同步發(fā)電機微機勵磁控制分析

劉 波

江蘇永鋼集團有限公司，江蘇張家港 215628

大量實踐研究結果證實：同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)的運行質量很大程度上直接關系到整個電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。而微機勵磁系統(tǒng)作為構成同步發(fā)電機控制系統(tǒng)的關鍵要素之一，其最為主要的工作任務在于：以保障發(fā)電機以及其他各個控制點所對應的電壓數(shù)值的穩(wěn)定性為手段，最大限度的確保電力系統(tǒng)能夠得到穩(wěn)定、安全且長效的運行。本文以此為研究背景，試針對同步發(fā)電機微機勵磁控制方式所涉及到的相關問題作詳細分析與說明。

1 同步發(fā)電機微機恒功率因數(shù)、恒無功勵磁控制工作原理分析

以單機無窮大為系統(tǒng)在同步發(fā)電機微機勵磁設定為快速晶閘管勵磁工作模式的前提下，達成微機勵磁控制目標的方程關系基本如下式（1）～式（2）所示：

（1）發(fā)電機設備轉子運行角角度數(shù)值=角速度數(shù)值－穩(wěn)態(tài)角速度數(shù)值；

（2）角速度數(shù)值=穩(wěn)態(tài)角速度數(shù)值/機械轉子慣量數(shù)值·[發(fā)電機設備機械功率數(shù)值－阻尼系數(shù)/穩(wěn)態(tài)角速度數(shù)值（角速度數(shù)值－穩(wěn)態(tài)角速度數(shù)值）－發(fā)電機設備電磁有功功率數(shù)值]。

通過分析上述方程關系，相對于暫態(tài)電勢數(shù)值而言，其受到了包括發(fā)電機設備同步電抗數(shù)值、瞬變電抗數(shù)值、微機勵磁控制電壓輸出數(shù)值、發(fā)電機設備在定子開路狀態(tài)下勵磁繞組時間常數(shù)數(shù)值等多項因數(shù)的共同作用與影響，在單機無窮大系統(tǒng)中共同實現(xiàn)對同步發(fā)電機整體的微機勵磁控制。

2 同步發(fā)電機微機勵磁控制方式分析

恒功率因數(shù)控制可以說是當前技術條件下，最簡單有效的能量最優(yōu)控制方式。在將其作用于同步發(fā)電機微機勵磁控制的過程當中，以同步發(fā)電機設備在輸電狀態(tài)下所表現(xiàn)出的功率因素偏差情況來實現(xiàn)對電容量投切大小的評估與決定，最為突出的一點特點在于：勵磁控制狀態(tài)下的補償量與有功功率指標呈現(xiàn)出正比例相關關系，使得勵磁控制中的最大補償量有著明確的限制。然而相對于恒無功勵磁控制而言，其實現(xiàn)對同步發(fā)電機勵磁控制的關鍵在于：針對測量點位置所表現(xiàn)出的電壓偏離值大小進行評估，按照此種方式來確定與之相對應的補償電容量數(shù)值大小。從這一角度上來說，在恒無功補償方式作用之下，電容量指標與同步發(fā)電機輸電狀態(tài)下的有功功率指標并不呈現(xiàn)出正比例相關關系。這使得，在應用恒無功控制方式的作用之下，在電能較大的情況下，電壓高補償量反而會得到一定程度上的降低，從而達到微機勵磁控制的重要目的。

3 微機勵磁控制在同步發(fā)電機中的重要意義分析

首先，同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對電壓水平的合理控制。過高或者過低的電壓數(shù)值都會對整個同步發(fā)電機的正常運行產生不利的影響。一方面，在實際電壓水平低于額定電壓水平的情況下，可能引發(fā)定子繞組的溫度升高，不利于發(fā)電機運行的可靠性與安全性；另一方面，在實際電壓水平高于額定電壓水平的情況下，可能導致轉子繞組以及定子鐵芯呈現(xiàn)出瞬時性的溫度升高問題，由此勢必會對定子繞組的絕緣性能產生不利影響。而通過引入微機勵磁控制系統(tǒng)的方式，可借助于改變電流的方式，達到改變發(fā)電機設備感應電勢數(shù)值的目的，進而合理調整同步發(fā)電機所輸出的無功電流數(shù)值，將相應的電壓數(shù)值維持在既定的安全范圍之內；

其次，同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對無功功率分配的合理控制。在同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)的運行過程當中，配備有形成發(fā)電機外特性的運行環(huán)節(jié)，即調差環(huán)節(jié)。通過對調差環(huán)節(jié)的合理應用，能夠實現(xiàn)對發(fā)電機設備外部性能的有效改善，從而確保在并聯(lián)或者是在串聯(lián)狀態(tài)下，同步發(fā)電機組外特性的一致性，確保發(fā)電機組相互間無功負荷分配的合理性與穩(wěn)定性；

最后，同步發(fā)電機可通過強行勵磁的方式，達到改善整個電力系統(tǒng)運行條件的重要目的。一方面，電力系統(tǒng)終端用戶對于異步電動機的使用需求是極大的，一旦出現(xiàn)故障，在重新自啟動狀態(tài)下需要吸收電網系統(tǒng)中大量的無功功率，由此可能導致電網運行安全性受到影響。為此，通過引入微機勵磁控制系統(tǒng)，并適當調整勵磁電流的方式，可提高發(fā)電機所輸出無功功率，補償缺少功率，在滿足電動機自啟動條件的基礎之上，確保電網系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性；另一方面，對于同步發(fā)電機而言，在低負荷運行狀態(tài)下，其工作電流參數(shù)較小。在此狀態(tài)下，一旦出現(xiàn)短路事故，則勢必會導致繼電器保護裝置無法正常執(zhí)行跳閘動作而引發(fā)事故。然而，通過對微機勵磁控制系統(tǒng)的引入，在發(fā)生短路故障情況下，該控制系統(tǒng)能夠針對同步發(fā)電機所輸出的電流大小進行合理調整，保障繼電保護裝置能在短路故障下正常跳閘，提高繼電保護工作的可靠性與準確性。

4 結論

通過本文以上分析應認識到：同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)的運行質量在很大程度上直接關系到整個電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。保障勵磁控制的有效性也正是保障電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的關鍵所在，值得引起廣泛關注與重視?？傊?，本文針對有關同步發(fā)電機微機勵磁控制所涉及到的相關問題做出了簡要分析與說明，希望能通過本文相關研究工作的開展，為同步發(fā)電機微機勵磁控制的有效性與穩(wěn)定性提供良好的支持與保障。

[1]阮陽，袁榮湘.非線性輸出反饋控制的理論改進及其在電力系統(tǒng)勵磁控制中的應用[J].中國電機工程學報，2011，31(13)：33-39.

[2]石訪，王杰.偽廣義哈密頓理論及其在多機電力系統(tǒng)非線性勵磁控制中的應用[J].中國電機工程學報，2011，31(19)：67-74.

[3]高輝，崔文進，謝小榮，等.基于DSP的電力系統(tǒng)分散勵磁控制及其動模試驗[J].清華大學學報：自然科學版，2003，43(3)：353-356.

[4]王杰，阮映琴，傅樂，等.計及動態(tài)負荷的電力系統(tǒng)靜止無功補償器(SVC)與發(fā)電機勵磁控制[J].中國電機工程學報，2004，24(6)：24-29.