勵磁系統(tǒng)的原理、分類

勵磁系統(tǒng)的原理

勵磁系統(tǒng)就是提供發(fā)電機磁場電流的裝置（包括勵磁變壓器、調(diào)節(jié)與控制元件、滅磁裝置、起勵裝置、保護裝置等）。

（一）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用

1. 維持發(fā)電機或其他控制點電壓在給定水平-控制電壓

（1）意義

保證電力系統(tǒng)運行設備的安全；保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性；控制電壓和提高穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。

（2）發(fā)電機單機帶負荷時的電壓控制

流經(jīng)轉(zhuǎn)子的勵磁電流If在同步發(fā)電機內(nèi)建立磁場，使定子繞阻產(chǎn)生空載感應電動勢Eq，Eq與If成正比。

（3）發(fā)電機并網(wǎng)運行

系統(tǒng)電壓水平?jīng)Q定于無功電源發(fā)出與無功負荷消耗的無功功率平衡關系。并網(wǎng)運行時的單機容量相對有限, 改變一臺發(fā)電機的If對系統(tǒng)電壓水平的影響不像單機帶負荷運行時的影響那么大，且電力系統(tǒng)的容量越大，這種特征越明顯。當系統(tǒng)容量無窮大時，系統(tǒng)電壓恒定，改變一臺發(fā)電機的If對系統(tǒng)電壓水平?jīng)]有影響，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)不再有調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓的作用，實際上,無窮大電力系統(tǒng)是不存在的，UG將隨無功負荷變化。

勵磁系統(tǒng)的原理、分類如圖所示：

2. 控制并聯(lián)運行機組無功功率的合理分配—分配無功

為保證系統(tǒng)的電壓質(zhì)量和無功潮流合理分布，要求合理控制系統(tǒng)中并聯(lián)運行發(fā)電機輸出的無功功率。所謂“合理控制”包含兩層意思：

①每臺發(fā)電機發(fā)出的無功功率數(shù)量要合理；

②當系統(tǒng)電壓變化時，每臺發(fā)電機輸出的無功功率要隨之自動調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)量要合理。各并聯(lián)發(fā)電機間承擔的無功功率取決于各發(fā)電機的調(diào)差特性—可改變發(fā)電機外特性曲線斜率δ的大小和正負。發(fā)電機母線電壓變化時，發(fā)電機外特性曲線的斜率決定發(fā)電機發(fā)出的無功功率變化的大小。通常我們希望發(fā)電機間的無功電流按照機組容量大小成正比分配，使得母線電壓波動時，各機組無功增量的標幺值相等。通過對調(diào)差系數(shù)的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)這一目的。發(fā)電機電壓調(diào)差率：在調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機無功電流從零變化到額定時發(fā)電機端電壓變化率。

（二）調(diào)差的設置：

Ø發(fā)變組單元高壓側(cè)并聯(lián)：

變壓器電抗調(diào)差（正調(diào)差）+發(fā)電機調(diào)差（負調(diào)差）

長輸電線路調(diào)差（正調(diào)差）+發(fā)電機調(diào)差（負調(diào)差）

Ø兩機一變擴大單元接線：

發(fā)電機正調(diào)差，調(diào)差率較大

3. 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性—提高穩(wěn)定性

（1）靜態(tài)穩(wěn)定性（小而緩慢）

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動恢復到起始運行狀態(tài)的能力。由于采用自動勵磁調(diào)節(jié)，可使發(fā)電機運行于δ大于90°的區(qū)域（人工穩(wěn)定區(qū)），靜態(tài)穩(wěn)定運行的最大電磁功率和最大功率角都有提高，也就是提高了電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定能力。實質(zhì)是運行點的穩(wěn)定性。靈敏快速的勵磁調(diào)節(jié)器可以維持發(fā)電機機端電壓的恒定，相當于補償了全部發(fā)電機的d軸同步電抗，即達到線路靜穩(wěn)功率極限。

