3.交流勵磁機系統(tǒng)同步電機用同軸旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機作為勵磁電源，經(jīng)過靜止的二極管成可控硅整流，向主發(fā)電機供給勵磁電流，這種型式稱為交流勵磁機系統(tǒng)，也稱為他勵靜止半導體勵磁系統(tǒng)。根據(jù)整流器是二報管還是可控硅又可分為：他勵靜止不可控勵磁系統(tǒng)和他勵靜止可控勵磁系統(tǒng)。圖1－6表示他勵靜止半導體勵磁系統(tǒng)原理圖。交流勵磁機JZ主發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)，交流電經(jīng)可控橋KZ或二極管橋GZ整流，然后送至主發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組。交流勵磁機JL的勵磁采用自勵[圖1－6(a)]，或由副勵磁機JFL供給[圖1－6(b)]，副勵磁機可采用永磁機或采用自動恒壓裝置[圖1－6(b)]。他勵靜止可控勵磁系統(tǒng)中，ZLT可直接通過可控橋KZ調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，它不包括勵磁機的時滯，調(diào)節(jié)器和可控硅反應極快，幾乎是瞬間響應，稱為快速勵磁系統(tǒng)。在他勵不可控勵磁系統(tǒng)中，ZLT調(diào)節(jié)勵磁機JL的可控橋KZj，調(diào)節(jié)勵磁機的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，所以調(diào)節(jié)過程要經(jīng)過交流勵磁機的時滯(約十分之幾秒)。為減小勵磁機的時間常數(shù)，勵磁機通常制成高頻的。根據(jù)資料，同一額定值的交流勵磁機，其勵磁繞組16第十六頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式17第十七頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式磁繞組開路時間常數(shù)T’d0。與交流勵磁機頻率的關(guān)系如圖1-7所示。從圖上可看到，頻率由50Hz至300Hz此時，T’d0可縮小到四分之一。頻率愈高，匝數(shù)愈小，電機的體積和重量愈小。但頻率增至300Hz以上時，由于磁極數(shù)目增多，磁通被擠在一起，鐵耗和雜散功率損耗增加很多；從圖上也可看到，此時T’d0的縮小已不明顯。所以．在我國交流勵磁機的頻率一般用100～150Hz(T’d0值小于Is，約為0.6～0.8左右)。副勵磁機容量小，可制成400～500Hz的。18第十八頁，共41頁。§1.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式在圖1－6(a)勵磁系統(tǒng)中，有的國家在交流勵磁機上裝設兩段定子繞組，一段是主繞組，另一段是輔助繞組；可控橋也有兩組，即工作組和強勵組。正常運行時，勵磁電流由工作組供給短路故障時，投入強勵組，輔助繞組供給強勵電流，ZLT控制工作組和強勵組的觸發(fā)脈沖。交流副勵磁機本身的勵磁通常采用可控硅自勵桓壓方式，即先借外部電源起勵，當建立起一定電壓后轉(zhuǎn)為自勵，并靠勵磁調(diào)節(jié)器保持其端電壓恒定。運行經(jīng)驗證明：自動恒壓裝置是個薄弱環(huán)節(jié)，不太可靠，因為副勵磁機帶三相可控整流橋負荷后，每個周波內(nèi)電壓波形相對于換流位置有六個缺口。換流缺口的寬度和深度與負荷的大小有關(guān)，也和換流電抗有關(guān)。因此，波形畸變嚴重，影響調(diào)節(jié)器的運行，出現(xiàn)現(xiàn)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、無功擺動太大等現(xiàn)象。改善波形的措施有：現(xiàn)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、無功擺動太大等現(xiàn)象。改善波形的措施有：1)加大副勵磁機的容量；2)應用永磁機作副勵磁機；3)增加帶通濾波器。綜上所述，交流勵磁機靜止半導體勵磁系統(tǒng)系他勵性質(zhì)、可靠性高、具有高初始響應特性，所以在我國中大型機組上已得到廣泛應用。19第十九頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式4.他勵旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）和其他他勵系統(tǒng)相同，用同軸旋轉(zhuǎn)的交流勵磁機作為勵滋電源，但勵磁機的電樞繞組是旋轉(zhuǎn)的，而它的勵磁繞組是靜止的，因此，旋轉(zhuǎn)電樞輸出的多相交流電與裝在同軸輪架上的整流器直接連接，這樣整流后的直流電流不經(jīng)過滑環(huán)和電刷，可直接與發(fā)電機的勵磁繞組相連。簡單地說，這種勵磁系統(tǒng)的整流器是旋轉(zhuǎn)的，直接和發(fā)電機勵磁繞組連接，沒有滑環(huán)和電刷，所以又稱無刷勵磁系統(tǒng)。圖1－8為他勵旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)原理圖。20第二十頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式勵磁機采用150Hz旋轉(zhuǎn)電樞交流發(fā)電機，副勵磁機采用永磁機。為了降低勵磁機的時間常數(shù)，主勵磁機的鐵心不用整體結(jié)構(gòu)，而用全疊片結(jié)構(gòu)。這種勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點如下：(1)沒有滑動接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，占地而積小，成本低。(2)可靠性高，運行維護簡單，不會由于勵磁電流過大使滑環(huán)發(fā)生冒火花等現(xiàn)象。與此同時，無刷勵磁也帶來一些新問題，其中主要的有：(1)由于二極管裝在旋轉(zhuǎn)圓盤上，因此，必須考慮能承受強大離心力的機械強度。(2)由于勵磁電源到發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組都是旋轉(zhuǎn)的，所以不可能直接測量發(fā)電機勵磁繞組的任何量，也不可能直接對主整流橋進行檢測，必須采用間接的特殊測量手段，比如，可以在交流勵磁機磁場繞組(靜止的)的橫軸方向裝上一組線圈，用來感應電樞反應磁場中的高次諧波，感應的高次諧波電壓在飽和前正比于電樞電流，這樣就可反映發(fā)電機勵磁電流的大小。21第二十一頁，共41頁?！?.1勵磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成形式

