勵磁系統(tǒng)對電廠發(fā)電電能質(zhì)量的影響與分析

董小亮

摘 要：同步發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)運行中起著至關(guān)重要的作用。同時，其在小型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的作用也不可小覷，既影響了發(fā)電機運行穩(wěn)定性，又直接決定著電網(wǎng)電能質(zhì)量。因此，發(fā)電廠長期的核心任務(wù)自然就是維持發(fā)電機勵磁機的穩(wěn)定運行，其中，判斷和研究發(fā)電機勵磁機的運行至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng)；電能質(zhì)量；影響

中圖分類號： TM77 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-195-2

1 勵磁系統(tǒng)的概述

1.1 勵磁系統(tǒng)的定義

勵磁系統(tǒng)（excitation system）是同步發(fā)電機中的重要元件，它不僅能為同步發(fā)電機提供電機磁場電流也能供給同步發(fā)電機勵磁電源。它既包括調(diào)節(jié)與控制元件，又包括磁場放電裝置、保護裝置等。通常來說，功率輸出及其相關(guān)的控制元件組成了電力工程中所使用的勵磁系統(tǒng)。使人們在運行電力系統(tǒng)時能夠更好地保護并控制發(fā)電設(shè)施，使之不受外界因素的干擾，從而避免出現(xiàn)使用故障問題。勵磁系統(tǒng)目前在電力工程建設(shè)中處于重要的位置，并且已在實際工作中得到廣泛應(yīng)用，可以提高電力系統(tǒng)的動、靜態(tài)穩(wěn)定性。

1.2 勵磁系統(tǒng)的工作原理

電力半導(dǎo)體材料組成了勵磁系統(tǒng)中的勵磁結(jié)構(gòu)。這種材料使得勵磁系統(tǒng)在實際運行的過程中能夠保證其對發(fā)電機系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)換質(zhì)量。同時，轉(zhuǎn)換形式呈現(xiàn)了較高的豐富性，例如，它可以將電路中的直流電轉(zhuǎn)化成交流電，這樣就使改變整個電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)可能性變大，進而達到提高工作性能的目的。另外，交流電和直流電的轉(zhuǎn)換是雙向的，發(fā)電機需要優(yōu)化工作性能時，就要整體調(diào)整電力設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)，以便使其達到最好的工作狀態(tài)。還要在減磁處理的同時儲存發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場的能量，以使其能夠保證發(fā)電機的正常工作。

1.3 勵磁機

同步電機電源系統(tǒng)是勵磁機，而該電源系統(tǒng)能夠提供磁場電流，也就是說，勵磁機即是生活中所用的直流發(fā)電機。一般來說，勵磁機在運作時，主要采用自勵和它勵兩種勵磁方式。自勵勵磁主要采用磁極中存在的剩磁產(chǎn)生勵磁電流，從而更加有效地控制并管理發(fā)電機。電廠發(fā)電機的勵磁控制方式大都采用自勵勵磁的方式，該方式能夠使勵磁系統(tǒng)工作性能的優(yōu)化功能進一步強化，從而保障發(fā)電機的穩(wěn)定性，并提高電能的質(zhì)量。

1.4 電能質(zhì)量組成部分

電能質(zhì)量（Power Quality）是指進行高質(zhì)量供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量四個部分。

2 勵磁系統(tǒng)的作用

2.1 勵磁系統(tǒng)的主要作用

①勵磁系統(tǒng)能夠隨著發(fā)電機負荷的改變來調(diào)控勵磁電流，從而使機端電壓的穩(wěn)定性得以保證；②控制無功功率的完成并控制運行的各發(fā)電機之間的分配；③在并列運行過程中提高發(fā)電機的動、靜態(tài)穩(wěn)定性；④能在發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生故障時，及時采取滅磁的方式對電機實施保護，達到降低故障損失的目的。

2.2 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用

目前發(fā)電機勵磁系統(tǒng)由以下幾個方面組成。

①電力系統(tǒng)穩(wěn)定性包括機電、電壓和頻率等多個方面。其中，機電穩(wěn)定又具體包括動態(tài)、靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定三種。而勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。同時，該控制系統(tǒng)在改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面是最為簡單有效的方式。②性能良好的勵磁控制系統(tǒng)能夠在短路故障期間以及后來的一段時間內(nèi)維持電力系統(tǒng)的電壓。故障發(fā)生時，所需要做的就是加速電壓的恢復(fù)，而同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)改善了勵磁系統(tǒng)中電動機的運行條件，從而使電力設(shè)備正常地運行。

3 勵磁機與同步發(fā)電機電能質(zhì)量相關(guān)關(guān)系

①勵磁機輸出電壓不穩(wěn)定促使發(fā)電機無功擺動，進而影響發(fā)動機電能質(zhì)量；②發(fā)電機間無功分配是由系統(tǒng)電壓的變化引起的，具體表現(xiàn)為：系統(tǒng)電壓微小變化的發(fā)生，將引起發(fā)電機的無功發(fā)生很大的變化，進而使發(fā)電機勵磁參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的化變；③勵磁系統(tǒng)中勵磁機以及二次回路的短缺將會使發(fā)電機的輸出電壓發(fā)生波動，從而降低發(fā)電機電能質(zhì)量。

