第28卷第21期 电力系统自动化 Vol.28 No.21 34 2004年11月10日 Automation of Electric Power Systems Nov.10,2004 交流励磁发电机静态稳定性分析 于世涛，颜湘武，李和明，朱凌 (华北电力大学电气工程学院，河北省保定市071003) 摘要：转速可变是交流励磁发电机与传统同步发电机最根本的区别。文中从交流励磁发电机的数 学模型出发，揭示了其在任一转速下的静态稳定规律：工作区域内，在不考虑控制策略的情况下交 流励磁发电机的静态稳定性随转速下降而降低；采用自动励磁调节器，按机端电压偏移量调节励磁 电压，可以使交流励磁发电机在不同转速下保持基本相同的静态稳定性。这一规律通过试验得到 了验证，为交流励磁发电机实际运行时运行方式的选择提供了依据。 关键词：交流励磁发电机；静态稳定极限；数学模型；自动励磁调节器 中图分类号：TM712 0引言 交流励磁发电机采用交流电源励磁，其转速随 电机转子馈电频率改变而改变，可以使风机、水轮机 as① 按照最佳方式运行，改善其运行工况，提高其效率， 因而在抽水蓄能及风力发电等方面具有广阔的应用 下标带3的为定子侧相量，下标帮r的为转子侧归算到定子的相量 前景12]。这种发电机既具有同步机的某些特征 图1交流励磁发电机等效电路 (如有励磁电源)，又具有异步机的某些特征（如转速 Fig.1 Equivalent circuit of AC-excited generator 可调)，因此其运行性能也更为复杂。文献[3~7]对 根据等效电路，电压、电流只考虑基波，忽略磁 交流励磁发电机的有功和无功调节性能、能流关系、 路饱和及铁损，可得交流励磁发电机稳态运行时的 转矩特性及谐波影响等方面进行了比较详细的论 数学模型： 述。静态稳定性是衡量发电机的稳定运行能力的重 0,=-E-i,(R.+jX) 要指标，转速可变是交流励磁发电机与传统同步发 电机最根本的区别，但目前尚未看到有文献详尽讨 9=-+i.(代+x) 论转速对稳定性的影响，因而，研究不同转速下的静 (1) 态稳定规律具有重要的意义。 E,=它=-jInXm 本文从交流励磁发电机的功率特性及其静态稳 in=-i,+i 定极限出发，揭示了在任一转速下交流励磁发电机 的静态稳定规律，为交流励磁发电机实际运行时运 2 交流励磁发电机静态稳定极限 行方式的选择提供了一种依据。 2.1数学推导) 1交流励磁发电机模型 设心，为参考相量，U,与其相差角度α，由数学 模型可求得定子电流： 交流励磁发电机与传统的绕线式异步电机之间 的差别，在于其转子绕组外接有交流励磁电源。参 -R,X-8]沿+ 照异步电机的分析方法，将转子侧的量折算到定子 侧，并选取转子侧为电动机惯例，定子侧为发电机惯 [D.0-Dsin 例，可以得到交流励磁发电机的等效电路，如图1) [x(巴)+xx-Xx]号+ 所示。 【-D,ose+D,sino]X号} (2) 式中： 收稿日期：2004-03-25；修回日期：2004-05-25。 D=D:+D 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 卷 年 第 期 月 日 电 力 系 统 自 动 化 比 即 , 交流励磁发 电机静态稳定性分析 于 世 涛 , 颜 湘武 , 李和 明 , 朱 凌 华北 电力 大学 电气工程学 院 , 河北 省保定 市 摘要 转速 可 变是 交 流励磁发 电机与 传 统 同 步发 电机 最根本 的 区 别 。 文 中从 交 流 励磁 发 电 机 的 数 学模 型 出发 , 揭 示 了 其在任 一 转速 下 的 静 态稳 定规律 工 作 区 域 内 , 在 不 考虑控 制 策略 的 情况 下 交 流励磁发 电机 的静 态稳定性 随 转速 下 降而 降低 采 用 自动励磁调 节器 , 按机 端 电压 偏 移 量调 节励磁 电压 , 可 以 使 交 流励磁发 电机在 不 同转速 下 保持 基本 相 同 的 静 态稳 定 性 。 这 一 规律 通 过 试 验得 到 了验证 , 为 交 流励磁发 电机 实际 运行 时运行 方 式 的 选择提供 了依据 。 关键词 交流励磁 发 电机 静 态稳 定极 限 数 学模 型 自动 励磁调 节器 中图分类 号 引言 交 流励 磁 发 电机 采 用 交 流 电源 励 磁 , 其转 速 随 电机转子馈 电频率改变而 改变 , 可 以使风机 、 水 轮机 按 照最佳方 式运 行 , 改 善其运 行 工 况 , 提 高其 效 率 , 因而在抽水 蓄能及 风力发 电等方 面具有广 阔的应用 前景 , 〕 。 这 种 发 电 机 既 具 有 同 步 机 的 某 些 特 征 如有励磁 电源 , 又具有 异步机 的某些特征 如转 速 可 调 , 因此其运行性能也更为复杂 。 文 献臼 一 对 交 流励磁发 电机 的有 功和无功调节性 能 、 能流关 系 、 转矩特性 及 谐 波 影 响 等方 面 进 行 了 比 较 详 细 的论 述 。 静态稳定性 是衡量 发 电机 的稳定运行 能力 的重 要 指标 , 转 速可 变 是 交 流 励 磁 发 电机 与传统 同步 发 电机最根本 的区 别 , 但 目前 尚未 看 到有 文献 详 尽 讨 论转 速对稳定性 的影 响 , 因而 , 研究不 同转速下 的静 态稳定 规律具有重要 的意义 。 本文从交 流励磁发 电机 的功率特性及其静态稳 定极 限出发 , 揭示 了在 任 一 转 速 下 交 流励 磁 发 电机 的静态稳定规律 , 为 交 流 励 磁 发 电机 实 际 运 行 时运 行方式 的选择 提供 了一种依据 。 交流 励磁发 电机模 型 交 流励磁 发 电机 与传统 的绕线式异步 电机之 间 的差别 , 在 于其转 子 绕组 外 接 有 交 流励 磁 电源 。 参 照异 步 电机 的分析 方 法 , 将 转 子 侧 的量 折算 到定 子 侧 , 并选取转 子侧 为 电动机惯例 , 定子侧 为发 电机惯 例 , 可 以得 到交流励磁 发 电机 的等效 电路 , 如 图 〕 所示 。 卜一毛二 〕一 。 “ 击 叫口 气厂 ‘ 二‘ 必 下标带 的为定子侧相且 , 下标带 的为转子侧归算到定子的相 图 交流 励磁 发 电机 等效 电路 一 根据等效 电路 , 电压 、 电 流 只 考虑 基 波 , 忽 略磁 路饱 和及铁损 , 可 得 交 流励 磁 发 电机 稳 态 运 行 时 的 数 学模 型 一 , 一 , 、 二 , , , 、 一 。 , 丁 十 人 一 一 , · 一 了 … 、 交流励磁发 电机静态 稳定 极 限 数学推导阁 设 亡 , 为参考 相量 , 亡 与 其相 差 角度 。 , 由数学 模 型 可求得定 子 电流 ‘ , 一 一 日 冬 一 · 一 轰粤〕旨 。 , 。 。 一 。 二 〕 · 绘卜 粤 ’ 昌 , 一 盆 」旨 一 。 。。二 ·‘二 〕 。 绘 , 式 中 收 稿 日期 一 一 修 回 日 期 一 一 一 十