(3)快速滅滋。由于無刷勵磁在結(jié)構(gòu)上裝不上滅磁開關(guān)，所以快速滅磁迄今未得到很好解決。在旋轉(zhuǎn)二極管型式中，滅磁時只能將交流勵磁機快速滅滋，使發(fā)電機磁場電流自然衰減，這樣滅磁速度很慢。曾有人建議在發(fā)電機端裝設三相短路開關(guān)。當發(fā)電機內(nèi)部故障時，投入三相短路開關(guān)和限流電抗器，造成人為的較小短路電流，依靠主發(fā)電機的電樞反應而迅速滅磁。這種滅磁方式雖然速度很快，但一些技術(shù)經(jīng)濟問題尚未解決，還未得到實際應用。如果用旋轉(zhuǎn)可控硅代替旋轉(zhuǎn)二極管，可以應用逆變滅磁，但問題在于如何將靜止的自動電壓調(diào)節(jié)器的觸發(fā)脈沖以無觸點方式加在旋轉(zhuǎn)可控硅的控制極上，所以實際上還是旋轉(zhuǎn)二極管型式用得比較多．除此之外，在無刷勵磁系統(tǒng)中，任一元件故障或需更換都必須使機組停電，因為此時開法利用備用勵磁。為可靠起見，在設計和選擇整流元件額定電流時往往考慮有20％的裕度，這樣即使部分整流元件故障和損壞也不致影響發(fā)電機的正常運行。總之，無刷勵磁系統(tǒng)是一種有發(fā)展前途的勵磁型式，大容量的巨型機組都傾向于應用這種勵磁型式。22第二十二頁，共41頁?！?.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務一.控制電壓和無功分配

