同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制分析

鐘詠鳴

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司,廣東惠州 516086)

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制分析

鐘詠鳴

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司,廣東惠州 516086)

一般來說,在電網(wǎng)系統(tǒng)中最有效和最經(jīng)濟(jì)的控制手段就是同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制。在目前的絕大部分電站中,都是利用同步電機(jī)自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng),這是電力系統(tǒng)中的重要組成部分。同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制能夠有效降低電壓的波動(dòng),提高系統(tǒng)的抗干擾能力并且有效維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。本文針對(duì)同步電機(jī)自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面的分析研究,對(duì)同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制的發(fā)展現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)方法步驟上作了簡單概括的基礎(chǔ)上,提出了穩(wěn)定控制的方法。

同步發(fā)電 自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制 穩(wěn)定控制

同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制一直是研究比較活躍的領(lǐng)域,隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大,對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。近年來,隨著控制理論的大力推進(jìn),同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足了這一要求。而且隨著我國電力事業(yè)的大力發(fā)展,在同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制上已經(jīng)取得了相當(dāng)可觀的成果,但是與西方發(fā)達(dá)國家相比還存在著較大的差距,因此我國在同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的控制上要腳踏實(shí)地的解決理論和實(shí)際的問題,使我國的電力事業(yè)得到進(jìn)一步的發(fā)展。

1 同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)40年代,就出現(xiàn)了自動(dòng)控制電壓調(diào)節(jié)裝置,這就是早期的同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁裝置的雛形。這種調(diào)節(jié)裝置采用的是機(jī)端電壓偏差來作為反饋量按照一定的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。早期的自動(dòng)電壓控制系是運(yùn)用古典控制理論中的根軌跡法來確定控制器的運(yùn)行參數(shù),實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓的變化值。古典自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制的研究對(duì)象是線性定常系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)算來確定控制器的比例參數(shù)。但是這種簡單的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)存在著很大的缺點(diǎn)就是穩(wěn)定能力差,必須經(jīng)常手動(dòng)調(diào)節(jié)控制器參數(shù)。當(dāng)控制器毀壞時(shí),控制參數(shù)可能會(huì)失去比例控制導(dǎo)致電壓瞬時(shí)增大,燒毀設(shè)備。到了60年代,現(xiàn)代控制理論得到了很大的發(fā)展,然后就逐漸取代了40年代的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。一些機(jī)構(gòu)研究的AVR-PSS得到了迅速的普及,這種系統(tǒng)具有一套縝密的設(shè)計(jì)理論,使得同步發(fā)電控制得到了優(yōu)化。70年代出現(xiàn)了大系統(tǒng)分散控制理論,但是這種控制理論不能保持同步發(fā)電的穩(wěn)定性。直到80年代后期,各地學(xué)者提出了魯棒控制系統(tǒng)的理論,解決了控制系統(tǒng)在預(yù)定的參數(shù)和結(jié)構(gòu)擾動(dòng)下部門能保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和可用性的缺陷。直到近幾年的發(fā)展,同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)才取得了飛速的發(fā)展。同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)是利用多種控制理論的綜合,在現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上提出的智能控制理論,從整個(gè)控制理論的發(fā)展上來看,很難憑借一種控制規(guī)律來實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定控制和解決實(shí)際自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制,往往多種控制理論相結(jié)合才能取得更好的控制效果。同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)就是多種控制方式綜合的一種控制系統(tǒng),它有效的實(shí)現(xiàn)了多機(jī)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。

2 自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)工作原理

自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)分為轉(zhuǎn)子和靜子兩大部分,其中轉(zhuǎn)子部分是旋轉(zhuǎn)的,由自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁繞組、旋轉(zhuǎn)整流器和交流自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組構(gòu)成。靜子指的是自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的靜止不動(dòng)的部分,包括;自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁繞組,發(fā)電機(jī)的電壓整流裝置和副自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)等部件。交流式的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自勵(lì)或者他勵(lì)。自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的永磁磁路和電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁路是相互隔離的,兩者之間在工作時(shí)是互不影響的,但是他們之間公用一套定子繞組。

3 同步發(fā)電自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制器的設(shè)計(jì)

3.1 模糊PID自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制

模糊PID自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制器不僅可以根據(jù)系統(tǒng)的控制輸出的參數(shù)來不斷更新三個(gè)控制參數(shù),而且可以在現(xiàn)代的電網(wǎng)系統(tǒng)中具有良好的動(dòng)靜態(tài)表現(xiàn),而且可以有效的應(yīng)付各種問題。但是,目前模糊PID控制器會(huì)導(dǎo)致控制精度降低而且缺乏系統(tǒng)性,沒有辦法實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

模糊推理得到的結(jié)果得到的仍然是一個(gè)模糊的集合。但是在發(fā)電機(jī)實(shí)際工作中,只有一個(gè)值是正確的,也只有這一個(gè)正確的值才能驅(qū)動(dòng)或者控制發(fā)電機(jī)運(yùn)行。因此在模糊推理的集合中找出最優(yōu)值的過程就叫做精確化過程,這個(gè)過程可以采取多種方法進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)然在使用不同的方法時(shí)得到不同的結(jié)果也是正常的,但是這些值的上下誤差不會(huì)很大,否則就是計(jì)算方法的錯(cuò)誤,應(yīng)重新選定方式。通常最常用的的方式是：重心法,取中法和加權(quán)平均法。

模糊自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓偏差和偏差的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,然后同時(shí)反饋到發(fā)電機(jī)系統(tǒng),使發(fā)電機(jī)得到最優(yōu)的運(yùn)行方式。

3.2 常規(guī)PID控制器

常規(guī)的PID控制器在實(shí)際應(yīng)用中非常普遍,這種控制器具有自己的優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代控制中,這種常規(guī)控制器結(jié)構(gòu)比較簡單、穩(wěn)定性良好、工作性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。

每次改變PID控制裝置中的參數(shù)運(yùn)行時(shí),控制程度就會(huì)發(fā)生變化,控制器的輸出也會(huì)發(fā)生變化?？刂茀?shù)主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：比例控制環(huán)節(jié)、積分控制環(huán)節(jié)和微分控制環(huán)節(jié)。

3.3 步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制器

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)沒有交流勵(lì)磁機(jī),因此控制器的控制作用就可以直接來控制轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流。在他并勵(lì)勵(lì)磁裝置中,因?yàn)橛薪涣鲃?lì)磁機(jī)而且是旋轉(zhuǎn)部分,是不可以控制的,也就不能控制轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流。在自并勵(lì)勵(lì)磁控制中只有通過時(shí)間常數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,才能提高勵(lì)磁系統(tǒng)的快速性。

4 結(jié)語

自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)中具有不可替代的優(yōu)勢(shì),通過本文提出的各種設(shè)計(jì)方式中,有效的提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程,對(duì)于發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]高峰,等.一種實(shí)用的自適應(yīng)靜態(tài)勵(lì)磁控制方法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2013,4(4)：78-79.

[2]韓英鐸.最優(yōu)勵(lì)磁控制用于遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2013,1(2)：89-90.

[3]張曉彬.積分型線性最優(yōu)勵(lì)磁控制設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,10(2)：31-32.