1、技術(shù)講座講稿勵磁系統(tǒng)與PSS2004年10月1. 前言 根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7409.17409.3-1997 “同步電機勵磁系統(tǒng)”的規(guī)定的定義， 同步電機勵磁系統(tǒng)是“提供電機磁場電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置以及保護裝置”。勵磁控制系統(tǒng)是包括控制對象的反饋控制系統(tǒng)。勵磁控制系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行都有重要的影響。我國國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對勵磁控制系統(tǒng)提出了具體的要求。這里，就勵磁系統(tǒng)分類、對勵磁控制系統(tǒng)的要求、勵磁控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)系、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等幾個問題和大家一起進行討論。2. 勵磁系統(tǒng)分類同步電機勵磁系統(tǒng)的分類方法有多種。主要的方

2、法有兩種，即按同步電機勵磁電源的提供方式分類和同步電機勵磁電壓響應(yīng)速度分類兩種分類方法。 按同步電機勵磁電源的提供方式不同，同步電機勵磁系統(tǒng)可以分為直流勵磁機勵磁系統(tǒng)，交流勵磁機勵磁系統(tǒng)和靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)。 按同步電機勵磁電壓響應(yīng)速度的不同，同步電機勵磁系統(tǒng)可以分為常規(guī)勵磁系統(tǒng)、快速勵磁系統(tǒng)和高起始勵磁系統(tǒng)。2.1 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)由直流發(fā)電機（直流勵磁機）提供勵磁電源的勵磁系統(tǒng)叫直流勵磁機勵磁系統(tǒng)。它主要由直流勵磁機和勵磁調(diào)節(jié)器組成。早期的中小容量的同步電機的勵磁調(diào)節(jié)器從發(fā)電機的PT(電壓互感器)和CT（電流互感器）取得電源；較大容量的同步電機的勵磁調(diào)節(jié)器的電源有時經(jīng)勵磁變壓器取自發(fā)電機

3、端時，此時，勵磁變壓器也是主要組成部分（圖2-1）。 同步電機的勵磁電源是直流勵磁機的輸出，勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機運行工況調(diào)節(jié)直流勵磁機的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求。直流勵磁機主要采用由原動機拖動與主發(fā)電機同軸的拖動方式，少數(shù)（主要是備用勵磁機）為由異步電動機非同軸的拖動方式。直流勵磁機的勵磁方式，主要有它勵、自并勵和自勵加它勵三種方式 。它勵方式的直流勵磁機的勵磁全部由勵磁調(diào)節(jié)器提供；自并勵方式的直流勵磁機的勵磁全部由直流勵磁機本身提供，勵磁調(diào)節(jié)的任務(wù)是通過調(diào)節(jié)與勵磁繞組相串聯(lián)的電阻的大小來實現(xiàn)的；自勵加它勵方式的直流勵磁機的勵磁，一部分由勵磁調(diào)節(jié)器提供

4、，一部分由直流勵磁機本身提供。勵磁調(diào)節(jié)器提供的勵磁安-匝與總勵磁安-匝之比稱為自勵系數(shù)。早期的直流勵磁機還有采用副勵磁機做它勵電源的，現(xiàn)在已不再采用了。由于直流勵磁機是與主發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)，對于汽輪發(fā)電機來說，速度較高，受換向器（整流子）的限制，容量不能做得太大。我國生產(chǎn)的、使用直流勵磁機勵磁系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機的最大容量為125MW。對于水輪發(fā)電機來說，速度較低，直流勵磁機的容量可能做得大一些，我國生產(chǎn)的、使用直流勵磁機勵磁系統(tǒng)的水輪發(fā)電機的最大容量達到300MW。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和在電力工業(yè)中的應(yīng)用，直流勵磁機勵磁系統(tǒng)，我國新投產(chǎn)的100MW及以上的發(fā)電機已不再使用直流勵磁機勵磁系統(tǒng)了。1

5、-發(fā)電機定子 4-滅磁電阻 7-手動調(diào)節(jié)電阻2-發(fā)電機勵磁繞組 5-直流勵磁機 8-強勵開關(guān)3-滅磁開關(guān) 6-直流勵磁機勵磁繞組 9-自動勵磁調(diào)節(jié)器 圖 2-1 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)原理圖2.2 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)由交流發(fā)電機（交流勵磁機）提供勵磁電源的勵磁系統(tǒng)叫交流勵磁機勵磁系統(tǒng)。交流勵磁機為50200Hz的三相交流發(fā)電機，交流勵磁機的三相交流電壓經(jīng)三相全波橋式整流裝置整流后變?yōu)橹绷麟妷?，向同步發(fā)電機提供勵磁。交流勵磁機的拖動方式為由原動機拖動與主發(fā)電機同軸的拖動方式。交流勵磁機的勵磁方式絕大部分為它勵方式，只有極少數(shù)采用復(fù)勵（有串激繞組）方式。根據(jù)整流裝置采用的整流元件的不同，交流勵磁機勵磁

6、系統(tǒng)可分為交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)和交流勵磁機可控整流器勵磁系統(tǒng)。交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)一般由交流勵磁機、不可控整流裝置、勵磁調(diào)節(jié)器和交流副勵磁機等組成（圖2-2）。 同步發(fā)電機的勵磁電源是交流勵磁機的輸出。不可控整流裝置將交流勵磁機輸出的三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機運行工況調(diào)節(jié)交流勵磁機的勵磁電流和輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求。勵磁調(diào)節(jié)器從同軸副勵磁機取得電源。副勵磁機一般為350500Hz的中頻永磁交流發(fā)電機。有些交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)的勵磁調(diào)節(jié)器，不是從同軸副勵磁機取得電源

7、，而是通過勵磁變壓器從發(fā)電機機端取得電源，此時，勵磁變壓器也是主要組成部分（圖2-2虛線所示）。勵磁調(diào)節(jié)器的電源由同軸副勵磁機供給時簡稱為三機系統(tǒng)；勵磁調(diào)節(jié)器的電源通過勵磁變壓器由發(fā)電機供給時簡稱為兩機系統(tǒng)。兩機系統(tǒng)中勵磁調(diào)節(jié)器的最大輸出電壓與發(fā)電機的機端電壓的大小成正比。1-副勵磁機 2-調(diào)節(jié)器功率單元 3-主勵磁機勵磁繞組 4-主勵磁機 5-靜止整流器 6-發(fā)電機 7-電壓互感器 8-電流互感器 K-滅磁開關(guān) R-滅磁電阻 圖 2-2 交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)原理圖 當(dāng)不可控整流裝置為靜止整流裝置時，稱為交流勵磁機不可控靜止整流器勵磁系統(tǒng)，一般簡稱為交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)。此時

