励磁系统的原理、分类

励磁系统的原理

励磁系统就是提供发电机磁场电流的装置（包括励磁变压器、调节与控制元件、灭磁装置、起励装置、保护装置等）。

（一）发电机励磁系统的作用

1. 维持发电机或其他控制点电压在给定水平-控制电压

（1）意义

保证电力系统运行设备的安全；保证发电机运行的经济性；控制电压和提高稳定的要求在许多方面是一致的。

（2）发电机单机带负荷时的电压控制

流经转子的励磁电流If在同步发电机内建立磁场，使定子绕阻产生空载感应电动势Eq，Eq与If成正比。

（3）发电机并网运行

系统电压水平决定于无功电源发出与无功负荷消耗的无功功率平衡关系。并网运行时的单机容量相对有限, 改变一台发电机的If对系统电压水平的影响不像单机带负荷运行时的影响那么大，且电力系统的容量越大，这种特征越明显。当系统容量无穷大时，系统电压恒定，改变一台发电机的If对系统电压水平没有影响，发电机励磁系统不再有调节发电机电压的作用，实际上,无穷大电力系统是不存在的，UG将随无功负荷变化。

励磁系统的原理、分类如图所示：

2. 控制并联运行机组无功功率的合理分配—分配无功

为保证系统的电压质量和无功潮流合理分布，要求合理控制系统中并联运行发电机输出的无功功率。所谓“合理控制”包含两层意思：

①每台发电机发出的无功功率数量要合理；

②当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率要随之自动调节，而且调节量要合理。各并联发电机间承担的无功功率取决于各发电机的调差特性—可改变发电机外特性曲线斜率δ的大小和正负。发电机母线电压变化时，发电机外特性曲线的斜率决定发电机发出的无功功率变化的大小。通常我们希望发电机间的无功电流按照机组容量大小成正比分配，使得母线电压波动时，各机组无功增量的标幺值相等。通过对调差系数的调节，可实现这一目的。发电机电压调差率：在调差单元投入、电压给定值固定、功率因数为零的情况下，发电机无功电流从零变化到额定时发电机端电压变化率。

（二）调差的设置：

Ø发变组单元高压侧并联：

变压器电抗调差（正调差）+发电机调差（负调差）

长输电线路调差（正调差）+发电机调差（负调差）

Ø两机一变扩大单元接线：

发电机正调差，调差率较大

3. 提高电力系统的稳定性—提高稳定性

（1）静态稳定性（小而缓慢）

电力系统静态稳定性是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。由于采用自动励磁调节，可使发电机运行于δ大于90°的区域（人工稳定区），静态稳定运行的最大电磁功率和最大功率角都有提高，也就是提高了电力系统静态稳定能力。实质是运行点的稳定性。灵敏快速的励磁调节器可以维持发电机机端电压的恒定，相当于补偿了全部发电机的d轴同步电抗，即达到线路静稳功率极限。

励磁系统的原理、分类如图所示：

（2）暂态稳定性（大而突然）

电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果电力系统在某一运行方式下受到某种形式的大扰动，经过一个机电暂态过程后能够恢复到原始的稳态运行方式或过渡到一个新的稳态运行方式，则认为系统在这种情况下是暂态稳定的。暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行方式有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间有关。提高暂态稳定性对于励磁系统而言，就是要提高励磁系统励磁电压响应比和提高强行励磁电压倍数。

（3）动态稳定性

电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增长的振荡而失步的能力。扰动后系统在第一或第二振荡周期内不失步(即保持了暂态稳定性)，但可能由于自动调节装置的配置不合适或其他因素，后续的振荡周期幅值不断增大并造成失步。动态稳定问题实际上是指系统在受到小的或大的扰动后，在自动调节装置和自动控制装置的影响下，保持长过程运行稳定性的能力。

电力系统的固有自然阻尼小，而使用快速励磁调节器或使用自并激可控硅快速励磁系统，又削弱了系统阻尼，甚至使系统产生负阻尼。为了抑制低频振荡，在励磁系统中加入了电力系统稳定器（PSS）。电力系统稳定器(PSS)的作用是：利用附加控制，产生附加阻尼转矩，增加正阻尼抑制低频振荡

励磁系统的分类

半导体励磁是把交流励磁电源经半导体整流装里变为直流后进行励磁的，根据交流励磁电源的种类不同，风步发电机的半导体励磁可分为两大类。

一、第一类

采用与主机同轴的交流发电机作为交流励磁电源，经硅二级管或可控硅进行整流，供给电机励磁柜。

这类励磁系统的交疏励磁电源是来自主机之外的其它独立电源，故称为他励半导体励磁系统(包括他励硅整流器励磁系统和他励可控硅整流器励磁系统)，简称他励系统，其中与发电机同轴旋转的交流发电机称为交流励磁机，这类励磁系统，按整流器是静止或是旋转，以及交流励磁机是磁场旋转或是电枢旋转的不同，又可分为下列四种励磁方式：

1.交流励磁机(磁场旋转式)加静止硅整流器;

2.交流励磁机(磁场旋转式)加静止可控硅整流器;

3.交流励磁机(电枢旋转式)加旋转硅整流器;

4.交流励磁机(电枢旋转式)加旋转可控硅整流器。

上面(3)、(4)两种方式、硅整流元件和交流励磁机电枢与主轴一同旋转，直接给主发电机转子励磁绕组供给励磁电流.不需要经过转子滑环及炭刷引入，故称为无刷励磁方式，或称为旋转半导体励磁方式。相对于旋转半导体而言，(1)、(2)两种方式的半导体整流元件是处于静止状的，故称为他励静止半导体励磁方式。

励磁系统的原理、分类如图所示：

二、第二类

采用变压(流)器作为交流励磁电源，励磁变压(流)器接在发电机出口或厂用电母线上。

因励磁电源系取自发电机自身或发电机所在的电力系统故这种励磁方式称为自励励磁系统，亦简称自励系统。

在他励系统中，交流励磁机是旋转的，而自励系统中，励磁变压(流)器、整流器等都是静止的，故自励系统又称为全静态励磁系统。