同步发电机励磁系统是指“向同步发电机提供励磁的所有部件的总和” 。同步发电机的励磁系统主要由主励磁系统及调节系统两个基本部分组成。主励磁系统可分为直流励磁系统及半导体整流励磁系统两大类 ，而每一类又可分为多种接线形式。励磁调节系统包括常规的励磁调节器(AVR)以及目前系统中广泛使用的电力系统稳定器(PSS)等 。我国生产的调节器中，包括调差补偿环节以及励磁稳定器(ESS)部分，系统稳定器则单独分出。按控制理论来划分，发电机是控制对象 ，调节器是控制器，励磁功率系统是调节器的执行环节。调节器根据机端电压变化控制励磁功率系统的输出，从而达到调节励磁电流的目的 。它们组成一个反馈系统，称之为励磁控制系统。
1、同步发电机的传递函数
同步发电机是电力系统中物理过程最复杂的元件，既有机械运动过程又有电磁暂态过程，并且包含的变量众多。因此很难建立一个全面而统一的发电机数学模型，只能是根据某种目的 ，按照某种要求来建立相应的数学模型 。假定发电机在运行区域内，不考虑发电机电压的饱和特性时，可认为发电机端电压稳定幅值与励磁电压成正比，发电机的传递函数可用一阶惯性环节来表示。
2、励磁调节器的数学模型
自动电压调节器(AVR)是励磁系统的最重要的组成部分之一，而自动电压调节器的数学模型则是励磁系统数学模型中最重要的组成部分之一。由于实际电力系统中运行的调节器种类繁多、采用的控制规律各不相同，因而导致在同一种励磁方式下可能需要采用不同的励磁系统数学模型。自动电压调节器一般由电压测量调差补偿单元、误差信号放大单元、校正单元(串联校正、并联校正或两种兼用)、功率放大单元和时间常数补偿单元等组成 。自动电压调节器的模型就由这些单元的模型加上限幅单元的模型组成。
3、电力系统稳定器数学模型
电力系统稳定器(PSS)作为一种附加励磁控制 ，对电力系统稳定性的改善具有重要的作用，在电力工业中得到了广泛应用。60年代后期，大型互联系统在弱联系重负荷的情况下 ，常发生振幅增长性振荡，以致破坏系统的稳定运行 ，采用电力系统稳定器产生的励磁系统附加控制信号 ，可以有效地增加系统阻尼，克服振荡 。常用的电力系统稳定器输出信号加在调节器信号综合输入端 。而输入信号，按信号来源不同可分别取自转速、频率或有功功率等 ，经适当的处理后得到所希望的输出信号。
实际运行的电力系统稳定器一般包括信号测量单元、隔直单元、相位补偿调节单元和限幅单元等。测量单元是一个典型的惯性环节 ，除了检测并变送主信号外，还对高频非主信号具有足够程度的抑制作用，使其幅值被限制在主信号幅值的10%范围之内 。隔直单元用来洗净不大于0.01Hz的直流非主信号对励磁控制系统正常运行的干扰而设置的，所以又把它称为冲洗器，也将其称为自动复位器 ，意味着只有出现大于0.01Hz的信号时，才会使PSS自动投入励磁系统 ，否则它便自动复位，使PSS自动退出励磁系统 。相位补偿调节单元是一种超前一滞后相位补偿器，是为补偿测量单元及其它环节对主信号所造成的相位滞后而设置的 。
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