同步发电机励磁对稳定性影响的研究

解植莹

摘 要：同步发电机属于一种交流类型的发电机，常常被用于火力发电以及柴油机发电等发电活动之中，一般同步发电机的励磁系统类型属于直流励磁，如果单机进行独立运行，可以借助调节励磁系统通过的电流，来对同步发电机之中的标准电压进行调节，而且这种调节的操作方式较为简便，如果将运行的电网也加入其中，电压也会受到来自于电网的影响，因此会出现难以维持发电机稳定运行的问题，本文根据对同步发电机以及其内部的励磁系统的了解，对其稳定性情况进行研究。

关键词：同步发电机；励磁系统；稳定性影响；研究

同步发电机属于一种重要的发电机种类，其具有的外特性主要是借助内电势保持不变的条件下实现的，当其具有负载电流出现变化情况时，可以对同步发电机具有的纵轴情况进行测试，其中励磁系统可以充分地将调节作用有效地进行发挥，外特性的正负情况并不稳定，励磁系统可以在15%的条件下进行调节，由于电网对于励磁系统的关键影响，导致励磁系统失去了对于电压的确定权，但是励磁系统还可以对发电机具有的无功功率以及功率因数进行控制，本文对影响励磁系统的稳定性因素进行分析。

1 同步发电机的内置励磁系统基本情况分析

想要对励磁系统保持稳定的方式进行了解之前，首先需要先对同步发电机及其励磁系统的概况有所了解。

在电力工业获取大幅度的进步的条件下，电力系统获得了更多扩展规模的机会，在庞大的规模的运行前提下，想要使电力系统保持稳定的运行状态的难度被提升，同步发电机在各种发电行业之中运行频率比较高，而影响其运行情况的主要是内置性的励磁系统，只有将励磁系统进行精准控制，才能更好地对发电机的整体运行状态进行有效调整，而且这种系统性的调整方式还能节省调整成本。随着对于励磁系统的研究与开发力度不断提升，其原有的比例控制方式已经逐渐转变为反馈式的控制方式，主要的变化就是可输入的变量的数量有了增加，虽然励磁系统已经逐渐实现了对于非线性的元素的把控，但是有几方面的阻碍其进一步发展问题还在等待解决，包括系统的有效性以及快速性问题，實现系统建设的简洁性问题。

在这种发展条件之下，励磁系统的工作参数的设定工作就显得极其重要，主要是在提升系统的稳定性的同时还需要对发电机的各种操作进行适应，包括接网方式，减少结构出现变化对励磁系统产生的影响，提升励磁系统应当具有稳定水平。

2 常规模型与稳定性分析

在对励磁系统的发展情况以及几种基本问题有所了解之后，需要对与其稳定性存在关联的元素进行了解，一般电力企业会给其常用的发电机安装系统稳定设备，并且对稳定设定方案进行确定，主要需要对系统之中存在的阻尼元素进行控制，防止低频震荡情况频繁发生，励磁系统的管理人员可以根据同步发电机的基本情况来设定仿真模型，借助合理的分析工具展开分析的工作，对各种会出现的不稳定情况进行仿真模拟。

为了分析电力系统静态稳定和暂态稳定，并进行有效地控制，必须首先研究电力系统电气元件的数学模型，它们包括：同步发电机模型、励磁系统模型等。同步发电机的数学模型是进行同步电机及系统稳定性分析的基础，包括描述电磁特性的电压方程和磁链方程，及表明转子转速与转矩变化规律的转子运动方程。

励磁是发电机的重要组成部分，也是整个电力系统的重要组成部分，它直接影响整个系统的运行特性。在电力系统正常运行情况下，控制发电机的励磁能够起到减小电压波动、平衡无功功率分配的作用；在系统发生事故时，调节发电机的励磁电流可以提高系统抗干扰能力，维持系统的运行稳定性。励磁的主要任务是根据发电机运行状态，向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机各种运行方式下的不同需要。

励磁调节系统的作用：在电力系统中，励磁调节系统主要有以下作用：（a）控制机端电压；（b）控制无功功率的分配；（c）提高同步发电机并联运行的稳定性；（d）提高继电保护动作的灵敏性；（e）快速灭磁。

励磁控制对稳定的影响：

静态稳定：励磁系统的放大倍数Kou与励磁系统的时间常数Te以及转子功角δ间有如下关系：在同一转子功角条件下，随时间常数Te的增加，为保证发电机稳定运行所允许的电压放大系数是增加的；在同一时间常数Te条件下，随转子功角δ的增加所允许的电压放大倍数是减少的，由此引起功率振荡的情况。

暂态稳定：暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来运行方式的能力。励磁系统如果要对电力系统暂态稳定产生明显作用，必须具备两个条件：一是具有快速响应特性，二是具有高强励倍数，这是因为当电力系统中发生短路故障时，由于控制输入机械功率的常规调速系统的动作太慢，主要靠快速继电保护切除故障，而故障切除以后，快速励磁和强行励磁可以增大发电机电势，因而增大输出的电磁功率，增大了制动面积，防止发电机摇摆角过度增大，以利于暂态稳定性的提高。

3 保持励磁系统的稳定性的方式分析

想要实现同步发电机在励磁系统的指导之下平稳运行，需要对其能够控制的电压进行控制，主要的控制对象是电压的接班水平，无论电压的数值过高还是过低，都会使励磁系统难以维持稳定运行，甚至会导致定子绕组的基本温度提升，如果额定电压的水平低于实际的电压水平，会导致定子铁芯同样出现温度提升的情况，另外这种温度提升主要是通过瞬时提升实现的，严重地降低定子绕组组件具有的绝缘性，可以借助改变电流的方式实现控制目的，还可以借助励磁系统控制无功功率的客观优势进行调节。

同步发电机微机励磁控制系统可实现对无功功率分配的合理控制。在同步发电机微机励磁控制系统的运行过程当中，配备有形成发电机外特性的运行环节，即调差环节。通过对调差环节的合理应用，能够实现对发电机设备外部性能的有效改善，从而确保在并联或者是在串联状态下，同步发电机组外特性的一致性，确保发电机组相互间无功负荷分配的合理性与稳定性。

结束语

本文首先并对同步发电这种特殊的发电机内部具有的励磁系统的基本运行情况进行了分析，一般励磁系统具有非线性、高阶以及变量系统较多的特点，这些特点都会对其稳定性产生影响，另外发电机本身就具有较为复杂的运动特性，与之相关的电网的模型具有的稳定性相对较差，难以准确地进行描述，本文对这种励磁系统进行了仿真性地分析，根据分析结果可以发现正阻尼能够对负阻尼起到较好的克服作用，可以对系统给出规模较小的投资，以从系统中获得更多的经济收益。

参考文献

[1]杨梅，李志军，刘艳萍，李少辉，范晓东.基于Matlab电力系统稳定器整定[J].电力自动化设备，2004（05）.

[2]吴涛，苏为民，刘永奇，张智刚.华北电网开展发电机励磁系统参数辨识工作综述[J].华北电力技术，2003（09）.

[3]张小勇，谷俊杰.基于不同性能指标的励磁控制系统的分析与比较[J].河北电力技术，2003（02）.

[4]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].中国电力出版社.endprint