發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)優(yōu)化控制方法研究

冒杰

[摘 要] 現(xiàn)如今國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度越來越快，人們對于電能的需求也越來越大，電力系統(tǒng)的規(guī)模也得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展，由于電力系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，在運(yùn)行過程中有可能會出現(xiàn)低頻震蕩問題，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于電力系統(tǒng)的低頻震蕩引起電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很有可能會造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失。所以在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，研究更符合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的控制方法，對發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化能夠解決低頻震蕩問題，基于此，本文就針對發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法進(jìn)行了詳細(xì)的探討和分析。

[關(guān)鍵詞] 發(fā)電機(jī) 勵磁系統(tǒng) 控制措施方法

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，在電能傳遞過程中，電網(wǎng)的復(fù)雜性越來越高，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于受到外界因素的影響，可能會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行受到影響，在重負(fù)荷的功率下可能會出現(xiàn)低頻震蕩的問題，新能源發(fā)電系統(tǒng)也有可能會導(dǎo)致電網(wǎng)受到污染，從而導(dǎo)致大規(guī)模的停電事故，給社會和企業(yè)帶來非常大的經(jīng)濟(jì)損失。[1]因此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是目前需要解決的首要問題。

一、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的種類及功能簡介

在發(fā)電機(jī)中，勵磁系統(tǒng)主要分為靜止勵磁系統(tǒng)、交流勵磁系統(tǒng)、諧波勵磁系統(tǒng)和直流勵磁機(jī)系統(tǒng)。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，勵磁調(diào)節(jié)器是針對極端電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的設(shè)備，可以使用直接或者間接的方式配備可控硅半導(dǎo)體，這樣在輸出電壓的時候，就能夠保證發(fā)電機(jī)可以正向地防止短路。在具體的應(yīng)用過程中，其反應(yīng)速度非常快，就非常完善保護(hù)功能和抗干擾能力，運(yùn)行維護(hù)都非常簡便，而且具有非常高的可靠性。勵磁系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)或者手動調(diào)節(jié)勵磁功能，因此還具有操作簡便，能夠有效減少工作人員日常維護(hù)的工作量，而且具有非常高的智能化程度。[2]

二、勵磁系統(tǒng)優(yōu)化控制措施

（一）增加PLC控制以優(yōu)化連鎖控制邏輯

以往在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中使用的勵磁控制系統(tǒng)，全部是利用繼電器來進(jìn)行邏輯控制，繼電器的連接點(diǎn)的串并聯(lián)很容易導(dǎo)致運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，而且很難對故障進(jìn)行檢測，所以現(xiàn)如今大多是使用PLC進(jìn)行控制，利用PLC技術(shù)進(jìn)行邏輯控制，能夠有效簡化控制流程，可以轉(zhuǎn)變以往的轉(zhuǎn)速連鎖。原有的發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，測量信號的時候是利用繼電器將其轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)信號，然后將其作為主電機(jī)運(yùn)行和啟動監(jiān)控的條件在啟動過程中，如果轉(zhuǎn)速沒有在規(guī)定的時間內(nèi)到達(dá)預(yù)定的速度，則表示異常啟動，連鎖系統(tǒng)會跳閘，這樣就能夠防止電動機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)的情況。在運(yùn)行過程中測速信號也是連鎖的條件，在信號消失以后，也可以認(rèn)為是運(yùn)轉(zhuǎn)異常，出現(xiàn)連鎖跳閘，新的系統(tǒng)會保留轉(zhuǎn)速啟動連鎖，而運(yùn)行連鎖則進(jìn)行報警。轉(zhuǎn)速只能作為啟動投勵的一個條件，對運(yùn)行中的速度進(jìn)行監(jiān)控，其主要原因是在運(yùn)行過程中，通過一次電流可以時刻監(jiān)測主電機(jī)的運(yùn)行狀況，如果電流或者信號同時消失，可以判斷為勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障。[3]

