淺談200MW發電機組勵磁系統與PSS裝置

摘 要:同步電機勵磁系統是“提供電機磁場電流的裝置，包括所有調節與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置以及保護裝置”。勵磁控制系統是包括控制對象的反饋控制系統。勵磁控制系統對電力系統的安全、穩定、經濟運行都有重要的影響。

關鍵詞:200MW發電機組 勵磁系統 PSS裝置

中圖分類號:TM31文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0093-01

1 發電機勵磁的概念

發電機將機械能轉變為電能必須具備三個條件:

(1)磁場(轉子);

(2)導線(定子);

(3)使導線切割磁力線的動力(水、汽輪機)。

因此，發電機的勵磁就是用直流電源供給發電機轉子使定子產生電勢。

E＝BLV

E—發電機內電勢

B—轉子產生的磁通密度

L—發電機定子導線長度

V—發電機導線切割磁力線的速度

從上式中可見，當V、L不變時，E隨B的改變(即轉子電流的改變)而改變，發電機勵磁系統通過控制發電機轉子電流使發電機滿足電力系統各種工況的要求。

2 發電機勵磁調節的作用

(1)提高電力系統穩定運行的能力

當電力系統受到擾動時，通過調節同步發電機的勵磁，可以提高系統穩定運行的能力。

當電力系統受到小干擾或大干擾，導致同步發電機轉速出現變化，使系統靜穩定性或動穩定性亦或暫態穩定性受到不利的影響，這時通過勵磁控制，就可以將這種影響得到抑制，保持同步發電機穩定運行。

(2)維持電力系統的電壓水平

當電網負載增大時，發電機電流增大，若發電機內電勢不變，則發電機端電壓將下降。要是安裝了自動勵磁調節器，勵磁電流就會隨負載增加而增加，發電機內電勢也會跟著增大，這樣就會使發電機端電壓維持在一定的水平。

(3)提高發電機功率極限和電力系統傳輸功率的能力

(4)改善電力系統及同步發電機的運行狀態

①提高繼電保護裝置動作的可靠性;

當系統發生短路故障時，使短路電流衰減得很慢，保證繼電保護裝置在整定值時間內準確可靠地動作。

②平衡發電機并網運行時各臺發電機組之間的無功功率。

③當系統短路故障消除，自動勵磁調節器能夠加快系統電壓恢復。

④通過控制勵磁電流，保持同步發電機的恒壓運行外，自動勵磁調節器還可以使系統作恒無功或恒功率因數運行，以提高電力系統運行的經濟性。

3 200MW發電機組勵磁系統的要求

勵磁系統是“提供電機磁場電流的裝置，包括所有調節與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置以及保護裝置”。

勵磁系統有一下幾個要求:

(1)當同步發電機的勵磁電壓和電流不超過其額定勵磁電壓和電流的1.1倍時，勵磁系統應保證能連續運行。

(2)對于用電勢源靜止勵磁機的系統，其勵磁頂值電壓倍數應按發電機端正序電壓為額定值80％時計算。

(3)勵磁系統允許強勵時間應不小于10s。

(4)同步發電機磁場回路使用功率整流器的勵磁系統應裝設轉子過電壓保護，無刷勵磁系統可以不加裝轉子過電壓保護裝置。

(5)勵磁系統應有自動滅磁功能。

4 200MW發電機組勵磁控制系統的要求

勵磁控制系統是“包括所有調節與控制元件和控制對象(同步電機)的反饋控制系統，不包括那些不參與調節與控制的元件如滅磁裝置等”。

勵磁控制系統的要求:

(1)維持發電機的出口電壓在給定值水平上和提高電力系統運行的穩定性。

(2)自動電壓調節器應保證同步發電機端電壓靜差率小于1%。

(3)提高系統動態穩定、靜態穩定和暫態穩定。

(4)實時控制系統應具備快速可靠的中斷響應，保證程序高效率運行。

(5)控制單元為2～3個，互不干擾，主、從套跟蹤備用。

5 200MW發電機組勵磁系統主要功能

能夠精確快速地調節同步發電機的機端電壓和無功功率，調節器控制周期為毫秒級。將給定值和反饋值進行不間斷的比較，然后進行調節計算，最終去改變可控硅整流器的觸發角度，從而穩定機端電壓，實現電壓的平滑調整。系統本身還具備實時故障診斷和容錯、智能調節及輔助分析、信息網絡化功能。

無功調差功能是勵磁調節發電機無功出力的重要環節，尤其是擴大單元接線的多臺發電機并列運行。發電機無功調差有兩方面的作用:一是確定共母線機組穩態時無功按比例分配;一是在系統電壓波動時確定發電機組無功出力增量按比例分配。對于單元接線的發電機組，由于主變壓器自然調差系數(變壓器阻抗)較大，為了提高發電機組對系統的電壓(無功)支撐能力，一般勵磁調節器中無功調差系數選擇為負值(或者為0)，小機組還可以設置為正值，來補償主變壓器的電壓降，但補償壓降不能超過主變壓器的實際壓降。對于擴大單元接線的各發電機組，勵磁調節器中無功調差系數必須選擇為正值。

6 電力系統穩定器(PSS)

隨著電力系統的快速發展，互聯電力系統的出現和擴大，快速自動勵磁調節器和快速勵磁系統的應用，國內外電力系統發生過很多次的低頻功率振蕩，嚴重影響電力系統的安全穩定運行，成為制約聯絡線輸送功率極限提高的最重要因素之一。

為了讓低頻振蕩得到很好控制，便研制出了以發電機功率、發電機組的軸速度、發電機機端電壓頻率為信號的附加自動勵磁控制裝置，稱為電力系統穩定器(PSS)。由于電力系統穩定器具有物理概念清楚、參數易于選擇、電路簡單、調試方便等眾多的優點，并在系統中得到廣泛的應用。

電力系統穩定器(PSS)是自動勵磁調節器的一個標準功能。它的目的是通過引入一個附加的反饋信號，增加弱阻尼或負阻尼控制系統的正阻尼系數，用來控制同步發電機的低頻振蕩，從而提高發電機組的最大輸出能力，使電網的穩定性得到幫助。自動勵磁調節器中附加的反饋信號為機組的加速功率，由電功率信號和轉子的角頻率信號綜合產生。

7 電力系統穩定器的基本要求

由于使用信號與使用元件的不同，電力系統穩定器可以有各種不同的電路。但是根據電力系統穩定器的功能—在系統可能發生的振蕩頻率范圍內提供正阻尼力矩，多樣的電力系統穩定器都要做到以下幾點要求:

(1)有良好的相頻特性，以合理、正確補償勵磁系統的相位滯后。

(2)電力系統穩定器的投入與提出，均不影響發電機正常穩態電壓水平。

(3)在電力系統穩定器的工作過程中，不要過大的引起發電機電壓的波動。

(4)電力系統穩定器的輸出的噪音電平應盡可能的低。包括信號檢測和隨機噪聲在內，其電平應不超過正常輸出范圍的10％。

(5)有一定保護措施，以保證在各種運行狀態下(包括PSS故障)不會引起發電機過電壓和無功過負荷，也不會引起發電機勵磁不足或失去勵磁。