8、，交流勵磁機的勵磁繞組在轉(zhuǎn)子上，與發(fā)電機轉(zhuǎn)子及副勵磁機轉(zhuǎn)子同軸同速旋轉(zhuǎn)。交流勵磁機的電樞、 不可控整流裝置和勵磁調(diào)節(jié)器都是靜止的。 交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)中的交流勵磁機和發(fā)電機都需要配滑環(huán)、炭刷。又稱為有刷勵磁(系統(tǒng))。但是交流機本身沒有換向問題，因此，其容量不受限制。但是，由于旋轉(zhuǎn)部件較多，勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性也較多。同時，由于軸系長，軸承座較多。容易引起機組振動超標(biāo)，軸系穩(wěn)定問題應(yīng)引起注意。當(dāng)不可控整流裝置采用旋轉(zhuǎn)整流器時，稱為交流勵磁機不可控旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)，一般簡稱為交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)。此時，交流勵磁機的勵磁繞組在定子上，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上。勵磁調(diào)節(jié)器是靜止的，交流

9、勵磁機的勵磁繞組也是靜止的。交流勵磁機的電樞繞組、副勵磁機轉(zhuǎn)子、不可控整流裝置與發(fā)電機轉(zhuǎn)子同軸同速旋轉(zhuǎn)。交流勵磁機和發(fā)電機都不需要配滑環(huán)、炭刷，因此，這種勵磁系統(tǒng)又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。無刷勵磁系統(tǒng)的主要特點是：交流勵磁機和發(fā)電機都沒有滑環(huán)、炭刷，勵磁容量可以不受限制；沒有滑環(huán)、炭刷，運行維護方便；沒有滑環(huán)、炭刷，不會產(chǎn)生火花，可以使用于有易燃、易爆氣體的場合；沒有滑環(huán)、炭刷，不會產(chǎn)生炭粉和銅末，因而不會導(dǎo)致電機繞組的絕緣被污染而降低絕緣水平。 三機系統(tǒng)和兩機系統(tǒng)都可以是無刷勵磁系統(tǒng)。 交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)是目前我國電力系統(tǒng)中使用最多的勵磁系統(tǒng)。 交流勵磁機可控整流器勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機

10、可控整流器勵磁系統(tǒng)由三相可控整流橋、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器、交流勵磁機及其自勵恒壓裝置（系統(tǒng)）組成（圖2-3）。同步電機的勵磁電源是交流勵磁機的輸出?？煽卣餮b置將交流勵磁機輸出的三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機運行工況調(diào)節(jié)可控整流器的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)可控整流裝置的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求。這種勵磁系統(tǒng)也稱為它勵可控硅勵磁系統(tǒng)。ZLH交流主勵磁機自勵恒壓系統(tǒng) KZ-可控整流橋 FLQ-發(fā)電機轉(zhuǎn)子 F-發(fā)電機定子 YH-電壓互感器 LH-電流互感器圖2-3 交流勵磁機可控正流器勵磁系統(tǒng)原理圖在我國使用的交流勵磁機可控整流器勵磁系統(tǒng)，絕大部分是

11、隨發(fā)電機一起從俄羅斯和捷克等國家進口的。發(fā)電機容量從200MW1000MW不等。國內(nèi)基本沒有正式生產(chǎn)這種勵磁系統(tǒng)。2.3 靜止勵磁機勵磁系統(tǒng) 靜止勵磁機是指從一個或多個靜止電源取得功率，使用靜止整流器向發(fā)電機提供直流勵磁電源的勵磁機。由靜止勵磁機向同步發(fā)電機提供勵磁的勵磁系統(tǒng)稱為靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)。 靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)分為電勢源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)和復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)。 電勢源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)又稱為自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，有時也簡稱為機端變勵磁系統(tǒng)或靜止勵磁系統(tǒng)。同步電機的勵磁電源取自同步電機本身的機端。它主要由勵磁變壓器、自動勵磁調(diào)節(jié)器、可控整流裝置和起勵裝置組成（圖2-4）。勵磁變壓器從

12、機端取得功率并將電壓降低到所要求的數(shù)值上；可控整流裝置將勵磁變壓器二次交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓；自動勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機運行工況調(diào)節(jié)可控整流器的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)可控整流裝置的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求；起勵裝置給同步電機一定數(shù)量（通常為同步電機空載額定勵磁電流的1030%）的初始勵磁，以建立整個系統(tǒng)正常工作所需的最低機端電壓，初始勵磁一旦建立起來，起勵裝置就將自動退出工作。從廠用電系統(tǒng)取得勵磁電源的可控整流器勵磁系統(tǒng)，當(dāng)其電壓基本穩(wěn)定，與發(fā)電機端電壓水平基本無關(guān)時，可以看作為它勵可控硅勵磁系統(tǒng)；當(dāng)廠用電系統(tǒng)電壓與發(fā)電機端電壓水平密切相關(guān)時，看作為自并勵靜止

13、勵磁系統(tǒng)。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：無旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡單，軸系短，穩(wěn)定性好；勵磁變壓器的二次電壓和容量可以根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求而單獨設(shè)計。響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)性能好，有利于提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的主要缺點是，它的電壓調(diào)節(jié)通道容易產(chǎn)生負(fù)阻尼作用，導(dǎo)致電力系統(tǒng)低頻振蕩的發(fā)生，降低了電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。但是，通過引入附加勵磁控制（即采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器-PSS）, 完全可以克服這一缺點。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的正阻尼作用完全可以超過電壓調(diào)節(jié)通道的負(fù)阻尼作用，從而提高電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。這點，已經(jīng)為國內(nèi)外電力系統(tǒng)的實踐所證明。美國GE公司生產(chǎn)的稱為GENERREX-PS

