《同步发电机励磁系统基本原理讲座(李大公编写)》.pdf

湖南省电力试验研究院 继电保护及自动化技术研究所 同步发电机励磁系统 基本原理介绍 编写人 李大公 2006 年10月6日 同步发电机励磁系统基本原理介绍 一、励磁系统基本原理概述 同步发电机的运行特性与它的空载电动势E 值的大小有关，而E 值是发 q q 电机励磁电流IEF的函数，改变励磁电流就 可影响同步发电机在电力系统中的运行 特性。因此，对同步发电机的励磁进行 控制，是对发电机的运行实行控制的重 要内容之一。 同步发电机励磁系统一般由励磁调 节器和励磁功率单元两个部分组成，它 们构成一个反馈控制系统。励磁调节器 图1 励磁自动控制系统构成框图 根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出；励磁功率单 元向同步发电机转子提供直流励磁电流。 同步发电机励磁系统基本原理介绍 1.同步发电机励磁系统的任务 在电力系统和同步发电机正常运行或事故运行中，优良的励磁控制系统不仅可以 保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可以有效地提高系统技术指标。要完 成上述工作，励磁控制系统应承担如下的任务。 1.1 电压控制 在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压（或升压变压器高压侧 电压）在给定水平。当发电机负荷改变而端电压随之变化时，由于励磁调节器的调节 作用，励磁系统将自动地增加或减少提供的励磁电流，使发电机端电压回复到给定水 平，且保证有一定的调压精度。当机组甩负荷时，通过励磁调节器的调节作用，应限 制机端电压，使之不致过分升高。 下图2（a）是同步发电机运行原理图，图中GEW是励磁绕组，机端电压UG为电流为 I 。在正常情况下，流经GEW的励磁电流为I ，由它所建立的磁场使定子产生的空载 G EF 感应电动势为Eq，改变I 的大小， Eq值就相应的改变。 Eq与U 之间的关系可用等值 EF G 电路图2（b）来表示。其间的关系式为 同步发电机励磁系统基本原理介绍 式中 X — 发电机直轴电抗。 d 同步发电机励磁系统基本原理介绍 隐极发电机的矢量图如图2（c）所示。发电机感应电动势Eq与端电压为U 的 G 幅值关系为 E q c o s δG U G + I Q X d 一般δ 的值很小，可近似认为cos δ ≈１，可简化的运算式为 G G 上式说明，负荷中的无功电流是造成Eq 和UG幅值差的主要原因，发电机的无功电流 越大，两者间的差值越大。 同时也可以看出同步发电机的外特性必 然是下降的。当励磁电流为IEF一定时，发电 机端电压UG随无功负荷增大而下降。 同步发电机励磁自动控制系统就是通过 不断地调节励磁电流来维持机端电压为给定 水平的。 同步发电机励磁系统基本原理介绍 1.2 控制无功功率的分配 如下图4所示，为使分析简单起见，设同步发电机与无穷大母线并联运行， 即发电机端电压不随负荷大小而变，是一个恒定值。 由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关。故 无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率PG均为常数，即 式中 φ—功率因数角 当不考虑定子电阻和凸极效应时，发电机的功率又可用下式表示 式中 δ— 发电机的功率角； Xd— 发电机直轴电抗。 同步发电机励磁系统基本原理介绍 因为发电机端电压U 为定值，所以发电机励磁电流的变化只是改变了机组 G 的无功功率和功率角δ值的大小。 由此可见与无穷大母线并联运行