在電力系統(tǒng)正常運行時，勵磁控制系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機的端電壓在整定水平。當發(fā)電機因負荷變化而機端電壓發(fā)生變化時，勵磁系統(tǒng)能夠使之維持在給定水平并保證一定的精度要求。當水輪發(fā)電機向長距離線路空載合閘，即向長線路充電時，由于電容性電流產(chǎn)生的助磁電樞反應，在一定條件下可能引起發(fā)電機的自勵磁，從而產(chǎn)生很高的端電壓，這事勵磁控制系統(tǒng)能夠使發(fā)電機的勵磁電流減少乃至反向，從而抑制了發(fā)電機的自勵磁。同樣當機組甩負荷時，通過勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，能限制機端電壓，使之不致過分升高。另外，當幾臺發(fā)電機直接并列運行時，由于調(diào)節(jié)器引入調(diào)差單元，能夠使發(fā)電機具有下降的外特性，因而穩(wěn)定地分配各機組的無功功率。由于上述基本任務的重要性，必須保證勵磁系統(tǒng)可靠地工作。23第二十三頁，共41頁?！?.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務二.提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

1、提高靜態(tài)穩(wěn)定性在單機—無窮大系統(tǒng)中，如果發(fā)電機沒有勵磁控制，則正常運行時，發(fā)電機的空載電勢Eq保持不變，那么該系統(tǒng)的靜穩(wěn)極限為式中：Uc為無窮大系統(tǒng)電壓；Xc為發(fā)電機至無窮大系統(tǒng)間的電抗。該系統(tǒng)的功率曲線見圖2中的曲線1。如果發(fā)電機具有常規(guī)的勵磁系統(tǒng)（通常是指帶直流勵磁機的勵磁系統(tǒng)，或者交流勵磁機帶二極管整流的勵磁系統(tǒng)），則可保持Eq’不變，因此有24第二十四頁，共41頁?！?.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務如果發(fā)電機配置快速勵磁系統(tǒng)（例如線性最優(yōu)勵磁調(diào)節(jié)器，帶PSS的快速勵磁系統(tǒng)等），則可接近于保持發(fā)電機端電壓Ut不變，因此有公公式圖1－9調(diào)節(jié)勵磁對功率特性的響25第二十五頁，共41頁?！?.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務它們的功率特性曲線分別對應于圖2中的曲線2和3，粗略的比較一下，這只是單機-無窮大系統(tǒng)靜穩(wěn)極限的數(shù)量級上的粗略比較，勵磁系統(tǒng)對于提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性的作用卻是很明顯的。在多機系統(tǒng)中調(diào)節(jié)勵磁也具有類似的作用。

2.提高動態(tài)穩(wěn)定性常規(guī)勵磁系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性不起多大作用。后面將會看到，帶PSS的快速勵磁系統(tǒng)能夠阻尼系統(tǒng)的低頻振蕩，從而提高了電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。

3.提高暫態(tài)穩(wěn)定性總的來說，調(diào)節(jié)勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響沒有對靜態(tài)穩(wěn)定那樣顯著。26第二十六頁，共41頁?！?.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務總的來說，調(diào)節(jié)勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響沒有對靜態(tài)穩(wěn)定那樣顯著。勵磁系統(tǒng)對于提高暫態(tài)穩(wěn)定而言，主要表現(xiàn)在快速勵磁和強行勵磁作用上。電力系統(tǒng)中發(fā)生斷路故障時，由于控制輸入機械功率的常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)的動作太慢，主要靠快速繼電保護切除故障，以減少加速面積；而故障切除之后，快速勵磁和強行勵磁可以增大發(fā)電機的電勢，因而增大輸出的電磁功率，增大了制動面積，防止發(fā)電機搖擺角過度增大，以利于暫態(tài)穩(wěn)定性的提高。但是發(fā)電機勵磁回路具有較大的時間常數(shù)，即使是快速勵磁系統(tǒng)，也只能在故障后0.4～0.6s，使轉(zhuǎn)子達到最大磁通。由大量的計算結(jié)果可知，故障后發(fā)電機擺到最大角度的時間往往只有0.5～0.6s，所以快速勵磁和強行勵磁所能增加的制動面積是很有限的，其結(jié)果是只能稍許降低第一個振蕩周期的搖擺角度。此外，配置有PSS的快速勵磁系統(tǒng)，可以阻尼第一搖擺之后的后27第二十七頁，共41頁?！?.2勵磁控制系統(tǒng)的主要任務續(xù)振蕩和低頻振蕩，有利于提高暫態(tài)穩(wěn)定性。三.給電力系統(tǒng)運行帶來的其他好處在短路故障期間以及故障切除之后，性能良好的勵磁控制系統(tǒng)可以盡量維持電力系統(tǒng)的電壓、加速電壓的恢復，從而改善了系統(tǒng)中電動機的運行條件。類似地，它改善了并列運行的同步發(fā)電機在失磁后轉(zhuǎn)入異步運行時電力系統(tǒng)的工作條件。此外，它還可以提高帶時限的繼電保護裝置的工作靈敏性和動作準確性。

