励磁[调节]控制系统定义

包括同步发电机及其励磁系统的反馈控制系统。以同步电机电压或无功功率为主要调节对象,采用同步电机、励磁机以及与其连接的电网在内的系统状态量作为反馈信号,调节励磁功率的控制系统。

2020年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

《电力名词》 (第三版)。

励磁调节控制系统简称AVR，用来调节发电机组无功功率。

励磁调节控制系统简称AVR，用来调节发电机组无功功率。2100433B

我国发电机组励磁系统调节规律的发展简况如下。

• 单变量调节

比例调节P、比例积分调节PI和比例积分微分调节PID三种调节的变量只有发电 机的机端电压U_t，或者是U_t与给定电压值之差ΔU_t，故称为单变量调节。其传递函数分别为：

(1) 比例调节P为U(s)=K_pΔ U_t(s)

(2) 比例积分微分调节PID为

式中 U——调节器输出电压值，V；

U_REF——给定电压值，V；

U_t——与发电机机端电压相对应的三相电压有效值的平均值，V；

s——Laplace算子。

实践证明，PID调节的应用，明显地提高了同步发电机在系统振荡时的阻尼作用和励磁调节器的性能品质，但仍然不能满足远距离、重负荷输电的要求。有资料说明，这种调节方式可将系统极限角δ_m从无调节时的90°提高到100°左右；但若采用高增益调节器，也可能提高到105°或110°。

• 线性多变量控制

(1)强力式励磁调节器。早在50年代中期，前苏联提出了强力式励磁调节器，除 了采用发电机端电压偏差ΔU_t外，还采用发电机频率偏差Δf及其一次微分和发电机定 子电流及其一次微分等辅助反馈变量。在设计上采用“双变量D域划分法”。这种调节 器具有在保证调节精度下稳定励磁、提高发电机动态与暂态运行稳定性、抑制系统事故 后的振荡等功能，在前苏联得到推广应用。但由于设计方法不方便，共同稳定域很小， 参数整定困难等原因，在国际上和我国均未普遍应用。

(2) 电力系统稳定器PSS。它是在PID调节器的基础上，附加发电机的转速偏差 Δω、功率偏差ΔP_e、频率偏差Δf中的一种或两种信号的二阶超前校正环节作为附加控 制。其作用是，增加对电力系统机电振荡的阻尼，以增强电力系统的动态稳定性。有资 料说明，采用PSS可将系统极 限运行角提高到110°～120°。 以Δf(Δω) 为附加信号的 PSS控制器传递函数结构图如图3所示。

我国引进设备所采用的 PSS的传递函数结构图见图4。采用了WASH—OUT 滤波器，保证在任何情况下，直流分量附加到调节器控制回路中。两个放大因子K_SS1和K_SS2“加权”用计算机程序 计算。设定值取决于机组参数、机组运行点及网络阻抗，从而决定其相位超前和滞后以 及稳定信号的幅度，以求所有运行点都达到好的阻尼效应。

(3)线性最优励磁控制LOEC。为了进一步改善电力系统小干扰稳定及动态品质， 70年代初，国际上一些学者提出了线性最优控制方式LOEC。80年代清华大学对此进 行了研究，研制成功工业样机，经由天津电气传动研究所、武汉洪山电工研究所制造生产的产品，已在碧口、刘家峡、白山、红石等水电站的机组上投入运行。有资料说明， 结合实际计算，这种励磁调节方式，可将系统动态稳定极限角δ_m提高到127°。但是， 它是基于系统全状态量的最优线性反馈的，要求状态量能实际测量，从而给实际应用带来了困难。而且将其应用于多机电力系统励磁控制设计时，不能得到分散的最优控制规 律，只能得到次优的控制方案，这不能不是一种缺陷，在非线性系统中，一旦偏离了设计工况，最优控制就不存在了。

(4)零动态多变量励磁控制ZDEOC。ZDEOC的设计原则是仅仅保证输出状态量的 动态品质在任何时刻都是最优的，即系统输出状态量的动态偏差Y (t)在任何时候都 趋于零，即，当t≥0时，Y (t) =0。而对其发电机的其他状态，即内部状态，无须 苛求，只求稳定即可。这种调节规律系由清华大学提出，在电力自动化研究院电气控制 技术所生产SJ800微机励磁调节器上配置，已在动模上作了单机无穷大系统试验，证明 能有效改善远距离输电系统稳定性，现已在岩滩水电站300MW机组上投入运行。

• 非线性多变量励磁控制NEC

NEC在设计中，对于小干扰和大干扰，都采用电力系统精确的非线性模型。应用微 分几何方法对电力模型(可表示为一个标准的仿射非线性系统)进行精确线性化，寻找适 当的坐标变换及非线性状态反馈，使系统转化为一个完全可控的线性系统，由此求出线性 最优控制，从而求得非线性控制。经变量代换，最终得出非线性最优控制规律NOEC。

清华大学用这种NEC的理论和方法设计并研究成功GEC-1型微机非线性励磁控 制器，它一举解决了电力系统小干扰与大干扰控制的统一性、控制对电网参数的鲁棒 性、分散最优控制等三个关键问题，有利于提高输电系统的安全稳定水平。

GEC-1型微机非线性励磁控制器，从1994年11月起已经在丰满水电站一台容量为 85MW的水轮发电机组和10台容量为100～200MW的汽轮发电机上成功地运行。西北电网的稳定仿真计算表明，依靠这种控制器不仅抑制了西电东送所出现的弱阻尼振荡，而且还 提高了东电西送动态稳定极限。对三峡工程机组励磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各种运行方式下，都能提供很强的人工阻尼，在提高系统暂态和静态稳定方面，均优于目前 的所有PSS和LOEC。以单机对无穷大系统的为例，静态稳定极限比采用PID方式提高 35.7%，比采用PSS方式提高7.1%，比采用LOEC方式提高15.7%;暂态稳定极限比采用 PID方式提高38%，比采用PSS方式提高4.7%，比采用LOEC方式提高14.2%。

自动调节励磁装置，亦称“自动电压调整器”。自动调节发电机的励磁电流使电压保持在一定范围内和调节无功功率输出的装置。主要有晶闸管型和电磁型两种。具有强行励磁性能的自动调节励磁装置,电力系统发生故障时,还可用来有效提高运行的稳定性。另有自动调节励磁装置由控制芯片、自关断大功率器件、滤波环节组成,响应快,智能化调节。