水電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)控制研究

汪全

摘 要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也日益增長(zhǎng)，對(duì)電力的需求也急劇增加。各類(lèi)電廠都需要對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，隨著工業(yè)企業(yè)和其他企業(yè)各種現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，許多電廠在高電耗的影響下自建電廠，符合對(duì)核電站生產(chǎn)系統(tǒng)的理解。

關(guān)鍵詞：水電廠;勵(lì)磁系統(tǒng);控制策略

1、前言

公共電力系統(tǒng)雖然受到能源成本高企的推動(dòng)，但仍難以滿(mǎn)足社會(huì)上一些工業(yè)企業(yè)的基本用電需求，以防止因供電系統(tǒng)不完善造成的用電受阻，很多工業(yè)企業(yè)都是在國(guó)內(nèi)消費(fèi)專(zhuān)用先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)自己的電廠，特別是對(duì)于礦山企業(yè)等大型工業(yè)企業(yè)的電廠，能夠滿(mǎn)足基本用電需求，其勵(lì)磁系統(tǒng)存在一些不穩(wěn)定的問(wèn)題。本文從對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)和單片機(jī)操作的認(rèn)識(shí)出發(fā)，分析了提高勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制方法。

2、獨(dú)立電站勵(lì)磁系統(tǒng)分析

獨(dú)立發(fā)電廠是大型工業(yè)企業(yè)使用的設(shè)備。主要用于滿(mǎn)足大的用電需求，只有已經(jīng)營(yíng)業(yè)的企業(yè)才能用電，其他居民不能用電。如果電力逐步達(dá)到峰值，電廠還將全面向居民介紹社會(huì)服務(wù)，為居民提供有效營(yíng)養(yǎng)。自治電站的供電系統(tǒng)也很復(fù)雜，需要滿(mǎn)足各種用電需求，其中最重要的作用是恒無(wú)功控制系統(tǒng)是一種常用的控制方法，它主要應(yīng)用于小型工業(yè)企業(yè)，那么，為了滿(mǎn)足控制要求，選擇恒端電壓控制系統(tǒng)。企業(yè)在選擇和應(yīng)用基本控制模式時(shí)，必須考慮項(xiàng)目的發(fā)展?fàn)顩r和活動(dòng)范圍。

3、勵(lì)磁系統(tǒng)功能

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的部件之一，勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)有效控制的重要組成部分，其主要任務(wù)是為同步發(fā)電機(jī)提供可調(diào)電流的直流勵(lì)磁或繞組中的電壓，以控制發(fā)電機(jī)端部的恒壓，能滿(mǎn)足正常發(fā)電的需要，合理分配機(jī)組間的非工作功率。系統(tǒng)勵(lì)磁控制的主要功能包括以下幾個(gè)方面。

3.1在正常情況下，勵(lì)磁電流是根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷和給定的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的，在這種情況下，當(dāng)電力系統(tǒng)由于短路或其他原因而嚴(yán)重減小時(shí)，發(fā)電機(jī)的強(qiáng)勵(lì)降低了電壓降幅度：在發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然下降的情況下，加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，為了降低電壓降，發(fā)電機(jī)被迫退磁，以限制發(fā)電機(jī)上電壓的過(guò)度上升。

3.2當(dāng)兩臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)在同一母線(xiàn)上并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，總無(wú)功功率在發(fā)電機(jī)之間分配。對(duì)于許多發(fā)生故障的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)，機(jī)組間的無(wú)功功率會(huì)受到干擾，即當(dāng)振蕩器具有差動(dòng)調(diào)節(jié)特性時(shí)，振蕩器的輸出無(wú)功功率與差動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)。

對(duì)于小調(diào)節(jié)單元，分布無(wú)功功率較大，對(duì)于大調(diào)節(jié)單元，分布功率較小。通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，可以改變發(fā)電機(jī)的差動(dòng)特性，即改變發(fā)電機(jī)的輸出功率。

