励磁控制与电力系统的小干扰稳定性中国电力科学研究院朱方2006年7月1.励磁控制系统的任务励磁控制系统最基本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压为给定值。我国国家标准规定，自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。这就要求励磁控制系统的开环增益（稳态增益）不小于100p.u（对水轮发电机），或200p.u（对汽轮发电机）。主要原因有3个：第一，保证电力系统运行设备的安全。发电机运行规程规定大型同步发电机运行电压正常变化范围为5%，最高电压不得高于额定值的110%。第二，保证发电机运行的经济性。规程规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的90%，当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行，其他电力设备也有这个问题。第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。励磁控制系统的重要任务1）励磁控制系统的重要任务是提高电力系统的稳定性。2）电力系统稳定可分为功角（机电）稳定、电压稳定和频率稳定等。3）功角稳定包括静态稳定、动态稳定和暂态稳定。4）励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且也是改善电力系统稳定的措施中，最为简单、经济而有效的措施。同步发电机励磁控制系统对提高静稳定的作用Pe=Eq⋅UsXdΣsinδEq设Ut=1.0,Us=1.0,发电机并网后运行人员不再手动去调整励磁,则无电压调节器时的静稳极限、有能维持E’恒定的调压器时的极限、有能维持发电机端电压恒定的调压器时的静稳极限分别为：0.4、1.0和1.43。维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，是兼容的。当励磁控制系统能够维持发电机电压为恒定值时,不论是快速励磁系统,还是常规励磁系统,静态稳定极限都可以达到线路极限。以某省电网外送断面为例，计算励磁控制对静态稳定的影响。该省发电机原采用Eq’恒定模型计算，后进行了励磁模型的参数实测，对励磁性能不达标的机组进行整改，全面提高了励磁控制的技术性能。该省电网外送电力的主要通道共三回500kV线路。发电机采用Eq’恒定和Eq”、Ed”变化（使用实测励磁模型参数）两种模型，外送断面的静稳极限如下。某省外送断面静稳定极限发电机及励磁模型Eq’恒定详细模型及实测励磁静稳极限3446MW3864MW采用Eq”、Ed”变化模型和实测励磁参数的静稳极限比采用Eq’恒定的静稳极限增加418MW，提高了12.1％。同步发电机励磁控制系统对提高暂态稳定的作用1、提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定。2、励磁系统顶值电压响应比越大，励磁系统输出电压达到顶值的时间越短，对提高暂态稳定越有利。3、充分利用励磁系统强励倍数，也是发挥励磁系统改善暂态稳定作用的一个重要因素。励磁对暂态稳定性的影响仍用某省外送断面的暂稳极限说明。计算故障为三回外送线路中的一回，送端三相短路、0.1秒切除故障线。1、全网发电机采用Eq’恒定模型；2、全网发电机采用Eq”、Ed”变化模型和实测励磁参数。不同发电机、励磁系统模型对输电断面暂态稳定的影响{XdΣ=Xd+XT1+XT2+XL¿{XdΣ'=Xd'+XT1+XT2+XL¿¿¿¿Pe=E'⋅UsXd'ΣsinδE'Pe=Ut⋅UsXΣsinδUt发电机励磁模型Eq’恒定实测励磁参数暂稳极限MW22192666全网采用实测的励磁参数,某省外送断面的暂稳极限比全网发电机采用Eq’恒定的暂稳极限高447MW，暂稳极限提高20％分析证明，励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱（甚至变负）的最重要的原因之一。在一定的运行方式及励磁系统参数下，电压调节作用，在维持发电机电压恒定的同时，将产生负的阻尼作用。许多研究表明，在正常实用的范围内，励磁电压调节器的负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强。因此提高电压调节精度的要求和提高动态稳定的要求是不兼容的。解决这个不兼容性的办法有：1、放弃调压精度要求，减少励磁控制系统的开环增益。这对静态稳定性和暂态稳定性均有不利的影响，是不可取的。2、电压调节通道中，增加一个动态增益衰减环节。这种方法可以达到既保持电压调节精度，又可减少电压调压通道的负阻尼作用的两个目的。但是，这个环节使励磁电压响应比减少，不利于暂态稳定，也是...
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