勵(lì)磁系統(tǒng)的原理

勵(lì)磁系統(tǒng)就是提供發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置（包括勵(lì)磁變壓器、調(diào)節(jié)與控制元件、滅磁裝置、起勵(lì)裝置、保護(hù)裝置等）。

（一）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用

1. 維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)電壓在給定水平-控制電壓

（1）意義

保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全；保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jī)單機(jī)帶負(fù)荷時(shí)的電壓控制

流經(jīng)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流If在同步發(fā)電機(jī)內(nèi)建立磁場(chǎng)，使定子繞阻產(chǎn)生空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eq，Eq與If成正比。

（3）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行

系統(tǒng)電壓水平?jīng)Q定于無(wú)功電源發(fā)出與無(wú)功負(fù)荷消耗的無(wú)功功率平衡關(guān)系。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的單機(jī)容量相對(duì)有限, 改變一臺(tái)發(fā)電機(jī)的If對(duì)系統(tǒng)電壓水平的影響不像單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(dāng)系統(tǒng)容量無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)電壓恒定，改變一臺(tái)發(fā)電機(jī)的If對(duì)系統(tǒng)電壓水平?jīng)]有影響，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不再有調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的作用，實(shí)際上,無(wú)窮大電力系統(tǒng)是不存在的，UG將隨無(wú)功負(fù)荷變化。

勵(lì)磁系統(tǒng)的原理、分類如圖所示：

2. 控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配—分配無(wú)功

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

①每臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率數(shù)量要合理；

②當(dāng)系統(tǒng)電壓變化時(shí)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率要隨之自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)量要合理。各并聯(lián)發(fā)電機(jī)間承擔(dān)的無(wú)功功率取決于各發(fā)電機(jī)的調(diào)差特性—可改變發(fā)電機(jī)外特性曲線斜率δ的大小和正負(fù)。發(fā)電機(jī)母線電壓變化時(shí)，發(fā)電機(jī)外特性曲線的斜率決定發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率變化的大小。通常我們希望發(fā)電機(jī)間的無(wú)功電流按照機(jī)組容量大小成正比分配，使得母線電壓波動(dòng)時(shí)，各機(jī)組無(wú)功增量的標(biāo)幺值相等。通過(guò)對(duì)調(diào)差系數(shù)的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)這一目的。發(fā)電機(jī)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(jī)無(wú)功電流從零變化到額定時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓變化率。

（二）調(diào)差的設(shè)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(jī)調(diào)差（負(fù)調(diào)差）

長(zhǎng)輸電線路調(diào)差（正調(diào)差）+發(fā)電機(jī)調(diào)差（負(fù)調(diào)差）

Ø兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線：

發(fā)電機(jī)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(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。由于采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)，可使發(fā)電機(jī)運(yùn)行于δ大于90°的區(qū)域（人工穩(wěn)定區(qū)），靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)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(shí)質(zhì)是運(yùn)行點(diǎn)的穩(wěn)定性。靈敏快速的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的恒定，相當(dāng)于補(bǔ)償了全部發(fā)電機(jī)的d軸同步電抗，即達(dá)到線路靜穩(wěn)功率極限。

勵(lì)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(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)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(yùn)行方式下受到某種形式的大擾動(dòng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程后能夠恢復(fù)到原始的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式或過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式，則認(rèn)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(dòng)前的運(yùn)行方式有關(guān)，而且與擾動(dòng)的類型、地點(diǎn)及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。提高暫態(tài)穩(wěn)定性對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)而言，就是要提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比和提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)。

（3）動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)動(dòng)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(zhǎng)的振蕩而失步的能力。擾動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題實(shí)際上是指系統(tǒng)在受到小的或大的擾動(dòng)后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)控制裝置的影響下，保持長(zhǎng)過(guò)程運(yùn)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(lì)磁調(diào)節(jié)器或使用自并激可控硅快速勵(lì)磁系統(tǒng)，又削弱了系統(tǒng)阻尼，甚至使系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)阻尼。為了抑制低頻振蕩，在勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng)的分類

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

一、第一類

采用與主機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)作為交流勵(lì)磁電源，經(jīng)硅二級(jí)管或可控硅進(jìn)行整流，供給電機(jī)勵(lì)磁柜。

這類勵(lì)磁系統(tǒng)的交疏勵(lì)磁電源是來(lái)自主機(jī)之外的其它獨(dú)立電源，故稱為他勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)(包括他勵(lì)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)和他勵(lì)可控硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng))，簡(jiǎn)稱他勵(lì)系統(tǒng)，其中與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機(jī)稱為交流勵(lì)磁機(jī)，這類勵(lì)磁系統(tǒng)，按整流器是靜止或是旋轉(zhuǎn)，以及交流勵(lì)磁機(jī)是磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)或是電樞旋轉(zhuǎn)的不同，又可分為下列四種勵(lì)磁方式：

1.交流勵(lì)磁機(jī)(磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)式)加靜止硅整流器;

2.交流勵(lì)磁機(jī)(磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)式)加靜止可控硅整流器;

3.交流勵(lì)磁機(jī)(電樞旋轉(zhuǎn)式)加旋轉(zhuǎn)硅整流器;

4.交流勵(lì)磁機(jī)(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(lì)磁機(jī)電樞與主軸一同旋轉(zhuǎn)，直接給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電流.不需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子滑環(huán)及炭刷引入，故稱為無(wú)刷勵(lì)磁方式，或稱為旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁方式。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體而言，(1)、(2)兩種方式的半導(dǎo)體整流元件是處于靜止?fàn)畹�，故稱為他勵(lì)靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁方式。

勵(lì)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(lì)磁電源，勵(lì)磁變壓(流)器接在發(fā)電機(jī)出口或廠用電母線上。

因勵(lì)磁電源系取自發(fā)電機(jī)自身或發(fā)電機(jī)所在的電力系統(tǒng)故這種勵(lì)磁方式稱為自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，亦簡(jiǎn)稱自勵(lì)系統(tǒng)。

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