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摘要：励磁控制系统承担电力系统电压控制、无功分配和提高同步发电机并列运行的稳定性的任务，其是否可靠直接影响发电机的安全运行和电网的稳定，而根据实际情况选择正确的励磁系统是其可靠和稳定的前提。
关键词：励磁系统；继电保护装置；
1.励磁系统的主要作用
励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高發电机并列运行的静态、暂态稳定性；4）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；5）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
根据运行方面的要求，励磁控制系统应该承担如下的任务：
1.1.维持发电机端或系统指定控制点的电压在给定水平上。满足这一要求首先考虑的是保证电力系统运行设备的安全性，其次保证发电机运行的经济性。此外，维持发电机电压与提高电力系统稳定性方面的要求也是一致的。
1.2.合理分配并联运行发电机间的无功功率。电力系统中有许多台发电机并联运行。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并联运行发电机输出的无功功率。
1.3.提高电力系统的静态稳定性。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。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率，自动励磁的调节装置的出现，使许多技术问题得到了圆满的解决。
1.4. 提高电力系统的暂态稳定性。电力系统在运行中随时都可能遭受各种干扰，在各种干扰后，发电机组能够恢复到原来的运行状态或者过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。励磁自动控制系统是通过改变励磁电流If从而改变Eq值来改善系统稳定性的。
1.5.提高电力系统动态稳定性。当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，电力系统能否继续稳定运行，称为电力系统的动态稳定性。增加励磁调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的有效措施。
1.6.提高继电保护装置动作的准确性。若系统处于低负荷运行状态时发生短路故障，短路电流较小，且随时间衰减，以致带时限继电保护不能正常动作。励磁自动控制系统可以通过调节发电机励磁电流来增大短路电流，使继电保护正确动作。
1.7.保证并联运行系统的正常工作。系统的无功分配单元可保证参加并联运行的各发电机的输出无功功率获得均衡分配，增加了稳定环节的无功分配单元是保证强励能力大的并联运行系统能正常稳定工作的重要条件之一。
2.发电机励磁系统的组成
同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
3.同步发电机励磁系统的形式
3.1.直流发电机供电的励磁方式
这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
3.2.交流励磁机供电的励磁方式
交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100-200HZ的中频发电机，交流副励磁机则采用400-500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3.3.无励磁机的励磁方式
不设置专门的励磁机，从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
4.发电机与励磁电流的有关特性
4.1.电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
4.2.无功功率的调节
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行。为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
4.3.无功负荷的分配
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
5.自动调节励磁电流的方法
5.1.励磁电流调节的原理
改变发电机的励磁电流，通常是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。 常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。
5.2.自动调节励磁装置
自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。但并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
作者简介：
王姝琴 女 （1977-） 山东省荣成人 学历：本科 专业：电力系统及其自动化 研究方向：电力工程
张国强 男 （1974-）四川省南部县人 学历：专科 专业：发供电及电力系统管理 研究方向：电力工程
关键词：励磁系统；继电保护装置；
1.励磁系统的主要作用
励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高發电机并列运行的静态、暂态稳定性；4）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；5）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
根据运行方面的要求，励磁控制系统应该承担如下的任务：
1.1.维持发电机端或系统指定控制点的电压在给定水平上。满足这一要求首先考虑的是保证电力系统运行设备的安全性，其次保证发电机运行的经济性。此外，维持发电机电压与提高电力系统稳定性方面的要求也是一致的。
1.2.合理分配并联运行发电机间的无功功率。电力系统中有许多台发电机并联运行。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并联运行发电机输出的无功功率。
1.3.提高电力系统的静态稳定性。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。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率，自动励磁的调节装置的出现，使许多技术问题得到了圆满的解决。
1.4. 提高电力系统的暂态稳定性。电力系统在运行中随时都可能遭受各种干扰，在各种干扰后，发电机组能够恢复到原来的运行状态或者过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。励磁自动控制系统是通过改变励磁电流If从而改变Eq值来改善系统稳定性的。
1.5.提高电力系统动态稳定性。当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，电力系统能否继续稳定运行，称为电力系统的动态稳定性。增加励磁调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的有效措施。
1.6.提高继电保护装置动作的准确性。若系统处于低负荷运行状态时发生短路故障，短路电流较小，且随时间衰减，以致带时限继电保护不能正常动作。励磁自动控制系统可以通过调节发电机励磁电流来增大短路电流，使继电保护正确动作。
1.7.保证并联运行系统的正常工作。系统的无功分配单元可保证参加并联运行的各发电机的输出无功功率获得均衡分配，增加了稳定环节的无功分配单元是保证强励能力大的并联运行系统能正常稳定工作的重要条件之一。
2.发电机励磁系统的组成
同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
3.同步发电机励磁系统的形式
3.1.直流发电机供电的励磁方式
这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
3.2.交流励磁机供电的励磁方式
交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100-200HZ的中频发电机，交流副励磁机则采用400-500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3.3.无励磁机的励磁方式
不设置专门的励磁机，从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
4.发电机与励磁电流的有关特性
4.1.电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
4.2.无功功率的调节
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行。为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
4.3.无功负荷的分配
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
5.自动调节励磁电流的方法
5.1.励磁电流调节的原理
改变发电机的励磁电流，通常是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。 常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。
5.2.自动调节励磁装置
自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。但并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
作者简介：
王姝琴 女 （1977-） 山东省荣成人 学历：本科 专业：电力系统及其自动化 研究方向：电力工程
张国强 男 （1974-）四川省南部县人 学历：专科 专业：发供电及电力系统管理 研究方向：电力工程