淺談200MW發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)與PSS裝置

摘 要:同步電機勵磁系統(tǒng)是“提供電機磁場電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置以及保護裝置”。勵磁控制系統(tǒng)是包括控制對象的反饋控制系統(tǒng)。勵磁控制系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行都有重要的影響。

關(guān)鍵詞:200MW發(fā)電機組 勵磁系統(tǒng) PSS裝置

中圖分類號:TM31文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0093-01

1 發(fā)電機勵磁的概念

發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔鼙仨毦邆淙齻€條件:

(1)磁場(轉(zhuǎn)子);

(2)導(dǎo)線(定子);

(3)使導(dǎo)線切割磁力線的動力(水、汽輪機)。

因此，發(fā)電機的勵磁就是用直流電源供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子使定子產(chǎn)生電勢。

E＝BLV

E—發(fā)電機內(nèi)電勢

B—轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通密度

L—發(fā)電機定子導(dǎo)線長度

V—發(fā)電機導(dǎo)線切割磁力線的速度

從上式中可見，當V、L不變時，E隨B的改變(即轉(zhuǎn)子電流的改變)而改變，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流使發(fā)電機滿足電力系統(tǒng)各種工況的要求。

2 發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)的作用

(1)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力

當電力系統(tǒng)受到擾動時，通過調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的勵磁，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力。

當電力系統(tǒng)受到小干擾或大干擾，導(dǎo)致同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化，使系統(tǒng)靜穩(wěn)定性或動穩(wěn)定性亦或暫態(tài)穩(wěn)定性受到不利的影響，這時通過勵磁控制，就可以將這種影響得到抑制，保持同步發(fā)電機穩(wěn)定運行。

(2)維持電力系統(tǒng)的電壓水平

當電網(wǎng)負載增大時，發(fā)電機電流增大，若發(fā)電機內(nèi)電勢不變，則發(fā)電機端電壓將下降。要是安裝了自動勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁電流就會隨負載增加而增加，發(fā)電機內(nèi)電勢也會跟著增大，這樣就會使發(fā)電機端電壓維持在一定的水平。

(3)提高發(fā)電機功率極限和電力系統(tǒng)傳輸功率的能力

(4)改善電力系統(tǒng)及同步發(fā)電機的運行狀態(tài)

①提高繼電保護裝置動作的可靠性;

當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，使短路電流衰減得很慢，保證繼電保護裝置在整定值時間內(nèi)準確可靠地動作。

②平衡發(fā)電機并網(wǎng)運行時各臺發(fā)電機組之間的無功功率。

③當系統(tǒng)短路故障消除，自動勵磁調(diào)節(jié)器能夠加快系統(tǒng)電壓恢復(fù)。

④通過控制勵磁電流，保持同步發(fā)電機的恒壓運行外，自動勵磁調(diào)節(jié)器還可以使系統(tǒng)作恒無功或恒功率因數(shù)運行，以提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

3 200MW發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的要求

勵磁系統(tǒng)是“提供電機磁場電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置以及保護裝置”。

勵磁系統(tǒng)有一下幾個要求:

(1)當同步發(fā)電機的勵磁電壓和電流不超過其額定勵磁電壓和電流的1.1倍時，勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證能連續(xù)運行。

(2)對于用電勢源靜止勵磁機的系統(tǒng)，其勵磁頂值電壓倍數(shù)應(yīng)按發(fā)電機端正序電壓為額定值80％時計算。

(3)勵磁系統(tǒng)允許強勵時間應(yīng)不小于10s。

(4)同步發(fā)電機磁場回路使用功率整流器的勵磁系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過電壓保護，無刷勵磁系統(tǒng)可以不加裝轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置。

(5)勵磁系統(tǒng)應(yīng)有自動滅磁功能。

4 200MW發(fā)電機組勵磁控制系統(tǒng)的要求

勵磁控制系統(tǒng)是“包括所有調(diào)節(jié)與控制元件和控制對象(同步電機)的反饋控制系統(tǒng)，不包括那些不參與調(diào)節(jié)與控制的元件如滅磁裝置等”。