14、S的勵磁系統(tǒng)在我國也有應(yīng)用。其接線圖如圖8所示。這是一個性能上介于自并勵靜止勵磁系統(tǒng)和它勵可控硅勵磁系統(tǒng)之間的勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機的勵磁功率由定子繞組槽內(nèi)的三根附加線棒（稱為P線棒）提供的。三根P線棒分別放置在定子上相互為120空間幾何角度的三個槽內(nèi)，組成的線圈切割氣隙磁通，產(chǎn)生基頻電勢?；l電勢被接到勵磁變壓器的一次側(cè)。勵磁變壓器的二次電壓接到可控整流裝置，整流后向發(fā)電機提高勵磁。復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)又稱為自復(fù)勵靜止勵磁系統(tǒng)，它采用電壓源整流變壓器和電流源整流變壓器兩種整流變壓器。 復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)主要有三種形式 整流器直流側(cè)兩個電源串聯(lián)、電壓相加； 整流器交流側(cè)兩個電源并聯(lián)、電流相

15、加； 整流器交流側(cè)兩個電源串聯(lián)、電壓相加。國產(chǎn)水輪發(fā)電機上曾采用過整流器交流側(cè)兩個電源串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)，進口水輪發(fā)電機上曾采用過整流器直流側(cè)兩個電源串聯(lián)、電壓相加的復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)?，F(xiàn)在已經(jīng)基本上不再采用復(fù)合源靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)了。KZ-可控整流橋 FLQ-發(fā)電機轉(zhuǎn)子 F-發(fā)電機定子 YH-電壓互感器 LH-電流互感器 LB-勵磁變壓器 圖2-4 自并勵靜止勵磁系統(tǒng) 按同步電機勵磁電壓響應(yīng)速度的不同，同步電機勵磁系統(tǒng)可以分為常規(guī)勵磁系統(tǒng)、快速勵磁系統(tǒng)和高起始勵磁系統(tǒng)。 常規(guī)勵磁系統(tǒng)是指勵磁機時間常數(shù)在0.5s左右及大于0.5s的勵磁系統(tǒng)。直流勵磁機勵磁系統(tǒng)，無特

16、殊措施的交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)都屬于常規(guī)勵磁系統(tǒng)。 快速勵磁系統(tǒng)是指勵磁機時間常數(shù)小于0.05s的勵磁系統(tǒng)。交流勵磁機可控整流器勵磁系統(tǒng)，靜止勵磁機勵磁系統(tǒng)都屬于快速勵磁系統(tǒng)。 高起始勵磁系統(tǒng)是指發(fā)電機機端電壓從100%下降到80%時，勵磁系統(tǒng)達到頂值電壓與額定負(fù)載時同步電機磁場電壓之差的95%所需時間等于或小于0.1s的勵磁系統(tǒng)。這種勵磁系統(tǒng)主要是指采用了特殊措施的交流勵磁機不可控整流器勵磁系統(tǒng)。所采用的措施主要為加大副勵磁機容量和增加發(fā)電機磁場電壓（或交流勵磁機勵磁電流）硬負(fù)反饋。直流勵磁機勵磁系統(tǒng)在采用相應(yīng)措施后也可達到或接近高起始勵磁系統(tǒng)。3. 國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對勵磁系統(tǒng)和勵

17、磁控制系統(tǒng)的基本要求 勵磁系統(tǒng)和勵磁控制系統(tǒng)的含義不同。勵磁系統(tǒng)是“提供電機磁場電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置以及保護裝置”，而勵磁控制系統(tǒng)則是包括所有調(diào)節(jié)與控制元件和控制對象(同步電機)的反饋控制系統(tǒng)，不包括那些不參與調(diào)節(jié)與控制的元件如滅磁裝置等。 勵磁系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7409.17409.3-1997 “同步電機勵磁系統(tǒng)”對勵磁系統(tǒng)的基本性能做出了規(guī)定，主要有3.1 當(dāng)同步發(fā)電機的勵磁電壓和電流不超過其額定勵磁電壓和電流的1.1倍時，勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證能連續(xù)運行。3.2 勵磁頂值電壓應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)情況與發(fā)電機在電網(wǎng)中的地位確定，但必須：勵磁系統(tǒng)頂值電壓的倍數(shù)：

18、a. 100MW及以上汽輪發(fā)電機不低于1.8倍； b 50MW及以上水輪發(fā)電機不低于2.0倍； c 其他不低于1.6倍。3.3 對于用電勢源靜止勵磁機的系統(tǒng),其勵磁頂值電壓倍數(shù)應(yīng)按發(fā)電機端正序電壓為額定值80時計算。3.4 勵磁系統(tǒng)允許強勵時間應(yīng)不小于10s。3.5 勵磁系統(tǒng)標(biāo)稱響應(yīng)50MW及以上水輪發(fā)電機和 100MW及以上的汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的標(biāo)稱響應(yīng)不低于 2單位秒；其他不低于1單位秒。3.6 自動電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證能在發(fā)電機空載額定電壓的70%110%范圍內(nèi)進行穩(wěn)定、平滑地調(diào)節(jié)。3.7 勵磁系統(tǒng)的手動控制單元，應(yīng)保證同步發(fā)電機磁場電壓能在空載磁場電壓的20到額定磁場電壓的110范圍內(nèi)穩(wěn)定

19、地平滑調(diào)節(jié)。3.8 同步發(fā)電機在空載運行狀態(tài)下，自動電壓調(diào)節(jié)器和手動控制單元的給定電壓變化速度每秒不大于發(fā)電機額定電壓的1，不小于0.3。3.9 勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證同步發(fā)電機端電壓調(diào)差率（無功電流補償率）： 半導(dǎo)體型士10 電磁型土53.10 勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證同步發(fā)電機端電壓靜差率： 半導(dǎo)體型士1 電磁型土33.11 勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證在發(fā)電機空載運行狀態(tài)下，頻率變化1時，端電壓變化率： 半導(dǎo)體型士0.25 電磁型士23.12 在空載額定電壓情況下，當(dāng)發(fā)電機給定階躍為土 10時，發(fā)電機電壓超調(diào)量應(yīng)不大于階躍量的50，擺動次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時間不超過10。3.13 當(dāng)同步發(fā)電機突然零起升壓時，自動電壓調(diào)

20、節(jié)器應(yīng)保證其端電壓超調(diào)量不得超過額定值的15，電壓擺動次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時間應(yīng)不超過10。3.14 自動電壓調(diào)節(jié)器按用戶要求可以全部或部分裝設(shè)以下附加功能： a遠方或就地給定裝置； b電壓互感器斷線保護； c負(fù)載電流（無功或有功）補償； d過勵限制； e欠勵限制； f伏赫比（VHz ）限制； g.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ ）； h過勵磁保護； i其他附加功能。3.15 當(dāng)磁場電流小于1.1倍額定值時，磁場繞組兩端所加的整流電壓最大瞬時值不應(yīng)大于規(guī)定的磁場繞組出廠試驗電壓幅值的30。3.16 同步發(fā)電機磁場回路使用功率整流器的勵磁系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過電壓保護，并在運行中可能發(fā)生有害過電壓情況下可靠地動作。

