同步发电机励磁系统的功能解析

在正常运行或事故情况下，都需要调节同步发电机的励磁电流，励磁调节的功能如下：

1.电压控制及无功分配

在发电机正常运行工况下，当发电机负荷改变而端电压随之变化时，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。依靠励磁调节器的调节作用，励磁系统将自动地增大或减小其输出的励磁电流，使发电机端电压回复到给定水平。当几台机组并列运行时，励磁系统应能稳定地按发电机额定功率均匀分配机组的无功功率，维持电压水平，这是励磁调节应执行的基本任务。

2.提高同步发电机并列运行的稳定性

电力系统运行中最基本的要求是系统中所有同步发电机保持同步运行。系统在运行中随时会遭受各种扰动，在暂态过程结束后，依靠励磁调节系统若能恢复到它原来的同步运行状态，或者由一种平衡状态过渡到另一种新的平衡状态，这种情况下则称系统是稳定的。如果系统受到某种微小的扰动，例如负荷发生小的变化，同步发电机在小干扰后能稳定运行，称为静态稳定。如果扰动是一种大的冲击，例如输电网络中发生短路，系统将发生较强烈的振荡，这种情况下的稳定问题称为暂态稳定。励磁系统对提高同步发电机并列运行的稳定性具有重要作用。

（1）励磁对静态稳定的影响

静态稳定是指发电机在稳态运行时遭受到某种微小的扰动后，能够自动地恢复到原来的运行状态。静态稳定是电力系统能够正常运行的基本条件。

图3-1中曲线①是正常运行时发电机的功角特性，P=EVsinδ/X，工作点α处P=P₀，最大功率在δ=90°时为P_m=EV/X，定义静稳定功率储备系数μ_p=（P_m-P₀）/P₀，当励磁电流不变即电势E恒定时，曲线①被称为励磁不调节的内功率特性曲线。当采用灵敏快速的励磁调节后，功率特性可如图中曲线②所示，增大励磁电流使电势E增大可显著增大P_m。若仍按功率P₀运行，则提高了静稳定储备，如果按原来E不变时的静稳定储备系数运行，则可增大输送功率。因此，发电机的励磁调节，特别是采用性能优良的励磁系统，对增大传输功率、提高静态稳定的效果是显著的，而且是经济的。(www.xing528.com)

图3-1 调节励磁对功角特性的的影响

（2）励磁对暂态稳定的影响

当发电机受到大的扰动时，是否能保持同步运行，这属于暂态稳定研究的问题。励磁系统提高暂态稳定性主要表现在快速励磁和强行励磁的作用上。

以图1-2所示单机对无穷大系统供电为例，在电网发生短路后的暂态期间，同步发电机端电压和传输功率都将显著降低，而原动机的调速器在暂态期间（例如1s以内）尚来不及动作。这就要求励磁系统快速地强行励磁到顶值，使E增大，以保证传输功率不致过分降低，使发电机的功率特性曲线的加速面积减小，制动面积增大，阻止发电机摇摆角过度增大，以利于提高暂态稳定性。

由于发电机励磁回路时间常数较大，即使是快速响应和高顶值电压（或称高顶值倍数）的励磁系统，对暂态振荡的第一个周期中摇摆角度的限制作用也并不显著，但能抑制后继的摇摆。

在短路切除后，转子达到最大功角后受制动力矩作用可能会不停地摇摆，功角摇摆阶段往往容易失步。如果励磁系统在这个阶段发挥作用，当转子加速向最大角度摆动时，应继续进行强励以增加制动作用；当角度回摆减小到一定数值时，励磁系统强行减磁，使励磁电流及制动作用减小，这样便能减小最初几个周期的摆幅。如果再引入附加控制信号和镇定环节，适当地提高阻尼转矩，可使振荡迅速减缓，并过渡到事故后较高的功率特性曲线上运行，从而确保暂态稳定性。

较高的顶值励磁电压能快速响应的励磁系统，还能使发电机及时向系统提供大量的无功功率，使系统电压得到一定程度的提高，改善电力系统中的异步电动机运行条件，不致引发电力系统电压崩溃，提高电力系统暂态稳定性。