勵磁控制系統(tǒng)的要求:

(1)維持發(fā)電機的出口電壓在給定值水平上和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

(2)自動電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機端電壓靜差率小于1%。

(3)提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。

(4)實時控制系統(tǒng)應(yīng)具備快速可靠的中斷響應(yīng)，保證程序高效率運行。

(5)控制單元為2～3個，互不干擾，主、從套跟蹤備用。

5 200MW發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)主要功能

能夠精確快速地調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的機端電壓和無功功率，調(diào)節(jié)器控制周期為毫秒級。將給定值和反饋值進行不間斷的比較，然后進行調(diào)節(jié)計算，最終去改變可控硅整流器的觸發(fā)角度，從而穩(wěn)定機端電壓，實現(xiàn)電壓的平滑調(diào)整。系統(tǒng)本身還具備實時故障診斷和容錯、智能調(diào)節(jié)及輔助分析、信息網(wǎng)絡(luò)化功能。

無功調(diào)差功能是勵磁調(diào)節(jié)發(fā)電機無功出力的重要環(huán)節(jié)，尤其是擴大單元接線的多臺發(fā)電機并列運行。發(fā)電機無功調(diào)差有兩方面的作用:一是確定共母線機組穩(wěn)態(tài)時無功按比例分配;一是在系統(tǒng)電壓波動時確定發(fā)電機組無功出力增量按比例分配。對于單元接線的發(fā)電機組，由于主變壓器自然調(diào)差系數(shù)(變壓器阻抗)較大，為了提高發(fā)電機組對系統(tǒng)的電壓(無功)支撐能力，一般勵磁調(diào)節(jié)器中無功調(diào)差系數(shù)選擇為負值(或者為0)，小機組還可以設(shè)置為正值，來補償主變壓器的電壓降，但補償壓降不能超過主變壓器的實際壓降。對于擴大單元接線的各發(fā)電機組，勵磁調(diào)節(jié)器中無功調(diào)差系數(shù)必須選擇為正值。

6 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和擴大，快速自動勵磁調(diào)節(jié)器和快速勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用，國內(nèi)外電力系統(tǒng)發(fā)生過很多次的低頻功率振蕩，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，成為制約聯(lián)絡(luò)線輸送功率極限提高的最重要因素之一。

為了讓低頻振蕩得到很好控制，便研制出了以發(fā)電機功率、發(fā)電機組的軸速度、發(fā)電機機端電壓頻率為信號的附加自動勵磁控制裝置，稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器具有物理概念清楚、參數(shù)易于選擇、電路簡單、調(diào)試方便等眾多的優(yōu)點，并在系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)是自動勵磁調(diào)節(jié)器的一個標準功能。它的目的是通過引入一個附加的反饋信號，增加弱阻尼或負阻尼控制系統(tǒng)的正阻尼系數(shù)，用來控制同步發(fā)電機的低頻振蕩，從而提高發(fā)電機組的最大輸出能力，使電網(wǎng)的穩(wěn)定性得到幫助。自動勵磁調(diào)節(jié)器中附加的反饋信號為機組的加速功率，由電功率信號和轉(zhuǎn)子的角頻率信號綜合產(chǎn)生。

7 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本要求

由于使用信號與使用元件的不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可以有各種不同的電路。但是根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的功能—在系統(tǒng)可能發(fā)生的振蕩頻率范圍內(nèi)提供正阻尼力矩，多樣的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都要做到以下幾點要求:

(1)有良好的相頻特性，以合理、正確補償勵磁系統(tǒng)的相位滯后。

(2)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入與提出，均不影響發(fā)電機正常穩(wěn)態(tài)電壓水平。

(3)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作過程中，不要過大的引起發(fā)電機電壓的波動。

(4)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出的噪音電平應(yīng)盡可能的低。包括信號檢測和隨機噪聲在內(nèi)，其電平應(yīng)不超過正常輸出范圍的10％。

(5)有一定保護措施，以保證在各種運行狀態(tài)下(包括PSS故障)不會引起發(fā)電機過電壓和無功過負荷，也不會引起發(fā)電機勵磁不足或失去勵磁。