21、無刷勵磁系統(tǒng)叮以不加裝轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置。3.17 勵磁系統(tǒng)應(yīng)有自動滅磁功能。能在下述工況可靠的滅磁： a發(fā)電機運行在系統(tǒng)中，其磁場電流不超過額定值，定子回路外部短路或內(nèi)部短路； b發(fā)電機空載； c發(fā)電機空載強勵。3.18 使用功率整流器的勵磁系統(tǒng)中的功率整流器，其并支路數(shù)等于或大于4，而有1/4支路退出運行時，應(yīng)保證包括強勵在內(nèi)的所有運行工況所需的勵磁電流，其1/2支路退出運行及并聯(lián)支路數(shù)小于4，而有一條支路退出運行時，應(yīng)保證同步發(fā)電機額定工況連續(xù)運行所需勵磁電流。3.19 靜止勵磁系統(tǒng)應(yīng)能可靠起勵，起勵電源可采用直流或交流整流電源。3.20 勵磁系統(tǒng)中設(shè)有必要的信號及保護裝置，以防止和監(jiān)視

22、勵磁系統(tǒng)各種故障擴大。3.21 勵磁系統(tǒng)控制柜的噪聲應(yīng)不大于 80 d b (）。3.22 勵磁系統(tǒng)平均強迫切除率應(yīng)不大于0.2。4. 勵磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)同步發(fā)電機尤其是大型同步發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有重要的影響。勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)雖然可以很多，但其主要任務(wù)（在可靠性高的前提下）是維持發(fā)電機（或其他控制點例如電廠高壓側(cè)母線）的電壓在給定值水平上和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 4.1 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的最基本和最主要的任務(wù)是維持發(fā)電機電壓在給定水平上同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)可以完成許多任務(wù)，但其中最基本和最重要的任務(wù)是維持發(fā)電機端（或指定控制點）電壓在給定的水平上。我

23、國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自動電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機端電壓靜差率小于1%。 這就要求勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益（穩(wěn)態(tài)增益）不小于100p.u（對水輪發(fā)電機）或200p.u（對汽輪發(fā)電機）。把發(fā)電機端電壓維持在把維持電壓水平看作勵磁控制系統(tǒng)最基本最主要的任務(wù)，有以下三個主要原因。第一，保證電力系統(tǒng)運行設(shè)備的安全。電力系統(tǒng)中運行的設(shè)備都有其額定運行電壓和最高運行電壓。發(fā)電機電壓水平是電力系統(tǒng)各點運行電壓水平的基礎(chǔ)，保證發(fā)電機端電壓在容許水平上，是保證發(fā)電機電壓及系統(tǒng)各點電壓在容許水平上的基礎(chǔ)條件之一，也就是保證發(fā)電機及電力系統(tǒng)設(shè)備安全運行的基本條件之一，這就要求發(fā)電機勵磁系統(tǒng)不但能夠在靜態(tài)，而且能在大擾動后

24、的穩(wěn)態(tài)中能保證發(fā)電機電壓水平在給定的容許水平上。發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定大型同步發(fā)電機運行電壓正常變化范圍為5%，最高電壓不得高于額定值的110%。第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性發(fā)電機在額定值附近運行是最經(jīng)濟的。當(dāng)發(fā)電機電壓下降時，輸出同樣的功率所需要定子電流會上升，損耗增加。當(dāng)發(fā)電機電壓下降過大時，由于定子電流的限制，將使發(fā)電機的出力受到限制。因此，規(guī)程3規(guī)定，大型發(fā)電機運行電壓不能低于額定值的90%，當(dāng)發(fā)電機電壓低于95%時，發(fā)電機應(yīng)限負(fù)荷運行，其他電力設(shè)備也有這個問題。第三，提高維持發(fā)電機電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。從下面分析可以看到，提高勵磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機電壓

25、水平的能力的同時，也提高了電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定水平。4.2 同步電機勵磁系控制統(tǒng)的重要任務(wù)是提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定可分為功角（機電）穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定等。功角穩(wěn)定包括靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的改善，都有顯著的作用，而且也是改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施中，最為簡單、經(jīng)濟而有效的措施。4.2.1 同步電機勵磁控制系統(tǒng)對提高靜態(tài)穩(wěn)定的作用 以圖4-1為一個單機無限大母線系統(tǒng)，發(fā)電機輸送功率可以表示為Xd，Xq，XdXT1XT2XL圖4-1 單機無限大母線系統(tǒng)(4-1) (4-2) (4-3) 其中 設(shè)Ut=1.0,Us=1.0,發(fā)電機

26、并網(wǎng)后運行人員不再手動去調(diào)整勵磁,則無電壓調(diào)節(jié)器時的靜穩(wěn)極限、有能維持E恒定的調(diào)壓器時的極限、有能維持發(fā)電機端電壓恒定的調(diào)壓器時的靜穩(wěn)極限分別為：0.4、0.77和1.0。 可見，當(dāng)自動電壓調(diào)節(jié)器能維持發(fā)電機電壓恒定時,靜態(tài)穩(wěn)定極限達到線路極限,比維持E恒定的調(diào)節(jié)器,提高靜穩(wěn)極限約30%.維持發(fā)電機電壓水平的要求與提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限的要求是一致的，是兼容的。當(dāng)勵磁控制系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機電壓為恒定值時,不論是快速勵磁系統(tǒng),還是常規(guī)勵磁系統(tǒng),靜態(tài)穩(wěn)定極限都可以達到線路極限。4.2.2 同步電機勵磁控制系統(tǒng)系統(tǒng)對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用 暫態(tài)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)受大擾動后的穩(wěn)定性。勵磁控制系統(tǒng)的作用主要由