（二）滑模變結(jié)構(gòu)勵磁控制方法

在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，在某一個穩(wěn)定狀態(tài)下ex，相似的線性模型只能在X狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，而且與ex的偏差較小時才會出現(xiàn)比較準(zhǔn)確的特性反應(yīng)，如果兩者之間的偏差較大，線性模型就會與目前的系統(tǒng)出現(xiàn)很大的差距，很難反映出系統(tǒng)的特點(diǎn)。任何一個電力系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中都會存在不同程度的不確定性，其主要包括外界的干擾以及系統(tǒng)在運(yùn)行過程中參數(shù)變化導(dǎo)致的未見模型特性，所以在設(shè)計過程中對控制器進(jìn)行設(shè)計的主要目的就是增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，確保電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不會受到外界干擾和不確定性因素的影響。從線性控制角度來說，為了有效達(dá)到這種目的，必須建立明確的模型，在此基礎(chǔ)上添加擾動補(bǔ)償，但是對系統(tǒng)的未見模特性進(jìn)行分析具有一定的難度，而且使用傳統(tǒng)的理論對于電力系統(tǒng)的抗干擾能力沒有明顯的特點(diǎn)，綜合以上因素進(jìn)行考慮使用非線性控制理論，對電力系統(tǒng)的力磁控制器進(jìn)行設(shè)計，能夠有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。[4]

（三）勵磁控制系統(tǒng)超螺旋變結(jié)構(gòu)控制

在電動機(jī)運(yùn)行過程中，為了限制抖動通常會在滑動面添加邊界層，滑動面一般在邊界層以內(nèi)，使用連續(xù)控制的方法可以觀測邊界層的值，在邊界層外進(jìn)行切換，使用這樣的方式能夠在一定范圍內(nèi)降低抖振，但是使用這樣的方式會影響被控量的精確度。所謂的功率擾動是指電力系統(tǒng)在工作點(diǎn)的附近出現(xiàn)的小干擾，將工況設(shè)置為t=10s時，機(jī)械功率會增加1/10，下圖為經(jīng)過功率擾動以后系統(tǒng)各個量響應(yīng)的變化情況。增加輸入功率以后，發(fā)電機(jī)的輸出功率也會迅速地增加，在邊界層的曲線就會經(jīng)過幾次震蕩，最后趨于穩(wěn)定，終端滑膜和超螺旋滑膜邊角線的曲線穩(wěn)定時間相對較短，可以在很短的時間內(nèi)到達(dá)新的工作點(diǎn)。超螺旋滑膜的輸出功率曲線上升速度非常快，穩(wěn)定的時間也非?？?，在角速度經(jīng)過擾動以后能夠在很短的時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，可以快速地到達(dá)標(biāo)幺值，將電網(wǎng)的頻率設(shè)置為50Hz，邊界層的滑膜和終端滑膜其調(diào)節(jié)特性更加明顯。勵磁電壓和極端電壓相對應(yīng)由于控制信號能夠提供大量的能量，使其他的量能夠迅速得到穩(wěn)定，所以終端電壓存在比較大的波動，但是能仍然可以更快地達(dá)到穩(wěn)定值。也就是說采用超螺旋滑膜勵磁方法能夠提高電力系統(tǒng)的抗干擾能力。（見圖1）

由于電力系統(tǒng)本身的復(fù)雜性比較高，在線路過程中任何一個參數(shù)都有可能存在不確定性，如果過度依賴參數(shù)進(jìn)行設(shè)計會影響勵磁控制器，將擾動工況設(shè)置為其他系統(tǒng)不變，轉(zhuǎn)動慣量H增加到6，繞組的時間也由1.01轉(zhuǎn)變?yōu)?，在t=10s時，輸出功率就會增加1/10。

三、結(jié)語

綜上所述，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，勵磁控制系統(tǒng)對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著非常重要的意義，提高勵磁控制器的性能能夠保證發(fā)電機(jī)終端的電壓得到合理的控制，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的可靠性，保證電能供應(yīng)的質(zhì)量。使用傳統(tǒng)的勵磁控制器很容易受到低頻震蕩的影響，導(dǎo)致控制器的魯棒性下降，所以從控制角度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 7409.3—2007 同步電機(jī)勵磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]國家能源局.DL/T 843- 2003大型汽輪發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件[M].北京：中國電力出版社，2003.

[4]孟琛.發(fā)電機(jī)勵磁限制環(huán)節(jié)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2018.