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电力系统 自动装置原理 第四章 励磁自动控制系统的动态特性 武汉大学 丁坚勇 第一节、概述 控制装置时间响应曲线 ：上升时间 ：超调量 ：瞬态响应峰值时间 ：调整时间 欠阻尼/过阻尼 GB7409___ 《大中型同步发电机励磁系统基本条件》 —励磁机励磁磁链 —励磁机励磁电阻 —励磁机励磁电流 第二节、励磁控制系统的传递函数 一、励磁机的传递函数 1.他励直流励磁机的传递函数 磁链与磁通的关系 对应不同的运行点，采用饱和系数SE来表达iEE与uEE之间的非线性关系。 第二节、励磁控制系统的传递函数 拉氏变换之 令 一阶惯性环节 2.交流励磁机 P103-104 （1）交流励磁机I型模型： 考虑励磁机饱和SE（包括励磁机电枢反应、整流器换弧压降）作用，适用于励磁电压响应比较低的励磁系统。 第二节、励磁控制系统的传递函数 交流励磁机 I 型模型 2.交流励磁机 第二节、励磁控制系统的传递函数 （2）交流励磁机AC-I型模型： 分别考虑三种因素影响： 励磁机饱和系数SE 、 励磁机电枢反应KD、 整流器换弧压降Kc。 适用于励磁电压高响应比 的励磁系统（无刷励磁）。 交流励磁机 AC-I 模型 二、励磁调节器各单元传递函数 第二节、励磁控制系统的传递函数 1. 测量比较单元： 2. 综合放大单元，一阶惯性环节： 限幅环节 3. 功率放大单元：包括触发器在内的晶闸管整流器的传递函数为纯滞后环节： 用泰勒级数展开，略去高次项得： 三、同步发电机传递函数 四、励磁-系统总传递函数 (P106) 第二节、励磁控制系统的传递函数 一阶惯性： 五、我国专家组推荐的励磁系统模型 (P107) 1.交流励磁机励磁系统模型 2.静止励磁系统模型 第二节、励磁控制系统的传递函数 第三节、励磁自动控制系统的稳定性 一、励磁系统稳定性计算 求系统的开环传递函数，求开环极点 （P108~P110） 计算以下量，以确定根轨迹的形状 （1）根轨迹渐进线与实轴的交点及倾角 （2）根轨迹在实轴上的分离点 （3）在 轴交叉点的放大系数 根据劳斯判据，确定根轨迹与虚轴的交点 画出根轨迹图 第三节、励磁自动控制系统的稳定性 二、励磁控制系统空载稳定性的改善 要想改善该励磁自动控制系统的稳定性，必须改变发电机极点与励磁机极点间根轨迹的射出角，也就是要改变根轨迹的渐近线，使之只处于虚轴的左半平面。为此必须增加（校正环节）开环传递函数的零点，使渐近线平行于虚轴并处于左半平面。 因此引入转子电压处速率负反馈回路，到综合放大单元输入端。 引入电压速率反馈后，由于新增加了一对零点，把励磁系统的根轨迹引向左半平面，从而使控制系统的稳定性大为改善。该回路即励磁系统稳定器。 第三节、励磁自动控制系统的稳定性 三、励磁系统稳定器 励磁系统稳定器原理图 A1输出励磁机磁场电流速率信号到电压测量比较单元的输入端。当磁场电流跃增时，励磁系统稳定器输出正微分信号，使电压测量比较单元瞬时输出负信号去减弱励磁机磁场电流。反之，则增强励磁机磁场电流，而在稳态运行时励磁系统稳定器无输出。从而构成了软反馈，改善了系统阻尼特性。 第三节、励磁自动控制系统的稳定性 四、改善电力系统稳定性措施——电力系统稳定器（PSS） 在远距离输电系统中，励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，引起低频振荡。其原因可以归结为两条： 励磁调节器按电压偏差比例调节； 励磁控制系统具有惯性。 当输电线负荷较重、转子相位角发生振荡时，由于励磁调节器是采用按电压偏差比例调节方式，所以提供的附加励磁电流的相位具有使振荡角度加大的趋势。但是，励磁调节器维持电压是发电机运行中对其最基本的要求，又不能取消其维持电压的功能。研究表明，采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩，是一个比较有效的办法。 第三节、励磁自动控制系统的稳定性 四、改善电力系统稳定性措施——电力系统稳定器（PSS） 方法是： 在励磁调节回路中，引入发电机转速（频率）增量，或发电功率（原动机功率）增量负反馈，通过超前/滞后环节、增益调整等，送到综合放大环节修正电压偏差信号。 ——IEC针对不同发电机组特点，有不同的PSS标准模型。 PSS——电力系统稳定器 PSS框图与传递函数 电力系统 自动装置原理