3.3同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)可靠供電的首要條件。靜態(tài)穩(wěn)定性，三種勵(lì)磁方式的穩(wěn)定性都是由一個(gè)良好的勵(lì)磁控制系統(tǒng)來(lái)提高的。勵(lì)磁控制系統(tǒng)可以使發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性提高數(shù)倍，但在距離長(zhǎng)、負(fù)荷大時(shí)容易產(chǎn)生負(fù)阻尼，從而改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，為了消除二者之間的矛盾，采用了兩種方法：一種是利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），向勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入一個(gè)或多個(gè)附加控制信號(hào)（如轉(zhuǎn)速、頻率、發(fā)電機(jī)功率變化率），計(jì)算某一頻率的振蕩，然后采用線(xiàn)性最優(yōu)勵(lì)磁控制或非線(xiàn)性勵(lì)磁控制。

3.4當(dāng)電氣系統(tǒng)短路故障或其他原因?qū)е掳l(fā)電機(jī)電壓嚴(yán)重降低時(shí)，勵(lì)磁控制裝置強(qiáng)迫發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，為提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限和繼電保護(hù)裝置的觸發(fā)精度和靈敏度，輸出電路勵(lì)磁控制裝置迅速滅磁，為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和線(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)確定了一系列指標(biāo)，如強(qiáng)激勵(lì)極限等，最小勵(lì)磁限值、反向時(shí)間勵(lì)磁限值、磁通限等。

4、勵(lì)磁技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，許多科研機(jī)構(gòu)和高校都在研究和開(kāi)發(fā)各種控制方法的電機(jī)勵(lì)磁機(jī)管理理論，越來(lái)越多的執(zhí)行器被集成到現(xiàn)代控制理論中，取得了良好的效果，其發(fā)展趨勢(shì)如下：

4.1隨著硬件集成度的提高，微機(jī)勵(lì)磁控制器的功能越來(lái)越強(qiáng)大，運(yùn)行時(shí)間越來(lái)越短，但硬件結(jié)構(gòu)越來(lái)越簡(jiǎn)單。目前，國(guó)外的CPU正在進(jìn)行從多處理器到大功率的控制。

4.2勵(lì)磁方式下，大中型機(jī)組基本為自勵(lì)，系統(tǒng)響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)性好、質(zhì)量高，有利于遠(yuǎn)距離輸電，提高機(jī)組和電網(wǎng)過(guò)渡狀態(tài)的穩(wěn)定性。隨著世界各國(guó)大功率電子元器件的發(fā)展，磁開(kāi)關(guān)取代了機(jī)械滅弧開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)采用電子開(kāi)關(guān)。這是因?yàn)殡娮娱_(kāi)關(guān)無(wú)機(jī)械接觸、無(wú)火花、瞬時(shí)過(guò)電壓，操作速度快、維護(hù)方便，克服了機(jī)械開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁、接觸易燃、機(jī)械調(diào)整困難、失控后轉(zhuǎn)子過(guò)電壓危險(xiǎn)的特點(diǎn)。

4.3勵(lì)磁系統(tǒng)組成及功能

4.3.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要部件

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，它由同步發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁控制系統(tǒng)組成。勵(lì)磁控制器是勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要組成部分。它的主要功能是檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓的變化，控制勵(lì)磁功率模塊。在勵(lì)磁控制器改變?cè)O(shè)定的控制命令之前，勵(lì)磁功率單元不改變勵(lì)磁電壓。一般的半導(dǎo)體勵(lì)磁控制器主要由測(cè)量元件應(yīng)力和對(duì)比度組成測(cè)量比較過(guò)程包括電壓測(cè)量，比較電壓測(cè)量包括測(cè)量變壓器直流電壓的開(kāi)關(guān)電路和濾波電路，它與發(fā)電機(jī)端電壓成正比，并與發(fā)電機(jī)額定電壓對(duì)應(yīng)的參考電壓進(jìn)行比較，同時(shí)，應(yīng)測(cè)量發(fā)電機(jī)的其他參數(shù)，限制功率保護(hù)和限制程序的使用。

