【正文】 回路等應分別用不同顏色的導線連接。1．實驗前的準備實驗前應復習教科書有關章節(jié)內容，認真研讀實驗指導書，了解實驗目的、項目、方法與步驟，明確實驗過程中應注意的問題（有些內容可到實驗室對照實驗設備進行預習，熟悉組件的編號，使用及其規(guī)定值等）。只有將電壓調低（約240V以下），并按“過壓復位”按鈕后，才能自動恢復正常輸出。3．開啟直流操作電源的步驟1）在交流電源啟動后，接通“固定直流電壓輸出”開關，可獲得220V（）不可調的直流電壓輸出。3）按下“啟動”按鈕，“啟動”按鈕指示燈亮，只要調節(jié)自耦調壓器的手柄，在輸出口U、V、W處可得到0～450V的線電壓輸出，并可由控制屏上方的三只交流電壓表指示。 過勵反時限保護過熱量累計超過設定值某個百分數(shù)（如10%）時判斷過勵反時限限制失敗，進行通道切換。 頂值電流保護勵磁調節(jié)器的頂值電流保護對于高頂值勵磁系統(tǒng)是必備功能。 過熱量的釋放和再次過勵的條件一次過電流帶來的過熱量經(jīng)電流小于額定值而得到逐步釋放，過熱量最小等于0。從勵磁機負載特性曲線上，由頂值電流倍數(shù)決定的發(fā)電機磁場電壓，獲得頂值電流瞬時限制值。過勵反時限與發(fā)電機轉子過負荷保護之間的級差需要考慮以下原則：1．測量偏差不至于引起保護先于限制動作；2．過勵反時限限制動作、電流回到長期值以下的過程中過熱的積累不導致保護動作；3．較小的級差，即過勵反時限限制設置較大的過熱量有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定。啟動值不影響反時限特性，并當磁場電流大于啟動值后進入反時限計算。過勵反時限特性函數(shù)類型與發(fā)電機磁場過電流特性函數(shù)類型一致。綜上所述，十幾年來，我國在微機勵磁控制器的研究開發(fā)領域取得了豐碩的成果，這些離不開各大專院校，科研院所的共同努力，同時也離不開諸如池覃、映秀灣、烏溪江、葛洲壩等電廠的創(chuàng)新精神和大力支持，各地中試所也為微機勵磁控制器的推廣應用做出了重要貢獻。但是應當指出，這種勵磁控制器是針對電力系統(tǒng)局部線性化模型來設計的，這樣設計出的勵磁控制器能保證在運行點附近具有良好的控制性能，當偏離運行點時，控制性能就會變差。由于比例調節(jié)方式不能很好滿足大電力系統(tǒng)對抑制震蕩、提高靜態(tài)穩(wěn)定極限以及穩(wěn)態(tài)電壓調節(jié)精度等方面要求，于是便發(fā)展到按發(fā)電機端電壓偏差的比例—積分—微分—調節(jié)的PID（ProportionalIntergralDifferential）調節(jié)方式。電力工業(yè)市場化運行機制對系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制、包括機組勵磁控制的新要求基于GPS的多機系統(tǒng)勵磁優(yōu)化協(xié)調控制的研究勵磁控制器是同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的重要部件。多機系統(tǒng)中的“強”非線性問題，即考慮控制限幅、飽和、切換以及各種實際約束（如端電壓約束）條件下的控制系統(tǒng)綜合和分析問題。作者認為，在當前，應該對此進行一些實事求是和“承上啟下”的分析和小結，以明確：哪些問題已得到了比較圓滿的解決，不需要再花精力去研究了哪些關鍵問題還沒有得到滿意的解答，是今后研究的著力點；哪些問題仍然模糊不清，亟待明確；而哪些問題乃細枝末節(jié)，不必沉溺于其中等等，將是大有裨益的事。魯棒勵磁控制的主要目的是通過一種設計方法來保證得到的控制器在預定的參數(shù)和結構擾動下仍然能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性。該方法的優(yōu)點是數(shù)學過程簡單，物理概念清晰，且適用于所有非線性系統(tǒng)，易于工程應用。其中推導了以同步發(fā)電機機端電壓、功角（轉子運行角）和轉速等作為變量的非線性狀態(tài)方程，構造出一個能反映機組運行規(guī)律的LyaPunov函數(shù)，并根據(jù)LyaPunov漸進穩(wěn)定原理設計發(fā)電機組的勵磁控制規(guī)律。1．李雅普諾夫方法李雅普諾夫（LyaPunov）穩(wěn)定性定理是關于運動穩(wěn)定性問題的一般理論和方法，提出一個多世紀以來，大量學者圍繞其應用作了系統(tǒng)的研究。