1.1什么是勵磁系統(tǒng)？
供給發(fā)電機勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備稱為勵磁系統(tǒng)。
1.2勵磁系統(tǒng)構(gòu)成
它分為勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個主要部分：
1.勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；
2.勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。
1.3勵磁系統(tǒng)的作用
1.3.1維持發(fā)電機或其他控制點(例如發(fā)電廠高壓側(cè)母線)的電壓在給定水平
維持電壓水平是勵磁控制系統(tǒng)的最主要的任務(wù)，有以下3個主要原因:
第一，保證電力系統(tǒng)運行設(shè)備的安全。電力系統(tǒng)中的運行設(shè)備都有其額定運行電壓和最高運行電壓。保持發(fā)電機端電壓在容許水平上，是保證發(fā)電機及電力系統(tǒng)設(shè)備安全運行的基本條件之一，這就要求發(fā)電機勵磁系統(tǒng)不但能夠在靜態(tài)下，而且能在大擾動后的穩(wěn)態(tài)下保證發(fā)電機電壓在給定的容許水平上。
發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定，大型同步發(fā)電機運行電壓不得高于額定值的110％。
第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。發(fā)電機在額定值附近運行是最經(jīng)濟的。如果發(fā)電機電壓下降,則輸出相同的功率所需的定子電流將增加,從而使損耗增加。規(guī)程規(guī)定大型發(fā)電機運行電壓不得低于額定值的90％；當發(fā)電機電壓低于95％時，發(fā)電機應(yīng)限負荷運行。其他電力設(shè)備也有此問題。
第三，提高維持發(fā)電機電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的改善，都有顯著的作用，而且是最為簡單、經(jīng)濟而有效的措施。
1.3.2控制并聯(lián)運行機組無功功率合理分配
并聯(lián)運行機組無功功率合理分配與發(fā)電機端電壓的調(diào)差率有關(guān)。發(fā)電機端電壓的調(diào)差率有三種調(diào)差特性：無調(diào)差、負調(diào)差和正調(diào)差。
兩臺或多臺有差調(diào)節(jié)的發(fā)電機并聯(lián)運行時,按調(diào)差率大小分配無功功率。調(diào)差率小的分配的無功多,調(diào)差率大的分配到的無功少。
如果發(fā)電機變壓器單元在高壓側(cè)并聯(lián),因為變壓器有較大的電抗,如果采用無差特性,經(jīng)變壓器到高壓側(cè)后,該單元就成了有差調(diào)節(jié)了。若變壓器電抗較大,為使高壓母線電壓穩(wěn)定,就要使高壓母線上的調(diào)差率不至太大,這時發(fā)電機可采用負調(diào)差特性,其作用是部分補償無功電流在主變壓器上形成的電壓降落,這也稱為負荷補償。
調(diào)差特性由自動電壓調(diào)節(jié)器中附加的調(diào)差環(huán)節(jié)整定。與大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的機組,調(diào)差率Ku在土(3%～10%)之間調(diào)整。
同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)種類很多，目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用的有以下幾種類型。
二、勵磁系統(tǒng)分類
勵磁系統(tǒng)分類表：
自并勵勵磁系統(tǒng)
這是自勵系統(tǒng)中接線最簡單的勵磁方式。其典型原理圖如圖1-8所示。只用一臺接在機端的勵磁變壓器ZB作為勵磁電源，通過可控硅整流裝置KZ直接控制發(fā)電機的勵磁。這種勵磁方式又稱為簡單自勵系統(tǒng)，目前國內(nèi)比較普遍地稱為自并勵（自并激）方式。
自并勵系統(tǒng)的組成
勵磁系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：勵磁變壓器、可控硅整流裝置、勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁及過電壓保護裝置、初勵裝置。
自并激方式的優(yōu)點：
設(shè)備和接線比較簡單；由于勵磁系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動部分，具有較高的可靠性；