28第二十八頁，共41頁?！?.3對勵磁控制系統(tǒng)的基本要求對發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)，按照我國的標準有以下幾點要求：（1）運行要高度可靠、結(jié)構(gòu)要簡單、檢修維護要方便。這需要在電路設計、元器件選擇、裝配工藝等方面采取相應的措施。（2）保證勵磁控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，可以采取轉(zhuǎn)子電壓軟負反饋等穩(wěn)定措施。（3）發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電壓精度不低于0.5%~1.0%。無功調(diào)差范圍：汽輪發(fā)電機組為±10%，水輪發(fā)電機組±15%。（4）發(fā)電機端電壓隨頻率的變化要小，當頻率變化為1%時，電壓變化小于±0.25%。（5）具有良好的動態(tài)品質(zhì)：在10%階躍信號輸入時，發(fā)電機端電超調(diào)量不超過50%（快速勵磁系統(tǒng)不超過30%）；振蕩次數(shù)不超過29第二十九頁，共41頁?！?.3對勵磁控制系統(tǒng)的基本要求3～5次；調(diào)節(jié)時間：汽輪發(fā)電機組不大于10s，水輪機組不大于5s。甩額定負荷時，超調(diào)量不大于15%~20%。（6）發(fā)電機在各種運行方式下，滅磁開關(guān)應能可靠滅磁，并且不產(chǎn)生過高的電壓。由于發(fā)電機是被控制對象，給定后不能再換，必須依靠勵磁電源和調(diào)節(jié)器來滿足整體要求，所以對它們也分別提出要求。對勵磁電源的要求有兩條：

（1）勵磁電源要有足夠調(diào)節(jié)容量，以適應各種運行方式的要求。（2）勵磁電源要提供足夠的強勵倍數(shù)和電壓上升速度，我國規(guī)定強勵倍數(shù)取2倍，直流勵磁機方式可降低為1.8倍；強勵允許時間：空冷方式的機組為50s，水內(nèi)冷等其他方式只能為10s（水輪機組可為20s）；電壓上升速度（電壓響應比）不小于2倍/s。

30第三十頁，共41頁。§1.3對勵磁控制系統(tǒng)的基本要求對勵磁調(diào)節(jié)器的要求是：（1）具有較小的時間常數(shù)，勵磁調(diào)節(jié)器總的等值時間常數(shù)不大于0.05s。（2）為保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的動、靜態(tài)性能指標，應采取適當?shù)目刂埔?guī)律和必要的校正措施，如PID控制、轉(zhuǎn)子電壓軟負反饋等?？焖賱畲畔到y(tǒng)應配置PSS或多變量控制裝置，以利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。實現(xiàn)勵磁控制多功能的其他控制規(guī)律。（3）采取必要的限制措施以保證整體系統(tǒng)的可靠性，例如防止轉(zhuǎn)子過電壓的勵磁過電壓限制；防止轉(zhuǎn)子過載的轉(zhuǎn)子過電流限制；防止失磁的最低勵磁電流限制等。31第三十一頁，共41頁。§1.4勵磁系統(tǒng)的保護措施一.過電壓來源