這種組合能夠保證系統(tǒng)在過渡過程中各狀態(tài)量對其穩(wěn)態(tài)值的平方誤差的積分最小，故其控制效果不受振蕩頻率的影響。最優(yōu)控制理論的主要特點是:不是建立在傳遞函數(shù)的基礎上，而是建立在空間狀態(tài)方程的基礎上，是基于系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法；適用于多控制量的系統(tǒng)；可以根據(jù)被控對象的實際要求，用解析的方法得出最優(yōu)控制規(guī)律，以保證要求的性能指標達到極值；不局限于常系數(shù)線性系統(tǒng)，而亦適用于時變的線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)及離散系統(tǒng)等。 基于現(xiàn)代控制理論的多變量控制方式為了進一步改善與提高電力系統(tǒng)的動態(tài)品質與小干擾穩(wěn)定性，多變量反饋的勵磁控制方式便逐步發(fā)展起來。 同步發(fā)電機勵磁控制方式研究現(xiàn)狀同步發(fā)電機勵磁調節(jié)對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起著重要的作用，隨著快速勵磁系統(tǒng)的廣泛應用，勵磁控制對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響效果越來越明顯，科技工作者對發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)進行了長期而廣泛的研究，取得了許多顯著的成果。 輔助工作電路輔助工作電路是為了使發(fā)電機安全運行而設置的各種保護電路和便于運行操作的附加裝置。由于勵磁調節(jié)器可對調差系數(shù)進行調節(jié)，所以就可以達到機組間無功負荷合理分配的目的。目前解決這一問題的方法，是在勵磁調節(jié)器上附加一個補償環(huán)節(jié)，稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。良好的勵磁控制在增加人工阻尼，消除第二擺或多擺失步方面的作用則更為重要。勵磁系統(tǒng)對提高暫態(tài)穩(wěn)定而言，表現(xiàn)在強行勵磁和快速勵磁的作用上。在=時線路達到所能輸送的極限功率，即對于單機——無窮大母線系統(tǒng)，不考慮凸極效應和定子電阻。當機組甩負荷時，通過勵磁系統(tǒng)的快速調節(jié)作用，應限制機端電壓不致過分升高。隨著發(fā)電機容量的提高，所需勵磁電流也隨之增大，而直流勵磁機由于存在機械整流環(huán)，功率過大時制造存在困難，因此在大容量的發(fā)電機組上很少采用。在某些故障情況下，發(fā)電機端電壓降低將導致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。同步發(fā)電機勵磁的自動控制在保證電能質量、無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運行的可靠性方面都起著十分重要的意義。在各類電站中，勵磁系統(tǒng)是保證同步發(fā)電機正常工作，提高電網(wǎng)穩(wěn)定水平的關鍵設備。電力系統(tǒng)正常運行時，發(fā)電機勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運行機組間無功功率的分配。圖11 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)構成示意圖在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機容量較小，勵磁電流通常由與發(fā)電機組同軸的直流發(fā)電機供給，即直流勵磁機方式。通常當發(fā)電機負荷變化時，發(fā)電機機端電壓將隨之變化，這時，勵磁系統(tǒng)將自動的增加或減少發(fā)電機的勵磁電流，使機端電壓維持在一定的水平上，保證有一定的調壓精度。我們知道，對于一條交流輸電線路，在不計電阻損耗的前提下，其上流動的有功功率P與線路兩端電壓、線路電抗X間的關系為： （11）其中，為兩端電壓之間的電角度差?？偟膩碚f，調節(jié)勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的改善沒有對靜態(tài)穩(wěn)定那樣顯著。