第二章同步发电机励磁自动控制系统 第一节概述 励磁电流EF 空载电动势Dq 同步发电机的励磁系统=励磁功 率单元+励磁调节器 励磁功 率单元 发电机 统 励调节器 输入信息 图2-1励磁控制系统结构框图 同步发电机励磁控制系统的任务 (一)电压控制 单机运行 UG+jIGXd=E 式中 发电机直轴同步电抗 Eg jIc (a) g 图22同步发电机感应电动势和励磁电流关系 (a)同步发电机运行原理:(b)等值电路:(c)矢量图
第二章 同步发电机励磁自动控制系统 第一节 概述 励磁电流 I EF 空载电动势 E q • 同步发电机的励磁系统=励磁功 率单元+励磁调节器 一、同步发电机励磁控制系统的任务 （一）电压控制 单机运行: • • • + d = q G UG j I X E 式中 ——发电机直轴同步电抗 图 2-1 励磁控制系统结构框图 G 率单元 发电机 励磁功 励磁调节器 输入信息 统 系 力 电 G 图 2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系 (a) 同步发电机运行原理；(b) 等值电路；(c) 矢量图 (b) Eq • U G • I G • xd (a) GEW U G • I G • U EF I EF G U G • j I G xd • j I Q xd • I P • I G • I Q • Eq • G (c)
Tacos G=UG+lord 式中6-E与i间的相角,即发电机的功率角; i。一发电机的无功电流。 一般。很小,可近似认为。sb21,于是,可得简化的运算式为 Ea≈UG+/c X on d 上式说明,负荷的无功电流是遺成与蝠偵差的主要原因,发电机的无 功电流越大,两者之间的差偵也越大 图2-3同步发电机的外特性 线1:IEF1不变 励磁不变 OI 2502 曲线2:1EF2不变 励磁增加 Ge102 (二)控制无功功率的分配 1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题 UG=常数K 图24同步发电机与无限大母线并联运行
Eq cos G = UG + I Q X d 式中 G—E q • 与 U G • 间的相角，即发电机的功率角； I Q • —发电机的无功电流。 一般 G 很小，可近似认为 cos G 1 ，于是，可得简化的运算式为 Eq UG + I Q X d 上式说明，负荷的无功电流是造成与幅值差的主要原因，发电机的无 功电流越大，两者之间的差值也越大。 线 1： I EF1 不变 ( ) 1 , Ge Q U I ( ) 2 2 , G Q U I 曲线 2： I EF 2 不变 ( ) 1 , Ge Q U I ( ) 2 , Ge Q U I （二）控制无功功率的分配 1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题： 图 2-3 同步发电机的外特性 I Q I Q1 I Q2 I EF 2 I EF1 UG UG2 UGeo 励磁不变 励磁增加 图2-4 同步发电机与无限大母线并联运行 (a) 接线图；(b) 相量图； (a) UG = 常数 G I G • (b) j I G1 xd • K2 A ' A B ' B I Q1 • I Q • I G • I G1 • K1 I Q2 • I G2 • jI G2 xd • U G = U • j I G xd • • Eq1 • Eq • Eq2 I P • ' • • U G = U 1
无论励磁电流如何变化,发电机的有功功率p均为常数,即 PG= UGIGCOs=常数P Eal snδ=常数 IG COS o=kI Eosin=K2 lG的端点则沿着BB虚线变化 Eq的端点则沿着AA虚线变化 此可见,与无限大母线并联运行的机组,调节它的励磁电流可以改 变发电机无功功率的数偵。 2、并联运行各发电机间无功功率的分配 U (b) 图2-5并联运行发电机间无功负荷的分配 当母线电压为UM时: 无功负荷增加,母线电压降到UM2时 =,+I 显然
