勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響①

摘 要:勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要配套裝置，其對于改善電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，保證電源質(zhì)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞:勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

中圖分類號:TM74文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0125-01

1 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

對電力系統(tǒng)進行安全分析是分析電力系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)事故時能否繼續(xù)保持正常運行狀態(tài)。其首要功能是確定電力系統(tǒng)在當前的運行狀態(tài)的安全性。當電力系統(tǒng)遭受短路等故障的劇烈干擾后，其暫態(tài)穩(wěn)定性就有可能遭受破壞。在這種狀況下，如果把失步的發(fā)電機斷開，那么整個電力系統(tǒng)的功率就會因此而減小，這樣，為了保障電力系統(tǒng)的正常運行，就需要采用限制負荷的措施。

對同步發(fā)電機產(chǎn)生直接影響的3個主要控制系統(tǒng)是:鍋爐控制、調(diào)速器和勵磁機，如圖1所示。

假定發(fā)電單元是無損耗的。以這個假定為前提，所有從蒸汽中獲得的功率必須以電功率的形式從發(fā)電機的端點送出。這樣，圖中所示的單元實際是能量轉(zhuǎn)換裝置，即蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機的機械能，再有汽輪機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機的電能。進入汽輪機的蒸汽功率量受調(diào)速器控制。因此，勵磁系統(tǒng)控制發(fā)電機的電動勢，不僅控制了輸出的電壓，同時也控制功率因數(shù)和電流值。

2 勵磁控制基本原理

同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是由勵磁機、發(fā)電機、電壓調(diào)節(jié)器等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在這個系統(tǒng)中，勵磁反饋控制是通過以下過程實現(xiàn)的:首先勵磁控制器檢測PT信號從而獲得發(fā)電機的機端電壓UF，然后將UF與參考電壓UC相比較得電壓差(UC-UF)，經(jīng)綜合放大環(huán)節(jié)后得控制電壓UK。控制電壓UK與電壓差有如下關(guān)系式:UF=K(UC-UF)。如果由于各種干擾因素使得發(fā)電機的機端電壓UF上升，哪怕其值很小，電壓差也將會減少，經(jīng)過綜合放大環(huán)節(jié)后就能得到的控制電壓UK也將減少，從而使得占空比減少，這樣IGBT射極輸出電流隨之減少，于是勵磁機的勵磁電流以及發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電壓都會隨之下降，這樣，發(fā)電機的機端電壓UF也隨之下降，這樣發(fā)電機的機端電壓上升的擾動就被抵消了。

3 勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

3.1 勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的影響

靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下，經(jīng)受微小擾動后回復到原來運行狀態(tài)的能力。當系統(tǒng)發(fā)生擾動時，發(fā)電機端電壓就會下降，這樣，定子電流也相應(yīng)增加，于是，勵磁電流也會隨之增加。在這種情況下，如果接入勵磁調(diào)節(jié)器，當發(fā)電機電壓下降，勵磁調(diào)節(jié)器將使勵磁電流增加，其增加量和速度決定與勵磁系統(tǒng)增益和時間常數(shù)。如果勵磁電流增加分量與的衰減分量相抵消，則系統(tǒng)可以達到一個新的靜穩(wěn)定極限。

3.2 勵磁調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的影響

在發(fā)電機運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)這種情況，當故障消除后，功率的波動并非向收斂方向，而是趨于發(fā)散或由于非線性因素的限制進行自持等幅振蕩。這種在幾秒至十幾秒范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，就是所謂的動態(tài)穩(wěn)定性。通常，這種振蕩是由于快速勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的負阻尼所引起，因此，提高動態(tài)穩(wěn)定方法之一是加大勵磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的正阻尼轉(zhuǎn)矩，即在勵磁調(diào)節(jié)器中引入附加信號，測出發(fā)電機的轉(zhuǎn)速或電功率的變化并對它進行相位補償以提高制動效果。

3.3 勵磁調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)在遭受短路、發(fā)電機被切除等大的擾動后過渡或恢復到新的穩(wěn)定狀態(tài)的能力。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，就是要提高從故障開始直至故障結(jié)束時發(fā)電機的電磁力矩，或減小原動機的機械力矩。增大勵磁電流是增加電磁力矩的有效措施。由于不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及故障性質(zhì)以及發(fā)電機勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)等因素，發(fā)電機恢復的速度也不盡相同。因此，勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)要縮小，同時要提高強行勵磁的倍數(shù)。

4 勵磁控制的策略

根據(jù)對電力系統(tǒng)再同步物理過程的分析，再同步控制策略通常要分三個階段進行:發(fā)電機失步后，要使其滑差過零，即拉入再同步;滑差過零后，要防止負滑差的異步振蕩，即滑過同步;進入同步振蕩后，要防止阻尼不足引起的振蕩發(fā)散或超過故障后系統(tǒng)的靜穩(wěn)極限而重新失步，即再同步失敗。當失步發(fā)電機滑差過零進入同步振蕩之后，倘若仍然采用極值控制方法就有可能導致再同步失敗，為此，應(yīng)盡量增大對同步振蕩的阻尼。因此，這一階段可采用最優(yōu)勵磁控制、PSS、自適應(yīng)勵磁控制等策略，這些策略都能夠引入正阻尼力矩，從而使得控制效果達到比較好的標準。

由于各種控制設(shè)施在性能性質(zhì)上有所不同，因此，它們在再同步附加斷續(xù)控制中的規(guī)律也有所不同。就再同步附加斷續(xù)勵磁控制來說，當失步發(fā)生被檢測出來后，要使勵磁電壓達到正頂值，以增大電功率使之盡快拉入再同步;滑差過零后，使勵磁電壓達負頂值，減小電功率，防止滑過同步;發(fā)電機再次加速，施加正比于加速度的勵磁控制信號，增加阻尼力矩以防止再同步失敗;當發(fā)電機再次減速，切除再同步附加斷續(xù)勵磁控制，僅由常規(guī)AVR工作。就再同步快關(guān)汽門來說，檢測到失步后，首先要迅速關(guān)閉汽門，其次，檢測到滑差過零時，較快地開啟汽門，再次，當發(fā)電機再次加速，要將正比于加速度的控制信號作用于調(diào)速器輸入端，最后，當發(fā)電機再次減速，退出附加控制，僅由調(diào)速器工作。

參考文獻

[1]韓禎祥.電力系統(tǒng)穩(wěn)定[M].北京:中國電力出版社，1995.

[2]袁季修.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制[M].北京:中國電力出版社，1996.

[3]黎平.勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計指導[Z].東北電力學院.