勵磁系統(tǒng)的原理、分類如圖所示：

（2）暫態(tài)穩(wěn)定性（大而突然）

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)定方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。如果電力系統(tǒng)在某一運行方式下受到某種形式的大擾動，經(jīng)過一個機電暫態(tài)過程后能夠恢復到原始的穩(wěn)態(tài)運行方式或過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行方式，則認為系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動前的運行方式有關，而且與擾動的類型、地點及持續(xù)時間有關。提高暫態(tài)穩(wěn)定性對于勵磁系統(tǒng)而言，就是要提高勵磁系統(tǒng)勵磁電壓響應比和提高強行勵磁電壓倍數(shù)。

（3）動態(tài)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增長的振蕩而失步的能力。擾動后系統(tǒng)在第一或第二振蕩周期內(nèi)不失步(即保持了暫態(tài)穩(wěn)定性)，但可能由于自動調(diào)節(jié)裝置的配置不合適或其他因素，后續(xù)的振蕩周期幅值不斷增大并造成失步。動態(tài)穩(wěn)定問題實際上是指系統(tǒng)在受到小的或大的擾動后，在自動調(diào)節(jié)裝置和自動控制裝置的影響下，保持長過程運行穩(wěn)定性的能力。

電力系統(tǒng)的固有自然阻尼小，而使用快速勵磁調(diào)節(jié)器或使用自并激可控硅快速勵磁系統(tǒng)，又削弱了系統(tǒng)阻尼，甚至使系統(tǒng)產(chǎn)生負阻尼。為了抑制低頻振蕩，在勵磁系統(tǒng)中加入了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的作用是：利用附加控制，產(chǎn)生附加阻尼轉(zhuǎn)矩，增加正阻尼抑制低頻振蕩

勵磁系統(tǒng)的分類

半導體勵磁是把交流勵磁電源經(jīng)半導體整流裝里變?yōu)橹绷骱筮M行勵磁的，根據(jù)交流勵磁電源的種類不同，風步發(fā)電機的半導體勵磁可分為兩大類。

一、第一類

采用與主機同軸的交流發(fā)電機作為交流勵磁電源，經(jīng)硅二級管或可控硅進行整流，供給電機勵磁柜。

這類勵磁系統(tǒng)的交疏勵磁電源是來自主機之外的其它獨立電源，故稱為他勵半導體勵磁系統(tǒng)(包括他勵硅整流器勵磁系統(tǒng)和他勵可控硅整流器勵磁系統(tǒng))，簡稱他勵系統(tǒng)，其中與發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機稱為交流勵磁機，這類勵磁系統(tǒng)，按整流器是靜止或是旋轉(zhuǎn)，以及交流勵磁機是磁場旋轉(zhuǎn)或是電樞旋轉(zhuǎn)的不同，又可分為下列四種勵磁方式：

1.交流勵磁機(磁場旋轉(zhuǎn)式)加靜止硅整流器;

2.交流勵磁機(磁場旋轉(zhuǎn)式)加靜止可控硅整流器;

3.交流勵磁機(電樞旋轉(zhuǎn)式)加旋轉(zhuǎn)硅整流器;

4.交流勵磁機(電樞旋轉(zhuǎn)式)加旋轉(zhuǎn)可控硅整流器。

上面(3)、(4)兩種方式、硅整流元件和交流勵磁機電樞與主軸一同旋轉(zhuǎn)，直接給主發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組供給勵磁電流.不需要經(jīng)過轉(zhuǎn)子滑環(huán)及炭刷引入，故稱為無刷勵磁方式，或稱為旋轉(zhuǎn)半導體勵磁方式。相對于旋轉(zhuǎn)半導體而言，(1)、(2)兩種方式的半導體整流元件是處于靜止狀的，故稱為他勵靜止半導體勵磁方式。

勵磁系統(tǒng)的原理、分類如圖所示：

二、第二類

采用變壓(流)器作為交流勵磁電源，勵磁變壓(流)器接在發(fā)電機出口或廠用電母線上。

因勵磁電源系取自發(fā)電機自身或發(fā)電機所在的電力系統(tǒng)故這種勵磁方式稱為自勵勵磁系統(tǒng)，亦簡稱自勵系統(tǒng)。

在他勵系統(tǒng)中，交流勵磁機是旋轉(zhuǎn)的，而自勵系統(tǒng)中，勵磁變壓(流)器、整流器等都是靜止的，故自勵系統(tǒng)又稱為全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。