1电力系统稳定问题
电力系统稳定是电网安全运行的关键，一旦遭到破坏，必将造成巨大的经济损失和灾难性的后果。近年来世界范围的电力工业改革日益加快，逐步建立了竞争机制下的电力市场。电网的开发和商业化运营使得电力系统运行越来越接近系统极限，经济性和安全稳定性相互制约，使得系统的安全稳定性问题越来越突出和越来越复杂，这些都对稳定分析与控制提出了新的挑战。更深入地理解稳定机制、建立快速准确的稳定分析方法和提出有效而经济的控制措施便成为当务之急。
2发电机励磁系统的组成以及工作原理
发电机励磁系统由励磁功率部分、励磁控制部分、发电机电压测量和无功电流补偿部分以及电力系统稳定器（简称PSS）组成。发电机电压测量和电流补偿部分形成需要控制的偏差信号。励磁控制部分实现励磁稳定控制和限制功能，由PID或软反馈校正环节、功率控制环节、补偿励磁机时间常数的反馈环节、顶值限制环节、过磁通（伏/赫）限制环节、过励限制环节和低限制环节等组成。
发电机励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。它的技术及运行的可靠性，对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自起动和发电机与电力系统稳定运行都有重大影响。
励磁系统一般由两部分组成。一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）；另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。
在正常运行的情况下，励磁系统维持发电机或系统的电压水平，合理分配发电机间的无功负荷，提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性。所以，必须满足以下要求：
1）正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。2）应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机的励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。3）励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。
3对于发电机励磁系统稳定性分析
对于发电机励磁系统来说，要想验证系统能否真正发挥作用，主要还要看其稳定性能，励磁系统的稳定性能越强，就代表其调控能力越强，从而对电力系统的保障性就越高，所以，只有保证了励磁系统的稳定性，才能使电力系统更加平稳的运行。
3.1励磁系统稳定性分析模型的构建
为了对励磁稳定性进行更加直观、透彻的分析，采用建立数据模型的方式对励磁系统稳定性展开研究，模型主要是以单机无穷大作为理论基础，利用线性模型Heffron-Philips对发电机及其控制系统进行叙述，此外，同步发电机则是通过计及凸极效应和励磁回路动态相结合的方式，建立了三阶实用模型，在保证机械功率不变的状态下，分别对转速偏差Δω、转子角偏差Δδ、q轴暂态电动势偏差ΔE′q、发电机励磁压偏差ΔEfd四个状态变量作出分析，同时得出了小干扰动态稳定理论的同步机动态增量方程等式，如下式所示。
通过模型我们可以很直观的观察到发电机各个部分与励磁系统之间的接口位置，但单纯的依靠Heffron-Philips模型对励磁系统稳定性进行分析是远不够的，这其中还欠缺了恒无功和恒功率因素对励磁系统产生的干扰，为此，为了更好的对励磁系统稳定性进行分析，选用两种励磁方式作为参考。
如图1中控制框图所示，控制参数分别是KA、TA、TE、KF、TF，励磁机的饱和系数为SE，p则代表微分算子，其主要实现保持发电机端电压保持不变的功能，通过与恒无功励磁控制框图相融合之后，可以得出励磁系统的控制框图，此时TR为测量时间常数，KQ为附加控制放大倍数，TQ为附加控制时间常数，通过公式之间的推导以及矩阵根特征的分布情况，从而判断出系统小于干扰稳定的特性。
3.2影响发电机励磁系统稳定性的因素
为了对励磁系统稳定性进行深入分析，利用根轨迹法来验证影响励磁系统稳定的因素都有哪些，通过对两种不同控制方式的探究，分析得出了KQ，TR和TQ三个参数的影响，具体其中负荷100MW，发电机有功出力45MW，xd=xq=2.22，xd=xq=0.26，xL=0.11，M=6s，T′d=6.48s，KA=20，TA=0.1s，TE=0.5s，SEMAX=0.8，SE0.75MAX=0.5，KF=0.04，TF=0.7s，TR=0.02，KQ=20，TQ=0.3s，经过一系列演算之后，得出结论励磁系统的稳定情况随着KQ，TR和TQ的改变而改变。
4案例控制分析
某企业电网于某日发生故障，后查明：造成电网自备机组振荡解列的原因是由于励磁控制方式选择不当所致。该企业此前一直采用的是恒无功励磁控制方式，事故发生后，励磁方式改由恒电压控制方式后，解决了事故的再发，保证了工厂的正常运作。经过分析得到：励磁方式采用恒无功的状态下，出现了系统震荡现象，通过结果对比，震荡现象是由于励磁系统自身失稳造成的，采用恒电压控制方式后，无论是负荷冲击故障还是三相短路故障，系统均可保持良好的稳定性能，和更改励磁模式后的震荡现象相符合。由此可以证明通过改变励磁系统的控制参数，仍可达到其他励磁方式的效果。
结语
发电机励磁系统在电力系统中起着非常重要的作用。其主要作用是维持发电机端电压恒定，控制并列运行发电机间无功功率合理分配，提高发电机及电力系统的稳定性，这些都是励磁系统的基本作用。在诸多改善发电机稳定性措施中，提高励磁系统的控制性能是最有效和经济的措施之一，随着大电网的互联，电力系统容量倍增，加上快速励磁装置的广泛应用，使得电力系统出现了许多新的问题。比如由于系统阻尼不足出现的低频振荡，远距离输电线路的串联补偿电容引起的次同步振荡及轴系扭振，系统无功不足、无功功率平衡破坏导致的电压崩溃，这些都威胁着电力系统的稳定运行。因此，励磁系统建模已成为实际运行系统提高稳定分析水平的关键。
参考文献：
[1]魏强.发电机转子角控制及其在电力系统中的作用研究[D].山东大学，2015.
[2]杨静.发电机并联运行仿真及励磁系统的自适应控制研究[D].南京邮电大学，2015.
[3]王碧轩，张宇功.励磁控制对电力系统稳定性及电网可靠性分析[J].自动化与仪器仪表，2014，02：114-115+117.
作者简介：
仇志刚，男，学士，主要从事发电机励磁技术方面的研究工作。
林元飞，男，学士，主要从事发电机励磁技术方面的研究工作。