過電壓可以按照它們的來源、能量、幅值和頻率來區(qū)分。通常可根據(jù)它們的來源分為四大類。

(1)電源側(cè)的過電壓。來自交流電網(wǎng)入侵的大氣過電壓與操作過電壓，其能量通常較大，通過電容耦合和電磁感應傳輸?shù)阶儔浩鞯恼鳂騻?cè)。輸電線路遭受雷擊或靜電感應過電壓時，若主網(wǎng)中過電壓保護不完善，則可能通過勵磁電源變壓器傳到副方。勵磁電源變壓器高壓側(cè)合閘，由于電容間的耦合，低壓側(cè)也可能產(chǎn)生過電壓。此外，變壓器高壓繞組的漏抗與低壓繞組的分布電容(以及抑制電容)組成的振蕩電路，在變壓器合間瞬間，即突然加一個階躍電壓的瞬變過程中，也將產(chǎn)生過電壓。32第三十二頁，共41頁?！?.4勵磁系統(tǒng)的保護措施

(2)當從高壓側(cè)斷開空載勵磁變壓器時，如果沒有足夠大的吸能容器件來吸收變壓器的磁場能量，激磁電流及與其成比例的磁通量突然消失，將使變壓器繞組感應很高的瞬變過電壓。此過電壓的實際倍數(shù)與斷路器及變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果斷路器熄滅小電流電弧能力較強，變壓器鐵芯非冷軋砍鋼片，激磁電流的百分值較大，或變壓器繞組為老式的非糾結(jié)式，其繞組電容較小，則產(chǎn)生過電壓的倍數(shù)更高。最高可達正常反向峰值電壓的8～10倍，一般為4～5倍。因此必須采取措施來吸收儲存在變壓器磁場中的能量，以避免當斷開變壓器激磁電流時產(chǎn)生大能量的過電壓沖擊。另外，當整流裝置的負載被切除，或整流裝置直流側(cè)開關(guān)斷開時，在交流電源回路的電感上，特別是整流變壓器的漏抗上，將因電流突然中斷而產(chǎn)生過電壓。33第三十三頁，共41頁。§1.4勵磁系統(tǒng)的保護措施

(3)換相過電壓(或稱關(guān)斷過電壓)。處于導通狀態(tài)下的硅元件，有積蓄載流子存在，當施加反向電壓時，原積蓄載流子的電荷量Qf(通常稱Qf為反向恢復電荷，快速元件的Qf很少，而大功率、高電壓的硅元件的Qf可達數(shù)百微庫，并隨結(jié)溫的升高而增加)從硅元件流出形或反向恢復電流iR。此恢復電流迅速截斷時，在電路中流過此電流的電感上會感應出高電壓，即所謂積蓄效應引起的過電壓，又稱關(guān)斷過電壓或換相過電壓。(4)直流側(cè)的過電壓。來自整流橋阻塞負向磁場電流通路引起的正向過電壓，以及磁場勵磁電流突然中斷引起的反向過電壓(對正常勵磁電壓的正向而言)。34第三十四頁，共41頁。§1.4勵磁系統(tǒng)的保護措施

二.過電壓保護通?？赡懿捎玫母鞣N過電壓保護，如圖1－10所示。對于每一套可控硅勵磁系統(tǒng)視具體情況選擇其中幾項，以構(gòu)成合理的保護，使其既簡單可靠，吸收暫態(tài)能量大，限制過電壓的能力強，又不影響正常運行，且壽命長，功耗低。為抑制大氣過電壓，保護變壓器，通常在變壓器原邊繞組上裝設避雷器(圖1－10中A)。為抑制投入變壓器時由于繞組間存在分布電容而引起副邊繞組過電壓，可在變壓器中設置屏蔽層或在變壓器Y形中點和地之間裝設接地電容C1，或在副邊出線與地之間合理接入抑制電容C2(圖4中B、C)。可將副邊過電壓u2抑制到較低的數(shù)值。為抑制切除空載變壓器的勵磁系統(tǒng)電流i0而引起的過電壓，可采用電容器、硒堆或壓敏電阻等這類貯能或耗能元件，以吸收變壓器中貯存的能量，如圖表中的D、E、F和G。35第三十五頁，共41頁?！?.4勵磁系統(tǒng)的保護措施同樣可以采用上述的阻容、硒堆和壓敏電阻等保護器件抑制直流側(cè)過電壓。此外，工程上還采用可控硅開關(guān)自動投入電阻的方法，以抑