27、三個因素決定。 (1) 勵磁系統(tǒng)強勵頂值倍數(shù) 提高勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)可以提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。提高勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的要求，與提高調(diào)壓精度并沒有矛盾，是兼容的。(2) 勵磁系統(tǒng)頂值電壓響應(yīng)比 勵磁系統(tǒng)頂值電壓響應(yīng)比越大，勵磁系統(tǒng)輸出電壓達到頂值的時間越短，對提高暫態(tài)穩(wěn)定越有利。頂值電壓響應(yīng)比，主要由勵磁系統(tǒng)的型式?jīng)Q定，但是，勵磁控制器的控制規(guī)律和參數(shù)對電壓響應(yīng)比也可以有舉足輕重的影響。有優(yōu)良控制規(guī)律和參數(shù)的勵磁控制系統(tǒng)，可以把一個慢速勵磁改造成一個接近快速勵磁系統(tǒng)的高起始勵磁系統(tǒng)，一個規(guī)律和參數(shù)不合理的勵磁控制裝置也可以把一個快速勵磁系統(tǒng)改變?yōu)橐粋€慢速勵磁系統(tǒng)。 在相同的控制規(guī)律下，增大勵磁控制系

28、統(tǒng)的開環(huán)增益可以提高勵磁電壓響應(yīng)比，同時，也提高了電壓調(diào)節(jié)精度。(3) 勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的利用程度充分利用勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)，也是發(fā)揮勵磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定作用的一個重要因素。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，勵磁系統(tǒng)的輸出電壓達不到頂值，或者維持頂值的時間很短，在發(fā)電機電壓還沒有恢復(fù)到故障前的值時，就不進行強勵了，那么，它的強勵倍數(shù)就沒有很好發(fā)揮，改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果就不好。充分利用勵磁系統(tǒng)頂值電壓的措施之一，就是提高勵磁控制系統(tǒng)開環(huán)增益，開環(huán)增益越大，強勵倍數(shù)利用越充分，調(diào)壓精度也越高，也就越有利于改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。 由此可見，提高勵磁控制系統(tǒng)保持端電壓水平的能力，與提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是一致的、兼容

29、的。4.2.3 同步電機勵磁控制系統(tǒng)系統(tǒng)對提高動態(tài)穩(wěn)定的作用電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定問題，可以理解為電力系統(tǒng)機電振蕩的阻尼問題。分析證明，勵磁控制系統(tǒng)中的自動電壓調(diào)節(jié)作用，是造成電力系統(tǒng)機電振蕩阻尼變?nèi)酰ㄉ踔磷冐?fù)）的最重要的原因之一。在一定的運行方式及勵磁系統(tǒng)參數(shù)下，電壓調(diào)節(jié)作用，在維持發(fā)電機電壓恒定的同時，將產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。許多研究表明，在正常實用的范圍內(nèi)，勵磁電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用會隨著開環(huán)增益的增大而加強。因此提高電壓調(diào)節(jié)精度的要求和提高動態(tài)穩(wěn)定的要求是不兼容的。解決這個不兼容性的辦法有：(1) 放棄調(diào)壓精度要求，減少勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益。這對靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性均有不利的影響，是不可取

30、的。(2) 電壓調(diào)節(jié)通道中，增加一個動態(tài)增益衰減環(huán)節(jié)。這種方法可以達到既保持電壓調(diào)節(jié)精度，又可減少電壓調(diào)壓通道的負(fù)阻尼作用的兩個目的。但是，這個環(huán)節(jié)使勵磁電壓響應(yīng)比減少，不利于暫態(tài)穩(wěn)定，也是不可取的。(3) 在勵磁控制系統(tǒng)中，增加附加勵磁控制通道解決電壓調(diào)節(jié)精度和動態(tài)穩(wěn)定之間矛盾的有效措施，是在勵磁控制系統(tǒng)中，增加其他控制信號。這種控制信號可以提供正的阻尼作用，使整個勵磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使動態(tài)穩(wěn)定極限的水平達到和超過咱態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的水平。這種控制信號不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機端電壓水平的能力，不改變其主要控制的地位。因此，又稱為附加勵磁控制。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器即

31、PSS是使用最廣、最簡單而有效的附加勵磁控制。4.2.4 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是電網(wǎng)和電廠的共同責(zé)任和共同的利益所在 電力系統(tǒng)是由發(fā)電（發(fā)電廠）、輸電（電網(wǎng)）和用電（配電、供電和用戶）三部分組成的。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由發(fā)電的穩(wěn)定性、輸電的穩(wěn)定性和用電的穩(wěn)定性來共同實現(xiàn)的，缺一不可。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性不但和電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運行方式的合理安排有關(guān)，而且和發(fā)電機的控制系統(tǒng)的規(guī)律和參數(shù)有重要的關(guān)系。也只有電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了，才能保證每個發(fā)電廠有更多的安全、滿發(fā)的機會。把提高和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定的任務(wù)看作僅僅是電網(wǎng)的事、與電廠無關(guān)的想法是片面的、錯誤的。5. 對勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求為了發(fā)揮勵磁控制系統(tǒng)在

32、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定上的作用，勵磁控制系統(tǒng)本身必須是穩(wěn)定的。 勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括空載穩(wěn)定性和負(fù)載穩(wěn)定性。勵磁控制系統(tǒng)的空載穩(wěn)定性是指發(fā)電機不并網(wǎng)、空載條件下的穩(wěn)定性。由發(fā)電機空載條件下的階躍響應(yīng)試驗來檢驗。應(yīng)當(dāng)注意的是，勵磁控制系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)該能滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)各項指標(biāo)的要求，而不能用降低要求的條件下來達到穩(wěn)定性的要求。勵磁控制系統(tǒng)的負(fù)載穩(wěn)定性是指發(fā)電機并網(wǎng)帶空載條件下的穩(wěn)定性。勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)該能在發(fā)電機并網(wǎng)后的各種運行工況下（包括進相運行、伏/赫限制動作、低勵磁限制動作、過勵磁限制動作等）保持穩(wěn)定性。6. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的原理與實踐由于電力系統(tǒng)的發(fā)展、互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和擴大、快速自動勵磁

33、調(diào)節(jié)器和快速勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用，國內(nèi)外不少電力系統(tǒng)出現(xiàn)了低頻功率振蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，成為制約聯(lián)絡(luò)線輸送功率極限提高的最重要因素之一。自上世紀(jì)50年代末開始，國外就對低頻振蕩問題和應(yīng)采取的措施進行了研究并在實際電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。上世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)在建設(shè)古比雪夫莫斯科輸電系統(tǒng)時就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線路輸電功率達到某一定值后，系統(tǒng)就會在沒有任何明顯的擾動下也出現(xiàn)增幅振蕩。他們稱之為“自發(fā)振蕩”，其實質(zhì)就是今天說的低頻振蕩。他們研制了“強力式勵磁調(diào)節(jié)器”解決了這個問題。“強力式勵磁調(diào)節(jié)器”就是在原有的電壓調(diào)節(jié)器功能（按發(fā)電機端電壓的偏差進行調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁）的基礎(chǔ)上，引入了發(fā)電機定子電流的

