发电机组自动调压系统设计 第2页
原始的方式，虽然原理简单，便于理解，但投资较大，反应速度慢，故障率高，而且维修周期长，已远远不能满足现代电网对发电机提出的快速励磁的要求。另一种方式是，由半导体元件构成的调节器共同组成的所谓半导体励磁系统。采用该种方式，具有投资少，使用灵活，反应速度快。对于中小型同步发电机组，宜采用自并励静止励磁系统。所谓静止励磁系统是指由接于发电机端的励磁变压器作为励磁功率电源的晶闸管励磁系统。这种励磁方式在性能上的显著特点是具有高起始励磁电压响应速度，易于实现高起始响应比，可靠性较高。早期的功率元件采用一般电力晶闸管，如今电力电子器件日益更新，IGBT作为第三、四代电力电子器件，其性能和特点都能在励磁系统的功率变换器件中展现它的优势。目前，在美国、日本等国家，IGBT产品已系列化，电流最高可达4000A，电压等级最高可达4000V，工作频率可以达到100kHz，通态压降只有1.6-1.8V，从而使IGBT电力电子器件在励磁系统中得以应用和推广[1]。
对于控制部分，智能化、数字化的自动励磁调节器已经广泛应用于发电机系统运行中，提高了发电机的静态和动态稳定性。如今微电子、通信和控制技术的发展使传统PLC不仅具有了逻辑运算、计时计数等逻辑功能，还拥有了数值运算、模拟监控、中断和通信等功能，这使得将其应用到励磁系统成为可能。在我国将数字励磁装置应用于中小型发电机组的技术才刚刚起步。
励磁控制涉及到模拟量处理、数值计算、控制算法实现以及与控制网络管理网络的通信等问题，在中小型发电机组励磁控制中，采用新型的硬件及软件设计，以低成本的小型PLC结合IGBT开关管组成励磁系统实现励磁调节。IGBT组成的自动励磁系统和可控硅励磁相比较而言，具有驱动简单、均流性好、控制简单、开关损耗小等优点。
该设计不仅可以实现较复杂的控制策略，又能提高励磁系统的快速响应，提高励磁系统的稳定性、可靠性以及动态、静态性能性能指标，从而提高电力系统的静态及暂态稳定性。
1绪论
1.1选题的作用及意义
准确地认识和把握励磁控制系统对电力系统安全稳定性的作用，是研究励磁控制理论和控制装置的基础，也是解决这一领域所存在问题的出发点。同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分（或称为功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流的大小，以满足运行需要，一般称为励磁控制部分（或称控制单元，或统称为励磁调节器）。励磁控制系统的主要任务是向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流（电压），对发电机励磁的调节和控制，可以保证发电机及电力系统运行的安全性和稳定性，提高发电机及电力系统的技术经济指标，其主要作用可以从以下几个方面来概括：
(1)控制同步发电机机端电压。
在正常情况下，根据发电机电压和负荷情况，按给定规律调整励磁电流，维持机端电压为给定水平。当电力系统发生短路事故或其它原因使发电机机端电压严重下降时，能对发电机强行励磁，以减少电压的下降幅度；当发电机忽然甩负荷时能对发电机强行减磁，以限制发电机电压过度升高。发电机的简化向量图如图1.1所示： 
图1.1  发电机简化向量图
从发电机简化相量图可知                （1.1）
式中： ——发电机空载电势；
 ——发电机机端电压；
 ——发电机定子电流；
 ——发电机同步电抗。
由式（1.1）可知，在发电机空载电势 恒定的情况下，发电机机端电压 会随发电机定子电流 增加而降低，随发电机定子电流 降低而增加。要保证发电机的机端电压 恒定，必须随发电机负荷电流的增加（或减小）而增加（或减小）发电机的空载电势 。而 是发电机励磁电流 的函数，若不考虑饱和，则空载电势 和励磁电流 成正比。故在发电机运行中，随着发电机负荷电流变化，发电机的端电压也将随之变化，要使发电机的机端电压维持在给定水平，需要通过励磁装置的调节作用，自动增加或减少励磁电流。
(2)在并联运行的发电机组间合理控制无功功率的分配。
为了保证系统的电压质量和无功潮流合理分布，要求合理控制电力系统中多台并联运行的发电机输出的无功功率。在实际运行中，调节励磁以改变发电机输出的无功，使各台发电机无功功率自动调节。所以合理控制并联运行的发电机之间的无功分配是励磁系统的一个重要功能。
(3)提高同步发电机并联运行的稳定性。
电力系统可靠运行的基本要求是并入发电机的所有发电机要保持同步运行。通常将电力系统的稳定性问题分为三类，即静态稳定性(Steady State Stability)，暂态稳定性(Transient Stability)及动态稳定性(Dynamic Stability)问题。
当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行的特性称为电力系统的静态稳定性。暂态稳定性是指电力系统受到大干扰作用后能否在新的平衡状态下运行的问题。而动态稳定是指电力系统受到干扰后，如电力系统的负荷发生突变、线路结构参数改变，以及电力系统遭受突然短路等故障时，在考虑了自动控制装置

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