由于提高勵磁系統(tǒng)的強勵倍數(shù)受到勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機制造成本的制約以及發(fā)電機轉子時間常數(shù)較大使勵磁電流上升速度受到限制等原因，使得靠勵磁控制來提高暫穩(wěn)極限的幅度不可能像提高靜穩(wěn)極限那么顯著，但其提高暫穩(wěn)極限的效益還是明顯的。在一定的勵磁方式和勵磁系統(tǒng)參數(shù)下，快速勵磁調節(jié)系統(tǒng)的電壓調節(jié)作用，在維持發(fā)電機電壓恒定的同時，將產(chǎn)生負的阻尼作用，當系統(tǒng)總阻尼較小時，就容易導致低頻振蕩的發(fā)生。通常我們希望發(fā)電機間的無功電流應當按照機組容量的大小成比例的進行分配，即大容量機組擔負的無功增量應大些，小容量機組擔負的無功增量相應小寫，這樣就可使得各機組無功增量的標幺值相等。改變移相觸發(fā)脈沖的相位即可改變功率輸出單元的輸出電壓，以實現(xiàn)調節(jié)勵磁的目的。這時裝設低電壓觸發(fā)電路可使可控硅元件在瞬間完全導通，迅速提升勵磁電流。隨之，就誕生了PID調節(jié)方式，它在一定程度上緩和了對單反饋量的勵磁調節(jié)系統(tǒng)，按系統(tǒng)穩(wěn)定性與按穩(wěn)態(tài)調壓精度對調節(jié)器放大倍數(shù)要求之間的矛盾，它就相當于一臺可自動改變增益的比例式調節(jié)器。彌補了PSS控制方式的不足之處。第三，最優(yōu)勵磁控制規(guī)律是全部狀態(tài)量的最優(yōu)線性組合。隨著非線性控制理論的發(fā)展，如微分幾何法、直接反饋線性化法，李雅普諾夫函數(shù)法，變結構控制、逆系統(tǒng)法等等，各種非線性勵磁控制方式也迅速發(fā)展起來。這些方法直接考慮系統(tǒng)的非線性特性，原理簡單，易于掌握。通過變化系統(tǒng)的狀態(tài)方程，使非線性因素和控制量集中出現(xiàn)在某一高階微分方程中，通過虛擬控制輸入量的建立，直接找到非線性補償規(guī)律，從而使原非線性系統(tǒng)達到線性化的目的。特別是變結構控制的抖動問題嚴重影響了它的廣泛應用。 國外研究及發(fā)展狀況大型同步發(fā)電機勵磁控制研究長期以來是一個非?；钴S的領域，成為各種控制理論和方法的“試金石”，經(jīng)過多年的探索，在理論和實踐上，都已取得了豐碩的成果；而在目前和將來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大及其對安全穩(wěn)定性水平要求的提高，以及控制理論的推陳出新，這一領域的研究將繼續(xù)深入發(fā)展。關于同步發(fā)電機勵磁控制，還有一些關鍵的問題迄今沒有得到很好地解決，它們是進一步研究的重點所在。目前的協(xié)調控制設計大多僅停留在離線規(guī)劃水平，較少考慮系統(tǒng)運行方式和網(wǎng)絡拓撲變化對協(xié)調控制策略的要求，進一步的研究應該考慮控制器之間的在線動態(tài)協(xié)調問題。在這一階段，勵磁控制首先從單機系統(tǒng)的分析和設計開始，提出了按發(fā)電機端電壓偏差進行比例式調節(jié)的單輸入——單輸出地勵磁控制方式，即比例調節(jié)方式。國內則是清華大學盧強教授等首先建立和完善了線性最優(yōu)勵磁控制器（Linear Optimal Excitation Controller，LOEC）的理論體系，并與天津電氣研究所共同研制出了第一臺基于線性最優(yōu)勵磁控制理論的模擬式LOEC裝置。此外，廣州電器科學研究所、長江水利委員會陸管局自動化研究所、武漢洪山電工技術研究所、河北工業(yè)大學、福州大學以及武漢華工大電力技術研究所等科研生產(chǎn)單位也在微機勵磁控制器的研究方面開展了相關工作。第2章 勵磁系統(tǒng)的過勵限制 過勵限制的主要特性勵磁系統(tǒng)和有刷交流勵磁機勵磁系統(tǒng)采用發(fā)電機磁場電流作為過勵限制的控制量，無刷交流勵磁機勵磁系統(tǒng)采用勵磁機勵磁電流作為過勵限制的控制量。過勵反時限啟動值小于發(fā)電機轉子過負荷保護的啟動值，大于Ifn，一般為（105%～110%）Ifn。 級差發(fā)電機轉子過負荷保護按照發(fā)電機特性設定。 以勵磁機磁場電流作為過勵限制控制量的過勵限制整定1．頂值電流瞬時限制值確定頂值電流瞬時限制值時需要考慮勵磁機的飽和。 