无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率 PG 均为常数，即 PG =UG I G cos = 常数 = sin = X E U P d q G G 常数 I G cos = k1 Eq sin = K2 • G I 的端点则沿着 ' BB 虚线变化 • Eq 的端点则沿着 ' AA 虚线变化 由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改 变发电机无功功率的数值。 2、并联运行各发电机间无功功率的分配 当母线电压为 U M1 时： I Q = I Q1 + I Q2 无功负荷增加,母线电压降到 U M 2 时： / 2 / 1 / Q Q Q I = I + I 显然： 图 2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配 (b) U M1 U M 2 o I Q1 I Q2 I Q1 I Q2 I Q ' 2 I Q ' 1 I Q UG G2 G1 (a) G G I Q1 I Q2 I Q
△/o1>△Io2 (三)提高同步发电机并联运行的稳定性 励磁自动控制系统是通过改变励磁电流r从而改变空载电动势 E值来改善系统稳定性的 励磁对静态稳定的影响 输电线 降压变压器 Q|(」系统 JIGxd 升压变压器 EgO-+i 图2-6单机向无限大母线送电 (a)接线图:(b)等值网络:(c)相量图 E dr sins x、一系统总电抗,一般为发电机,两变压器,输电线电抗之和 一发电机空载电动势E和受端电压∽间的相角。 功率极限为Pn,即 P s EU 静态稳定极限功率p与发电机空载 电动势Eq成正比,而Eq值与励磁电 流有关 图2-8发电机的几条代表性功率特性
IQ1 IQ2 （三）提高同步发电机并联运行的稳定性 励磁自动控制系统是通过改变励磁电流 I EF 从而改变空载电动势 E q • 值来改善系统稳定性的。 1、 励磁对静态稳定的影响 sin X E P q U G = X —系统总电抗，一般为发电机，两变压器，输电线电抗之和； —发电机空载电动势 • Eq 和受端电压 • U 间的相角。 功率极限为 Pm ，即 X E U P q m = 静态稳定极限功率 Pm 与发电机空载 电动势 E q • 成正比，而 E q • 值与励磁电 流有关。 图 2-6 单机向无限大母线送电 (a) 接线图；(b) 等值网络；(c) 相量图 (c) Eq • I G • U G • q d • U G j I G xd • j I G xT • G 降压变压器 升压变压器 • U (a) Eq • U G • • U Xd XT (b) G 输电线 系统 图 2-8 发电机的几条代表性功率特性 B C a A P0 0 o e e ' P '' '
无自动调节励磁时,因励磁电流恒定,Eq=常数,此时的功角特性 称为内功率特性; 若有灵敏和快速的励磁调节器,则可视为保持发电机电压为恒定。即 UG=常数,由相应一簇不同的忘的功角特性求得曲线B(称为外功 角特性,见图28)最大值出现在。与U之间功率角δ=90°时,即 ≈、m(X=XT此时d大于90) Xs 对于按电压偏差比例调节的励磁控制系统,则近似按E=常数求得的 功角特性曲线C工作,(此时δ大于90°)显然,它使发电机能在大于 90°范围的人工稳定区运行,即可提高发电机输送功率极限或提高系 统的稳定储备。 励磁调节装置能有效的提高系统静态稳定的极限功率。 、励磁对暂态稳定的影响 (a) 图29发电机暂态功角特性曲线 功角特性曲线I:对应于故障前双回线运行 功角特性曲线I:对应于一回线故障时的运行状况 功角特性曲线Ⅲ:对应于故障切除后一回线运行
无自动调节励磁时，因励磁电流恒定， E q • ＝常数，此时的功角特性 称为内功率特性； 若有灵敏和快速的励磁调节器，则可视为保持发电机电压为恒定。即 UG ＝常数，由相应一簇不同的 • Eq 的功角特性求得曲线 B（称为外功 角特性，见图 2-8）最大值出现在 UG 与 U 之间功率角 90 ' = 时，即 ' ' sin X U U P G m = （ T ' X = X 此时 / 大于 90 ）。 对于按电压偏差比例调节的励磁控制系统，则近似按 ' Eq ＝常数求得的 功角特性曲线 C 工作，（此时 '' 大于 90 ）显然，它使发电机能在大于 90 范围的人工稳定区运行，即可提高发电机输送功率极限或提高系 统的稳定储备。 励磁调节装置能有效的提高系统静态稳定的极限功率。 2、 励磁对暂态稳定的影响 功角特性曲线 I：对应于故障前双回线运行； 功角特性曲线 II：对应于一回线故障时的运行状况； 功角特性曲线 III：对应于故障切除后一回线运行。 图 2-9 发电机暂态功角特性曲线 d c b P a e f g Ⅰ Ⅲ Ⅱ (b) (a) U G XT G