為了獲得控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性以及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了主器件的電壓偏差信號(hào)外，集成放大器還起到組合測(cè)量增益和其他信號(hào)的作用，有時(shí)需要結(jié)合輔助設(shè)備接收請(qǐng)求信號(hào)和限制信號(hào)、補(bǔ)償信號(hào)等信號(hào)?？刂菩盘?hào)輸入相移觸發(fā)器后的累積增益。

5、影響勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素

在熟悉常規(guī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本功能的同時(shí)，還需要了解勵(lì)磁系統(tǒng)的基本問(wèn)題，它主要影響勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參數(shù)分析表明，相關(guān)參數(shù)的增加將導(dǎo)致特征實(shí)根的增加，因此這些參數(shù)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在單片機(jī)上的穩(wěn)定性影響很大，必須考慮控制系統(tǒng)的所有要求和運(yùn)行參數(shù)，系統(tǒng)的機(jī)電過(guò)渡模式必須始終為負(fù)，軟件分析和仿真能夠適應(yīng)電網(wǎng)的穩(wěn)定。為了保證電廠的安全運(yùn)行，必須根據(jù)實(shí)際情況采取有效措施應(yīng)對(duì)這些因素。

5.1工作方式對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

在運(yùn)行方式的影響下，系統(tǒng)可能有實(shí)際的特征根，一旦發(fā)生擾動(dòng)，系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，在優(yōu)化勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，必須充分考慮運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最壞運(yùn)行方式，只需設(shè)置實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)，可以及時(shí)提高對(duì)給定參數(shù)的適應(yīng)性。根據(jù)實(shí)際需要提供相應(yīng)參數(shù)的選擇范圍，然后根據(jù)最壞運(yùn)行模式建立相應(yīng)的狀態(tài)矩陣，并且分析參數(shù)合理，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有真正的特征根時(shí)，可以采用合理的分析方法，它可以作為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)，設(shè)置參數(shù)完全滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，并能最大限度地減少對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的干擾，以保證企業(yè)獨(dú)立發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2模擬

核電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行分析，因此在分析勵(lì)磁控制方式時(shí)需要對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行類(lèi)比再現(xiàn)。比較結(jié)果表明，模擬的振動(dòng)不是機(jī)電振蕩器，這種現(xiàn)象是由于勵(lì)磁系統(tǒng)本身的不穩(wěn)定性造成的。因此，在分析系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，一方面要區(qū)分乳化模型和機(jī)電模型，另一方面，當(dāng)單片機(jī)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用直流電壓模式時(shí)，振動(dòng)保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，符合電力系統(tǒng)在負(fù)荷沖擊和三相短路故障影響下能夠繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的事實(shí)，認(rèn)為電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中勵(lì)磁控制方式改變后不存在運(yùn)行故障。

6、結(jié)束語(yǔ)

介紹了工業(yè)企業(yè)獨(dú)立發(fā)電廠專(zhuān)用勵(lì)磁系統(tǒng)的基本情況。首先分析了勵(lì)磁系統(tǒng)的主要工作方式主要是主控方式，因?yàn)橹骺胤绞綄?duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有很大的影響，最后分析了綜合勵(lì)磁系統(tǒng)各方面的有效控制方法。勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行人員應(yīng)使勵(lì)磁系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境，企業(yè)對(duì)電力的具體需求使獨(dú)立發(fā)電廠也能提供更好的供電服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]姜浩.自備電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及控制研究[J].輕松學(xué)電腦，2019，000（027）：P.1-1.

[2]曾林俊.火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的分析及處理[J].輕松學(xué)電腦，2019，000（016）：P.1-1.

[3]李學(xué)亮.火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障探究[J].數(shù)字通信世界，2020，No.181（01）：98-98.

[4]高長(zhǎng)松.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障分析及處理[J].設(shè)備管理與維修，2019，No.441（03）：62-62.