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励磁系统基本原理 尹志丰 2016.06.21 一、励磁系统的基本作用 励磁的基本概念 什么是励磁？ 导体切割磁力线感生电动势e 励磁就是提供一个磁场B E=4.44fNΦ 对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ Governor调速 Excitation励磁 功角含义（电气量与空间量）、静稳极限Pmax、系统稳定余度（Pmax/P）、功角范围（机组小于系统） 励磁的基本任务 建立发电机机端电压：电磁感应原理 最主要功能：维持发电机机端电压恒定、稳定 交流输电系统的输送功率极限公式： 在并列运行的发电机间合理分配无功功率 提高电力系统的运行稳定性 基本作用 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（励磁、无功平衡、电压崩溃、人工干预：增加Q） 频率稳定（调速、有功平衡、安稳装置切机、自动减载）、功角稳定（P、Q变化）。 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。频率稳定由调速器调节。 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（稳定余度问题、极限功率问题、发电机的能力问题）； 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；（安稳装置切机问题、继电保护问题） 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（励磁PSS问题）。 功角稳定比喻 碗中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果这个碗的高度很矮，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。提高碗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碗的坡度，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。 如果这个碗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，相当于增加碗和球的摩擦系数，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。 电力系统稳定器（PSS）可以增加电力系统正阻尼，用于抑制电力系统低频振荡 。 发电机电气功率Pe/ΔPe、机械功率Pm、加速功率ΔPa、同步转矩ΔTs、阻尼转矩ΔTD、电磁转矩ΔTE、转子角Δδ、转子角速度Δω的正方向相位关系如下图所示： 加速功率ΔPa＝机械功率Pm－电气功率Pe 由励磁系统引起的附加电磁转矩，包含同步转矩ΔTs和阻尼转矩ΔTD两个分量。当发电机采用高放大倍数、快速励磁系统时，阻尼转矩可能会出现负值（如图中的ΔTD′），引起发电机阻尼不足，当系统发生扰动时造成发电机低频振荡。 PSS的原理 在发电机的励磁控制系统中，采用ΔPe、Δω、Δf等一个或几个信号，经适当放大、相位补偿后作为励磁附加反馈控制，可以增加电力系统的正阻尼，从而阻尼电力系统功率振荡，这种用于增加电力系统正阻尼的附加励磁控制装置称为电力系统稳定器（Power System Stabilizer，简称PSS）。它不降低励磁系统电压调节环的增益，不影响励磁控制系统的暂态性能，而对抑制电力系统低频振荡效果显著。PSS在国内外都得到了广泛应用。 因此，通过PSS实现的主要目标就是：获得一个附加的电磁力矩，在电力系统低频振荡区（0.1～2.0Hz）内使该力矩向量对应Δω轴在超前10º~滞后45º以内，并使本机振荡频率下的力矩向量对应Δω轴在0º~滞后30º以内，以尽可能的提供较大的正阻尼力矩，抑制低频振荡。 快速励磁及较高的强励倍数，可以提高电力系统暂态稳定极限。 第一位的措施是继电保护正确、快速动作，如0.1s内切除近端故障。 在0.1s内各种励磁系统作用没有明显差别。 故障切除后，快速励磁及较高的强励倍数，可以提高系统暂态稳定极限，有利于暂态稳定的恢复。 采用可靠性高、控制性能强的励磁系统，是保证发电机安全稳定运行并提高电力系统稳定性的经济而有效的措施。 二、励磁系统的几种主要类型 励磁系统的组成： 自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励