無發(fā)電機轉子過負荷保護的處理當不采用發(fā)電機轉子過負荷保護時，過勵限制仍按照上述方法確定，即過勵限制與發(fā)電機過電流特性留有級差。由于完善的監(jiān)測可以提前發(fā)現(xiàn)和處理過勵問題，過勵保護實際起后備保護作用。高頂值勵磁系統(tǒng)具有勵磁系統(tǒng)內部或者外部的過電流切除調節(jié)器停機功能。此時在電源輸出端進行實驗電路接線操作是安全的。實驗完畢，將調壓器調回到零位，最后，關斷“電源總開關”。當輸出電壓調得過高時（超過240V），會自動切斷電路，使輸出為零，并告警指示?，F(xiàn)按實驗過程提出下列基本要求。接線原則應是先接串聯(lián)主回路，再接并聯(lián)支路。 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)操作運行及檢測維護 可控勵磁自動調節(jié)系統(tǒng)的投入運行的操作步驟1．將控制方式切換開關置于“自動”位置，將勵磁整定電位器旋至最低勵磁輸出端。②迅速松開UK校準按鈕SB，將控制電壓表投至待用控制檔，立即調整待用控制電壓，使之等于運行控制電壓。④正常運行中的切換，宜在負載穩(wěn)定、運行情況良好時進行，一般不宜在輕載時。2．當電網(wǎng)電壓較高，調節(jié)裝置長期在高功率因數(shù)下輕載運行時，應注意勵磁裝置的輸出電流不得低于最小允許值，以免發(fā)電機進相，影響運行穩(wěn)定性。當缺乏資料時，下列數(shù)據(jù)可供參考：硅整流元件：正常運行時，結溫一般不應超過90176。6．正常運行中，注意監(jiān)視勵磁繞組的接地檢查裝置運行情況，防止因接地而引起整流裝置輸出端短路，燒壞整流元件。（D）將勵磁整定電位器退至最低位置。3．對于沒有QFG但可逐漸卸載的發(fā)電機：先按（A）項操作，逐漸卸去負載，再按（B）項及以后步驟操作。內容如下：①各運行表針是否指示正常；②發(fā)電機、勵磁電源變壓器、可控橋主回路冷卻風機等到聲音是否均勻正常；③各運行指示燈及其他信號裝置是否指示正常；④勵磁系統(tǒng)各帶電部位，特別是聯(lián)接頭、線圈、觸頭等，有無變色、發(fā)紅、跳火、冒煙等現(xiàn)象；⑤有無焦臭或其他不正常氣味出現(xiàn)；⑥油浸式勵磁變壓器及電壓互感器的絕緣油顏色和油位是否正常；⑦檢查發(fā)電機、勵磁變壓器、整流器件及冷卻風機等元器件外殼，了解其溫度是否正常。在此過程中，可配合示波器及電壓表，分別檢查各部分電壓波形及數(shù)值是否符合要求，有無異常現(xiàn)象。 調試中常見故障及處理方法1．無三相觸發(fā)脈沖及控制信號：①測量回路未接入調試電源；②檢測放大電路故障，無控制信號輸出；③穩(wěn)壓電路故障無輸出。4．三相觸發(fā)脈沖及控制信號UK均正常，但當UK從某值開始逐漸增大時，可控橋輸出電壓不是平滑上升，而是忽大忽小，用示波器觀察波形雜亂。7．自動—手動切換過程中，控制電壓及可控橋輸出電壓突變。只要將勵磁繞組兩引出線對換即可。原因：是手控電路中有開路、短路、接觸不良或元件損壞等。⑦檢查控制電路是否因故障而將可控硅導通角增至最大。應適當降低放大倍數(shù)；②手控切換自控時，未校準控制電壓。2．單機運行中UF、并網(wǎng)運行中QX突然上升，勵磁整定電位器失去作用。處理：①若系強勵，則在規(guī)定的強勵動作時間內不應干予；超過規(guī)定時間，即切換到手控，將IL降至額定值；②如果可控硅失控，一般情況下過勵保護能自動斷開發(fā)電機斷路器QF及滅磁開關QFG；否則應迅速切至手控運行；若還無效，應立刻斷開QF及QFG或勵磁電路交流電源開關；③在實際工作中如遇到?jīng)]有QFG，且可控橋交流側又無電源開關的小容量勵磁裝置，在QF跳閘后，應立刻拔下勵磁主回路中的快速熔斷器，但應注意防止電弧引起短路或傷人。7．發(fā)電機過熱。先適當減小負載，再用萬用表逐一檢查每一橋臂快熔兩端電壓，其值約等于電源電壓的這相快熔，即為故障所在，應立即更換；c）某橋臂整流元件故障。一般應發(fā)“風機停止”信號，若指示燈損壞，則可能無信號。11．并網(wǎng)運行時IL、UL突降，與UK變化不對應。IL突然降至零，cosa表反向偏轉、有功表及電流表振蕩、機組可能有異常聲音，應立即停機檢查。本電路測量可控橋的交流輸入電流，當其達限制值時，輸出的過勵限制信號自動限制可控硅開放角的增大，從而限制可控橋最大勵磁電流在一定的數(shù)值內。其值幾乎不隨流過電流的大小而變。一旦可控橋輸入電流達限制值，比較電壓就大于給定電壓，19VDe開通，910端輸出正比于輸入電流的過勵限制