人工智能在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)上的應用

【摘要】本文介紹了人工智能在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)上的應用情況，對勵磁系統(tǒng)的智能控制方法進行了具體的分析。

【關鍵詞】人工智能；智能控制；勵磁系統(tǒng)

1、前言

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）是計算機科學中涉及研究、設計和應用智能機器的一個分支。人工智能技術被廣泛地應用于求解非線性問題，較之于傳統(tǒng)方法有著不可替代的優(yōu)勢。人們現(xiàn)在認為人工智能是計算機科學技術的前沿科技領域。

智能控制是人工智能研究的一個領域，是一類無需或少人的干預就能獨立驅(qū)動智能機器實現(xiàn)目標的自動控制方式。其研究內(nèi)容包括任務與世界模型描述、符號和環(huán)境識別、推理機的設計與開發(fā)等。

人工智能在電力系統(tǒng)中已有廣泛的應用，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，隨著我國電力建設和電力市場競爭機制的引入不確定性因素和運行復雜性的增加，人工智能控制在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的應用前景將更加廣闊。

2、同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概述

由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元、滅磁過電壓保護和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是控制發(fā)電機端電壓和無功功率的重要組成部分，重要的實時連續(xù)控制系統(tǒng)，對維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起主要作用，正常運行時，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，讓發(fā)電機穩(wěn)定運行。事故狀態(tài)下，能迅速滅磁及保護發(fā)電機不被損壞。所以，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。

同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)控制部分在結(jié)構上主要由功率整流單元、調(diào)節(jié)器裝置和滅磁過電壓保護裝置，共三大部分所組成。勵磁功率整流單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則應用智能控制方法根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出，滅磁過電壓保護裝置能防止系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓和快速滅磁。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性具有相當大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導致機組穩(wěn)定極限降低的趨勢，也促使勵磁技術不斷發(fā)展。

同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要作用有：

1）根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；2）控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；3）提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；4）提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；5）在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；6）根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。7）在發(fā)電機出口內(nèi)出現(xiàn)短路故障時，要提供強行勵磁。8）當系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，投入PSS抑制振蕩。

3、同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)智能控制原理

3.1電壓的調(diào)節(jié)。該勵磁系統(tǒng)可以看成為一個以電壓為被調(diào)量的負反饋控制系統(tǒng)。無功負荷電流是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發(fā)電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應基本保持不變，實現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。

3.2無功功率的調(diào)節(jié)。發(fā)電機與系統(tǒng)并聯(lián)運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發(fā)電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機的無功電流也跟著變化。當發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運行時，為了改變發(fā)電機的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。此時改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”，而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。

3.3無功負荷的分配。并聯(lián)運行的發(fā)電機根據(jù)各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發(fā)電機應負擔較多無功負荷，而容量較小的則負擔提供較少的無功負荷。為了實現(xiàn)無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置，改變發(fā)電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進行調(diào)整，以實現(xiàn)并聯(lián)運行發(fā)電機無功負荷的合理分配。

3.4勵磁電流調(diào)節(jié)的原理。在改變發(fā)電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉(zhuǎn)子回路中進行，因為該回路中的電流很大，不便于進行直接調(diào)節(jié)，通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的目的。

常用的方法有改變勵磁機勵磁回路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。目前主要采用改變可控硅導通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應地改變可控硅整流器的導通角，于是發(fā)電機的勵磁電流便跟著改變。

4、人工智能控制原理在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

下面分別從目前國內(nèi)外常用的幾種類型的同步發(fā)電機勵磁設備來具體分析人工智能在其領域中的應用。

國外進口勵磁設備中GE-EX2100系列和ABB-UNITROL5000系列勵磁設備占據(jù)了國內(nèi)市場的很大份額；國內(nèi)自主研發(fā)的勵磁設備以其廉價及性能的不斷完善也迅速的搶占了國內(nèi)部分市場，并有些擠進了國外市場，這里以哈爾濱電機廠2000年左右研發(fā)的HWLT-4系列勵磁設備為例。

GE-EX2100系列勵磁設備在2007年左右投入市場，該設備使用Toolbox軟件工具作為系統(tǒng)軟件平臺。通過Toolbox軟件工具可以進行配置各功能塊單獨執(zhí)行特定的功能，例如邏輯門，比例積分調(diào)節(jié)器，函數(shù)生成器和信號檢測器等。可以很方便地設置系統(tǒng)參數(shù)，進行各種運行操作，顯示運行狀態(tài)和曲線。Toolbox軟件的試驗功能可實現(xiàn)和模擬所有系統(tǒng)試驗，極大地方便了設備調(diào)試和運行維護。其內(nèi)置的錄波功能可自動進行數(shù)據(jù)采集和存儲。發(fā)電機的保護功能都集成于軟件功能中，包括過勵限制，低勵限制，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和伏赫限制等。在勵磁裝置運行中，可以利用Toolbox工具對各種功能塊進行查詢。每一個功能塊的I/O 動態(tài)變化值，可以在線取得，極大地幫助了故障查找和及時處理。

5、結(jié)束語

以上舉例說明了人工智能控制原理在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的應用。由于人工智能控制等新技術、新工藝和新器件不斷地涌現(xiàn)和使用，使得發(fā)電機勵磁系統(tǒng)得到了不斷地發(fā)展和完善。在自動勵磁調(diào)節(jié)設備方面，也不斷地研制和推廣使用了許多新型的調(diào)節(jié)裝置。

參考文獻

[1]張梓奇，蘇健祥.人工智能技術在電力系統(tǒng)中的應用探討.科技資訊，2007

[2]徐志國.人工智能（AI）在電力系統(tǒng)中的應用.現(xiàn)代電子技術，2006