34、偏差I(lǐng)，一次微分I和二次微分I（早期）或機端電壓頻率的偏差f和一次微分f作為附加控制（反饋）信號，進行發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)，有效的解決了“自發(fā)振蕩”問題，滿足了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求。上世紀(jì)60年代，北美電力系統(tǒng)發(fā)生了功率振蕩，他們稱為低頻振蕩。其后，在西歐、日本也多次發(fā)生輸電線功率低頻振蕩的事例，于是引起了各國對低頻振蕩問題的普遍重視。1964年在美國西部即WSCC將水電為主的西北部與火電為主的西南部用230Kv聯(lián)絡(luò)線連接后, 出現(xiàn)了6周/分即0.1Hz的功率振蕩, 研究證明該振蕩可以用火電機組調(diào)速器特殊控制加以消除.此后，WSCC在92年12月8日，93年3月14日及95年7月11日,

35、 96年7月2日，96年8月10日先后發(fā)生了五次低頻振蕩。其中96年8月1O日最為典型亦最為嚴(yán)重, 現(xiàn)將當(dāng)時的過程簡述如下：當(dāng)天 WSCC處于水電大發(fā), 向南輸送很重的負(fù)荷. 由于一條500Kv聯(lián)絡(luò)線故障斷開, 潮流轉(zhuǎn)移使得局部地區(qū)電壓偏低, 此時一個水電廠13臺機組由于勵磁誤動而相繼斷開, 系統(tǒng)出現(xiàn)了0.2Hz左右的增幅低頻振蕩, 使系統(tǒng)失去穩(wěn)定, 解列成數(shù)個小系統(tǒng)。為了抑制低頻振蕩，研制了以發(fā)電機功率、發(fā)電機組的軸速度、發(fā)電機機端電壓頻率為信號的附加勵磁控制裝置，他們稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，即PSS，并在系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。美國第一臺抑制低頻振蕩用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)與1966年投入工

36、業(yè)試驗。由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器具有物理概念清楚、參數(shù)易于選擇、電路簡單、調(diào)試方便等優(yōu)點，已為各國電力系統(tǒng)普遍接受和采用。我國從上世紀(jì)80年代初開始，在多個省級電力系統(tǒng)和互聯(lián)電力系統(tǒng)中發(fā)生過低頻振蕩。1983年，湖南電力系統(tǒng)的鳳常線、湖北電力系統(tǒng)的葛鳳線；1984年廣東香港互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線；1994年南方互聯(lián)系統(tǒng)的天廣線；1998年川渝電網(wǎng)的二灘電力送出系統(tǒng)；2003年2月23日、3月6日和3月7日的上午7時至8時間，在南方電網(wǎng)的云南至天生橋（羅馬線）、天生橋至廣東、廣東至香港的聯(lián)絡(luò)線上；都曾出現(xiàn)個低頻振蕩。經(jīng)過分析和研究，這些低頻振蕩都是勵磁系統(tǒng)的負(fù)阻尼作用引起的。只要在相應(yīng)的機組上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定

37、器，就可以制止這種低頻振蕩的發(fā)生。在過去的幾年里，我國的電力系統(tǒng)經(jīng)歷了由?。▍^(qū)）間聯(lián)網(wǎng)到大區(qū)電網(wǎng)間互聯(lián)的飛速發(fā)展。2001年，實現(xiàn)了東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)的互聯(lián)，2002年實現(xiàn)了川渝電網(wǎng)和和華中電網(wǎng)的互聯(lián)，華中電網(wǎng)和華北電網(wǎng)即將在2003年實現(xiàn)互聯(lián)。華中和華北聯(lián)網(wǎng)，將形成從四川二灘電站到東北伊敏電站，綿延數(shù)千公里，包括川渝、華中、華北、東北4個大區(qū)的巨大電網(wǎng)。南方互聯(lián)電網(wǎng)（包括粵、黔、滇三省和廣西、香港兩區(qū)）也綿延兩千公里左右。聯(lián)網(wǎng)工程的研究表明，隨著電網(wǎng)的擴大和送電功率的增加，動態(tài)穩(wěn)定問題（低頻振蕩問題）已成為影響互聯(lián)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的最重要的因素之一。研究同時表明，在互聯(lián)電力系統(tǒng)中一般

38、都存在兩種振蕩模式，即地區(qū)性振蕩模式（local model，頻率一般在0.52.0Hz）和區(qū)域間振蕩模式（interarea model或tieline model，頻率一般在0.12.0Hz）。研究還表明，解決屬于地區(qū)性振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，可以通過在一個或少數(shù)幾個電廠配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來完成；要解決屬于區(qū)域間振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，僅靠在一個或少數(shù)幾個發(fā)電廠配置PSS是不夠的，需要在一大批與該振蕩模相關(guān)的發(fā)電機上配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），才能有效地解決區(qū)域間振蕩模式的弱阻尼或負(fù)阻尼低頻振蕩問題，保證聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。 在我國，從20世紀(jì)70

39、年代末開始，對PSS進行了理論的和實驗室的試驗研究。1982年，我國自行設(shè)計和制造的帶電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的自動勵磁調(diào)節(jié)器在湖南鳳灘水電廠投入工業(yè)運行。1983年10月，在湖南電力系統(tǒng)進行了PSS阻尼電力系統(tǒng)低頻戰(zhàn)地的系統(tǒng)試驗，并取得了圓滿成功。最近，中國電力科學(xué)研究院又開發(fā)了“雙輸入信號的加速功率型”電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，在三峽電廠700MW發(fā)電機試驗成功，并投入運行。為解決全國聯(lián)網(wǎng)后出現(xiàn)的0.15Hz左右的低頻振蕩的阻尼作出了貢獻。6.1 低頻振蕩原因分析采用考慮發(fā)電機暫態(tài)電勢Eq變化的飛利普斯海佛容（Phillips-Heffrom）模型來分析電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩原因及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理是很方

