勵磁系統的原理

勵磁系統就是提供發電機磁場電流的裝置（包括勵磁變壓器、調節與控制元件、滅磁裝置、起勵裝置、保護裝置等）。

（一）發電機勵磁系統的作用

1. 維持發電機或其他控制點電壓在給定水平-控制電壓

（1）意義

保證電力系統運行設備的安全；保證發電機運行的經濟性；控制電壓和提高穩定的要求在許多方面是一致的。

（2）發電機單機帶負荷時的電壓控制

流經轉子的勵磁電流If在同步發電機內建立磁場，使定子繞阻產生空載感應電動勢Eq，Eq與If成正比。

（3）發電機并網運行

系統電壓水平決定于無功電源發出與無功負荷消耗的無功功率平衡關系。并網運行時的單機容量相對有限, 改變一臺發電機的If對系統電壓水平的影響不像單機帶負荷運行時的影響那么大，且電力系統的容量越大，這種特征越明顯。當系統容量無窮大時，系統電壓恒定，改變一臺發電機的If對系統電壓水平沒有影響，發電機勵磁系統不再有調節發電機電壓的作用，實際上,無窮大電力系統是不存在的，UG將隨無功負荷變化。

勵磁系統的原理、分類如圖所示：

2. 控制并聯運行機組無功功率的合理分配—分配無功

為保證系統的電壓質量和無功潮流合理分布，要求合理控制系統中并聯運行發電機輸出的無功功率。所謂“合理控制”包含兩層意思：

①每臺發電機發出的無功功率數量要合理；

②當系統電壓變化時，每臺發電機輸出的無功功率要隨之自動調節，而且調節量要合理。各并聯發電機間承擔的無功功率取決于各發電機的調差特性—可改變發電機外特性曲線斜率δ的大小和正負。發電機母線電壓變化時，發電機外特性曲線的斜率決定發電機發出的無功功率變化的大小。通常我們希望發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。通過對調差系數的調節，可實現這一目的。發電機電壓調差率：在調差單元投入、電壓給定值固定、功率因數為零的情況下，發電機無功電流從零變化到額定時發電機端電壓變化率。

（二）調差的設置：

Ø發變組單元高壓側并聯：

變壓器電抗調差（正調差）+發電機調差（負調差）

長輸電線路調差（正調差）+發電機調差（負調差）

Ø兩機一變擴大單元接線：

發電機正調差，調差率較大

3. 提高電力系統的穩定性—提高穩定性

（1）靜態穩定性（小而緩慢）

電力系統靜態穩定性是指電力系統受到小干擾后，不發生非周期性的失步，自動恢復到起始運行狀態的能力。由于采用自動勵磁調節，可使發電機運行于δ大于90°的區域（人工穩定區），靜態穩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靜態穩定能力。實質是運行點的穩定性。靈敏快速的勵磁調節器可以維持發電機機端電壓的恒定，相當于補償了全部發電機的d軸同步電抗，即達到線路靜穩功率極限。

勵磁系統的原理、分類如圖所示：

（2）暫態穩定性（大而突然）

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

（3）動態穩定性

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

電力系統的固有自然阻尼小，而使用快速勵磁調節器或使用自并激可控硅快速勵磁系統，又削弱了系統阻尼，甚至使系統產生負阻尼。為了抑制低頻振蕩，在勵磁系統中加入了電力系統穩定器（PSS）。電力系統穩定器(PSS)的作用是：利用附加控制，產生附加阻尼轉矩，增加正阻尼抑制低頻振蕩

勵磁系統的分類

半導體勵磁是把交流勵磁電源經半導體整流裝里變為直流后進行勵磁的，根據交流勵磁電源的種類不同，風步發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電機作為交流勵磁電源，經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(包括他勵硅整流器勵磁系統和他勵可控硅整流器勵磁系統)，簡稱他勵系統，其中與發電機同軸旋轉的交流發電機稱為交流勵磁機，這類勵磁系統，按整流器是靜止或是旋轉，以及交流勵磁機是磁場旋轉或是電樞旋轉的不同，又可分為下列四種勵磁方式：

1.交流勵磁機(磁場旋轉式)加靜止硅整流器;

2.交流勵磁機(磁場旋轉式)加靜止可控硅整流器;

3.交流勵磁機(電樞旋轉式)加旋轉硅整流器;

4.交流勵磁機(電樞旋轉式)加旋轉可控硅整流器。

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，直接給主發電機轉子勵磁繞組供給勵磁電流.不需要經過轉子滑環及炭刷引入，故稱為無刷勵磁方式，或稱為旋轉半導體勵磁方式。相對于旋轉半導體而言，(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)器接在發電機出口或廠用電母線上。

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

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