勵磁變壓器放置自由，縮短了機組長度；降低了造價，
勵磁調(diào)節(jié)速度快，是一種高起始響應(yīng)的勵磁系統(tǒng)。
正常停機可使用采用三相全控橋時，逆變滅磁，減輕滅磁系統(tǒng)的負擔。
自并勵系統(tǒng)的發(fā)電機電壓和轉(zhuǎn)速成一次方關(guān)系，對抑制甩負荷后的電壓，要比采用同軸式交流勵磁機的他勵系統(tǒng)有利
勵磁變壓器
勵磁變壓器為勵磁系統(tǒng)提供勵磁能源。對于自并激勵磁系統(tǒng)的勵磁變壓器，通常不設(shè)自動開關(guān)。高壓側(cè)可加裝高壓熔斷器，也可不加。
勵磁變壓器可設(shè)置過電流保護、溫度保護。容量較大的油浸勵磁變壓器還設(shè)置瓦斯保護。大多小容量勵磁變壓器一般自己不設(shè)保護。變壓器高壓側(cè)接線必須包括在發(fā)電機的差動保護范圍之內(nèi)。勵磁變壓器的聯(lián)接組別，通常采用Y/△組別，Y/Y—12組別通常不用。與普通配電變壓器一樣，勵磁變壓器的短路壓降為4%～8%。
可控硅整流橋
自并激勵磁系統(tǒng)中的大功率整流裝置均采用三相橋式接法。這種接法的優(yōu)點是半導(dǎo)體元件承受的電壓低，勵磁變壓器的利用率高。三相橋式電路可采用半控或全控橋方式。這兩者增強勵磁的能力相同，但在減磁時，半控橋只能把勵磁電壓控制到零，而全控橋在逆變運行時可產(chǎn)生負的勵磁電壓，把勵磁電流急速下降到零，把能量反饋到電網(wǎng)。在當今的自并激勵磁系統(tǒng)中幾乎全部采用全控橋。
自并激勵磁系統(tǒng)中的大功率整流裝置均采用三相橋式接法。這種接法的優(yōu)點是半導(dǎo)體元件承受的電壓低，勵磁變壓器的利用率高。三相橋式電路可采用半控或全控橋方式。這兩者增強勵磁的能力相同，但在減磁時，半控橋只能把勵磁電壓控制到零，而全控橋在逆變運行時可產(chǎn)生負的勵磁電壓，把勵磁電流急速下降到零，把能量反饋到電網(wǎng)。在當今的自并激勵磁系統(tǒng)中幾乎全部采用全控橋。
可控硅整流橋采用相控方式。
對三相全控橋，當負載為感性負載時，控制角在0o～90o之間為整流狀態(tài)（產(chǎn)生正向電壓與正向電流）；控制角在90o～150o（理論上控制角可以達到180o考慮到實際存在換流重疊角，以及觸發(fā)脈沖有一定的寬度，所以一般最大控制角取150o）之間為逆流狀態(tài)（產(chǎn)生負向電壓與正向電流）。
因此當發(fā)電機負載發(fā)生變化時，通過改變可控硅的控制角來調(diào)整勵磁電流的大小，以保證發(fā)電機的機端電壓恒定。
對于大型勵磁系統(tǒng)，為保證足夠的勵磁電流，多采用數(shù)個整流橋并聯(lián)。
整流橋并聯(lián)支路數(shù)的選取原則為：（N+1）（也有采用N+2的，但考慮到現(xiàn)在可控硅以及可控硅整流橋制造技術(shù)的日益成熟，采用2橋冗余似乎已經(jīng)沒有必要）。
N為保證發(fā)電機正常勵磁的整流橋個數(shù)。即當一個整流橋因故障退出時，不影響勵磁系統(tǒng)的正常勵磁能力。
勵磁控制裝置
勵磁控制裝置包括自動電壓調(diào)節(jié)器和起勵控制回路。對于大型機組的自并激勵磁系統(tǒng)中的自動電壓調(diào)節(jié)器，多采用基于微處理器的微機型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。勵磁調(diào)節(jié)器測量發(fā)電機機端電壓，并與給定值進行比較，當機端電壓高于給定值時，增大可控硅的控制角，減小勵磁電流，使發(fā)電機機端電壓回到設(shè)定值。當機端電壓低于給定值時，減小可控硅的控制角，增大勵磁電流，維持發(fā)電機機端電壓為設(shè)定值。
這種勵磁方式整個系統(tǒng)沒有任何轉(zhuǎn)動接觸元件。其原理圖見圖1-9。
無刷勵磁系統(tǒng)中，主勵磁機（ACL）電樞是旋轉(zhuǎn)的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路。由于主勵磁機電樞及其硅整流器與主發(fā)電機轉(zhuǎn)子都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)及電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件。無刷勵磁系統(tǒng)中的副勵磁機（PMG）是一個永磁式中頻發(fā)電機，它與發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)。主勵磁機的磁場繞組是靜止的，即它是一個磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機。
無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測量等。