40、便的。6.1.1 基本關(guān)系式考慮在暫態(tài)電勢Eq變化的單機無窮大母線系統(tǒng)（圖2-1）的數(shù)學(xué)模型如圖2-2所示，其中Ex（s）代表同步發(fā)電機的電壓控制系統(tǒng)（包括勵磁機和自動電壓調(diào)節(jié)器AVR），Ep(s)代表電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。U tUM，TdoXd，Xq，XdXe圖 6-1 單機無限大母線系統(tǒng)K1K4K5EP(S)EX(S)K6K2qEfdMe2Me1 圖6-2 單機無限大母線系統(tǒng)模型基本關(guān)系式有： （6-1） （6-2） （6-3） （6-4） （6-5） （6-6） （6-7） （6-8） （6-9） （6-10） （6-11） （6-12） (6-13） Utd0=iqoxq （6-14） （6

41、-15）式中，Xd、Xq、Xd分別為發(fā)電機縱軸電抗、橫軸電抗、縱軸暫態(tài)電抗 r 、X 分別為線路電阻和電抗 P0 、Q0 分別為發(fā)電機的有功、無功Ut0 、U 分別為發(fā)電機端電壓和無限大母線電壓 發(fā)電機工況（設(shè)）有一變化時，產(chǎn)生電壓變化K5，經(jīng)發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的力矩Meu 其中負(fù)號表示電壓調(diào)節(jié)器按電壓負(fù)增量調(diào)節(jié)。 （6-16）6.1.2 阻尼力矩系數(shù)和同步力矩系數(shù) 在研究低頻振蕩問題時，發(fā)電機之間仍保持同步運行，發(fā)電機內(nèi)各機電量、Ut、Me2、Eq、Efd等量可以認(rèn)為按某一低頻頻率（一般在0.2-2.5Hz范圍內(nèi)）作正弦振蕩。這樣，這些量都可以用正弦向量來表示。它們都可以在坐標(biāo)平面上以向量

42、表示（圖6-3）。在坐標(biāo)平面上，與正方向同相的力矩是正的同步力矩，與反相的力矩是負(fù)的同步力矩，與正方向同相的力矩是正阻尼力矩，與正方向相反相的力矩是負(fù)的阻尼力矩。一般地說，通過勵磁回路產(chǎn)生的電磁力矩Meu不會正好在軸或軸上，這時可以將它投影到軸和軸上，Meu在軸上的分量叫同步力矩分量，在軸的分量稱為阻尼力矩分量（圖6-3）。 以低頻振蕩頻率d代入式（2-16），即令sjd后就可以求得與相應(yīng)的電磁力矩Meu以及其同步力矩分量和阻尼力矩分量。Ksu，Kdu分別稱為電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的同步力矩系數(shù)和阻尼力矩系數(shù)。 0314 d為振蕩角頻率 KEX、EX分別為的模和角KDu0時，電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的阻尼作用為

43、負(fù)阻尼作用，KDu0時則為正阻尼作用。KEX和EX都是利息控制系統(tǒng)參數(shù)（增益和時間常數(shù)）及系數(shù)K3、K6的函數(shù)，因此，阻尼力矩系數(shù)KDU既是勵磁控制系數(shù)的函數(shù)又是同步電機運行工況（K2、K5、K6）的函數(shù)。K5-K5MeuMDUEquEX-K5K5MeuMDUEquEX (a) K50時AVR的阻尼力矩 (b) K50時AVR的阻尼力矩PeMepMDPEeqpEX-Pep(c) PSS的阻尼力矩圖 6-3 AVR和PSS的阻尼力矩6.1.3 同步電機不同工況下，模型系數(shù)K1K6的變化在電力系統(tǒng)運行的同步電機，大多數(shù)的工作狀態(tài)是固定的，一部分是作為同步發(fā)電機，主要向電力系統(tǒng)提供有功功率，根據(jù)電網(wǎng)

44、要求，可以發(fā)出無功、也可吸收無功；一部分是同步調(diào)相機，它主要用來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，它可以吸收電網(wǎng)無功，也可以向電網(wǎng)輸出無功；還有一部分是同步電動機，它主要從電網(wǎng)中吸收有功。以圖6-1的單機無窮大系統(tǒng)為例，計算了隱極轉(zhuǎn)子同步電機和凸極電機兩種情況下，同步電機有功從吸收1.0p.u到發(fā)出有1.0p.u變化過程中，系數(shù)K1K6的變化情況，計算時系統(tǒng)電壓U取0.98p.u,系統(tǒng)電抗X0.8。對每種電機又考慮了端電壓為1.03p.u和0.95p.u兩種情況。圖6-4為隱極式同步電機的計算結(jié)果，XdXq2.0，Xd0.3。由圖6-4可以看出：(1) 系數(shù)K3與電機的工況無關(guān)，在由電動機狀態(tài)到發(fā)電機狀態(tài)的滿負(fù)荷

45、范圍內(nèi)，K3為一常數(shù)，僅決定于電機參數(shù)和系統(tǒng)電抗。(2) 系數(shù)K6與同步電機的負(fù)荷有關(guān)，但在負(fù)荷大范圍變化時，其變化也不大，同步電機有功絕對值增大時，K6變小，且具有軸對稱特性。(3) 系數(shù)K1有較大變化。有功為零時，K1不為零，有功開始增大時，K1隨著有功的增大而增大，在某一有功下達到最大值，此后，有功進一步增大時，K1將隨有功的增大而減少。在所計算的有功范圍內(nèi)K1大于零。K1與有功的關(guān)系也具有軸對稱特性。(4) 系數(shù)K2和K4在電機有功為零時均為零，同步電機工作于發(fā)電機狀態(tài)時，K2、K4均為正，有功增大，K2和K4也增大；當(dāng)電機工作于電動機狀態(tài)時，K2和K4都為負(fù)值，吸收的有功越大，K2和

46、K4的絕對值也越大，具有原點對稱性質(zhì)。顯然有乘積K2K40。(5) 系數(shù)K5在同步電機空載時也為零。在發(fā)電狀態(tài)下，在輸出有功增加是最初一段范圍內(nèi)（圖6-4中的P00.25），K5也隨之增大，符號為正與有功相同。此后功率進一步增加時，K5減少，在到達某一臨界值Pe時（Uio1.03時，Pc0.48；Uio0.95時，Pc0.54），K5變?yōu)榱?，功率進一步增加，K5變負(fù)，與有功反號，且越來越負(fù)。在電動機狀態(tài)下工作時，情況相似，只是K5的符號正好相反。K5也具有原點對稱性質(zhì)，在吸收有功的最初一段范圍內(nèi)，K5為負(fù)并有最小值，與有功同號，以后K5逐漸變?yōu)榱?，吸收功率進一步增加時K5變正，與有功反號，且越