4 控制勵磁系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的方法

①添加磁極墊片。導(dǎo)入良性導(dǎo)磁材料在磁極的極靴下，從而縮小勵磁磁場之間的縫隙，達到保證勵磁機所輸出電壓穩(wěn)定性的目的。②調(diào)節(jié)勵磁回路磁場中的電阻并在兩端并聯(lián)一個大小適合的阻性負載電阻。合適的阻性電阻的種類很多，如可以使用白熾燈泡來當作阻性負載，考慮到白熾燈在發(fā)熱后會發(fā)生非線性的變化，這樣就在場阻線與勵磁特性之間產(chǎn)生一個很大的交角，從而得到一個明顯的且與空載特性曲線相交的點，恰巧就是這個交點使勵磁機在較低電壓時工作點的穩(wěn)定性得以保證。③采用發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置。該裝置調(diào)節(jié)方式具有豐富性，如恒無功、恒功率參數(shù)等，這些調(diào)節(jié)方式幫助改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及暫態(tài)反應(yīng)能力并且也增加了解決發(fā)電機的電能質(zhì)量問題的可能性。但是，要達到滿足用戶對于電能質(zhì)量的要求，應(yīng)保持發(fā)電機的端電壓不變的方式，并隨著無功電流的變化來調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。勵磁電流可以提高發(fā)電廠電能生產(chǎn)的質(zhì)量，因而其在發(fā)電機運轉(zhuǎn)的過程中的使用具有重要作用。一般情況下，勵磁電流通常會采用改進的勵磁機的方式，而非直接流入到發(fā)電機組中，這有效地控制管理了勵磁回路，進而使整個電力發(fā)電機組的工作性能得以保證。因此，在對整個勵磁系統(tǒng)進行控制管理時，應(yīng)對電源調(diào)節(jié)和動態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等控制問題加以注意，從而以此來保證發(fā)電機的電能質(zhì)量?，F(xiàn)在隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，先進的技術(shù)也在勵磁系統(tǒng)中開始應(yīng)用，來優(yōu)化處理勵磁系統(tǒng)，來保證工作狀態(tài)的靜態(tài)平衡。

5 控制勵磁系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的途徑

5.1 自動調(diào)節(jié)勵磁電流的途徑

通常情況下，在改變處理發(fā)電機勵磁電流時，并不是在轉(zhuǎn)子回路上進行直接處理。其主要原因是，回路環(huán)節(jié)中所表現(xiàn)出來的相關(guān)勵磁狀況的變化比較大，從而促使這些調(diào)節(jié)沒有辦法法得以有效實施。一般采取的措施是調(diào)節(jié)并改善勵磁機運行過程中的勵磁電流，進而促使發(fā)電機正常運行過程中的相關(guān)轉(zhuǎn)子電流的實現(xiàn)。另一個常采取的措施是對回路中出現(xiàn)的電阻進行直接檢查，確保回路電阻出現(xiàn)在發(fā)電機運作過程中，進而保證勵磁機內(nèi)部的相關(guān)勵磁電流可以有效地來進行改變，從而將其變?yōu)楦郊觿畲?，尤其是可控硅?dǎo)通角等。且在這個環(huán)節(jié)中，對可控硅導(dǎo)通角的轉(zhuǎn)變是其中最為核心的一個措施。在執(zhí)行該措施的實際過程中，同時包括電壓、功率、電容等多方面的變化，可以看出對轉(zhuǎn)換可控制硅整流器涉及的導(dǎo)通角進行轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致發(fā)電機的勵磁電流也發(fā)生轉(zhuǎn)變。

5.2 增加附加勵磁控制通道的方法

在勵磁控制系統(tǒng)中，增加其他控制信號是處理電壓調(diào)節(jié)精確度和動態(tài)穩(wěn)定性之間矛盾的比較有效措施。另外，控制信號不會對電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機端電壓水平的能力產(chǎn)生阻礙作用，因此也不會改變其控制的重要地位。所以，這種控制方式又被稱為附加勵磁控制。

6 結(jié)語

人們將勵磁系統(tǒng)應(yīng)用到該運行過程中，并對其電能質(zhì)量進行了有效的控制管理，從而使其不僅有利于發(fā)電機組的良好調(diào)節(jié)，并使其穩(wěn)定性得以保證，同時還對發(fā)電機發(fā)電的電能質(zhì)量的提高起到作用，使人們?nèi)粘Ｉ钜约敖?jīng)濟社會生產(chǎn)等相關(guān)的諸多要求在系統(tǒng)的應(yīng)用中得以滿足。與此同時，將新的科技應(yīng)用于發(fā)電機發(fā)電的運行過程中，不僅實現(xiàn)了優(yōu)化處理勵磁系統(tǒng)的目的，同時也使我國電力行業(yè)得以快速發(fā)展。

參 考 文 獻

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