47、來越大。 圖6-5給出凸極電機時的曲線。Xd1.0，Xq0.65，Xd0.3，Ut0、U、X與圖6-4相同。 從圖6-5可以看出，K1、K2、K3、K4和K6的變化規(guī)律，對稱性質(zhì)與圖6-4完全相同，只是具體數(shù)值有區(qū)別。K5的原點對稱性也相同，區(qū)別在于，在有功從零開始的最初一段變化范圍內(nèi)，未出現(xiàn)K5與有功功率同號的情況，這點與具體參數(shù)有關(guān)。6.1.4 勵磁控制系統(tǒng)參數(shù)對同步電機阻尼的影響由式（6-19）可知，勵磁控制系統(tǒng)參數(shù)對阻尼力矩系數(shù)Kdu的影響，表現(xiàn)為乘積Kexsinex的大小和符號上。由圖6-4、圖6-5已知，系數(shù)K3與同步電機的運行工況無關(guān)，K6則變化不大，因此Kex，ex主要決定于勵

48、磁控制系統(tǒng)參數(shù)（電壓調(diào)節(jié)器及電機磁場回路參數(shù)），即開環(huán)增益和時間常數(shù)。圖6-6為以一快速勵磁系統(tǒng)為例（時間常數(shù)為0.05秒）的計算結(jié)果。它給出了Kex、ex、sinex和乘積Kexsinex與勵磁控制系統(tǒng)開環(huán)增益Ka的關(guān)系曲線。由圖6-6可知：（1） Kex隨著Ka的增大而增大。（2） ex隨著Ka的增大而減少，Ka1時，ex為-99，Ka增大時，ex逐漸減少，Ka達到200時，ex只有-10左右了；當(dāng)Ka，則有ex0。（3） sinex為負(fù)值，當(dāng)開環(huán)增益Ka趨向無限大時，sinex趨向于零。對于現(xiàn)代大型同步電機，均配有快速電壓調(diào)節(jié)器，因此，在低頻振蕩的頻率范圍內(nèi)，其滯后角ex一般均在0180

49、之間，因此sinex基本上均為負(fù)值。（4） 乘積Kexsinex在Ka從零開始增大的一段范圍內(nèi)（圖6-6中的040），Ka增大，乘積Kexsinex的絕對值也增大，阻尼力矩系數(shù)的絕對值Kdu也增大，Ka超過這個范圍后，在增大時，Kexsinex的絕對值反而減少，阻尼力矩系數(shù)Kdu也減少，Ka時，Kexsinex0，Kdu0。由此可見，在Ka變化時，自動電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的阻尼作用，先是隨著Ka的增大而增大，在某一臨界值后，將隨著Ka的增大而減少，Ka趨向于無限大時。阻尼作用也趨向于零。6.1.5 同步電機運行工況對阻尼力矩系數(shù)Kdu的影響從式（6-19）可知，運行工況對阻尼力矩系數(shù)的影響主要通過對

50、系數(shù)K2、K5的影響表現(xiàn)出來。當(dāng)電機工作于發(fā)電機狀態(tài)時，K20，在小負(fù)荷情況下（PPc時），K50，因此有K2K50。又因為Kexsinex0；因此阻尼力矩系數(shù)Kdu0；在重負(fù)荷情況下，K50，則有Kdu0，而且K2和K5的絕對值隨著負(fù)荷的增大而增大，因此，發(fā)電機負(fù)荷越重，Kdu越負(fù)，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用大于發(fā)電機的正阻尼因數(shù)時，合成阻尼為負(fù)，就會出現(xiàn)自發(fā)的低頻功率振蕩，這也就是低頻振蕩發(fā)生在重負(fù)荷弱聯(lián)系是情況下的原因。由于發(fā)電機工作狀態(tài)下，K2總是大于零的，因此，電壓調(diào)節(jié)器的阻尼作用可以通過系數(shù)K5的正負(fù)極大小來加以判斷。K50時為正阻尼作用，K50時為負(fù)阻尼作用，K5的絕對值增大，其阻

51、尼作用加大。同理，當(dāng)電機工作于電動機狀態(tài)時，也是在重負(fù)荷下容易發(fā)生低頻功率振蕩。圖6-4 發(fā)電機模型系數(shù)與發(fā)電機負(fù)荷的關(guān)系曲線 Xd=Xq=2.0,Xd=0.2,Xe=1.0圖6-5 發(fā)電機模型系數(shù)與發(fā)電機負(fù)荷的關(guān)系曲線 Xd=1.0,Xq=0.7,Xd=0.35,Xe=1.0Ta=.02,xd=1.0,xq=.70, xdp=0.35, xe=1.0, ut=us=1.0,Tdo=11.2,CM=6.4,CD=2.0 and f=0.8Hz. ANG1 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Pe ANG232.937 .5931 .4028 .6750 .2618 -.0600 .7219 .

52、3420 20.0Ta=.02,xd=2.0,xq=2.0,xdp=0.2,xe=1.0, Ut=Us=1.0,Tdo=11.2,CM=6.4,CD=2.0ANG1 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Pe ANG275.112 .6195 .8054 .4000 1.4496 -.0128 .6373 .5736 35.00圖6-6 Kex 、ex、sinex 與KA 的關(guān)系6.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理及參數(shù)選擇6.2.1 基本原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是同步電機勵磁系統(tǒng)的一個附加控制，它的控制作用也是通過電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用而實現(xiàn)的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號可以取同步電機的電功率、電機的功角、軸速度或它們的組合。如圖2-2中虛線部分所示，以電功率為信號作為例子說明電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理及參數(shù)選擇。設(shè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)為EP(S)，則它產(chǎn)生的電磁力矩為：試驗和分析可以說明，在低頻振蕩時，Pe和功角基本上同相，在平面上可以在軸上表示（圖63），即有： PeK 式（2-20）中“”號表示以電功率負(fù)增量進行控制。以sjd代入式（620）中，可求得通過-Pe附加勵磁控制即功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器產(chǎn)生的阻尼力矩系數(shù)Kdp為：Kdp-K2KKexKp