勵磁系統對電廠發電電能質量的影響與分析

董小亮

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

關鍵詞：勵磁系統；電能質量；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 勵磁系統的概述

1.1 勵磁系統的定義

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

1.2 勵磁系統的工作原理

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

1.3 勵磁機

同步電機電源系統是勵磁機，而該電源系統能夠提供磁場電流，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生勵磁電流，從而更加有效地控制并管理發電機。電廠發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工作性能的優化功能進一步強化，從而保障發電機的穩定性，并提高電能的質量。

1.4 電能質量組成部分

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

2 勵磁系統的作用

2.1 勵磁系統的主要作用

①勵磁系統能夠隨著發電機負荷的改變來調控勵磁電流，從而使機端電壓的穩定性得以保證；②控制無功功率的完成并控制運行的各發電機之間的分配；③在并列運行過程中提高發電機的動、靜態穩定性；④能在發電機內部發生故障時，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 同步發電機勵磁系統的作用

目前發電機勵磁系統由以下幾個方面組成。

①電力系統穩定性包括機電、電壓和頻率等多個方面。其中，機電穩定又具體包括動態、靜態和暫態穩定三種。而勵磁控制系統對靜態、動態和暫態穩定的調節起到至關重要的作用。同時，該控制系統在改善電力系統穩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能夠在短路故障期間以及后來的一段時間內維持電力系統的電壓。故障發生時，所需要做的就是加速電壓的恢復，而同步發電機勵磁系統改善了勵磁系統中電動機的運行條件，從而使電力設備正常地運行。

3 勵磁機與同步發電機電能質量相關關系

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

4 控制勵磁系統提高電能質量的方法

①添加磁極墊片。導入良性導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定性的目的。②調節勵磁回路磁場中的電阻并在兩端并聯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，考慮到白熾燈在發熱后會發生非線性的變化，這樣就在場阻線與勵磁特性之間產生一個很大的交角，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定性得以保證。③采用發電機自動勵磁調節裝置。該裝置調節方式具有豐富性，如恒無功、恒功率參數等，這些調節方式幫助改善系統的穩定性以及暫態反應能力并且也增加了解決發電機的電能質量問題的可能性。但是，要達到滿足用戶對于電能質量的要求，應保持發電機的端電壓不變的方式，并隨著無功電流的變化來調節發電機的勵磁電流。勵磁電流可以提高發電廠電能生產的質量，因而其在發電機運轉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，進而使整個電力發電機組的工作性能得以保證。因此，在對整個勵磁系統進行控制管理時，應對電源調節和動態結構穩定性等控制問題加以注意，從而以此來保證發電機的電能質量。現在隨著科學技術的快速發展，先進的技術也在勵磁系統中開始應用，來優化處理勵磁系統，來保證工作狀態的靜態平衡。

5 控制勵磁系統提高電能質量的途徑

5.1 自動調節勵磁電流的途徑

通常情況下，在改變處理發電機勵磁電流時，并不是在轉子回路上進行直接處理。其主要原因是，回路環節中所表現出來的相關勵磁狀況的變化比較大，從而促使這些調節沒有辦法法得以有效實施。一般采取的措施是調節并改善勵磁機運行過程中的勵磁電流，進而促使發電機正常運行過程中的相關轉子電流的實現。另一個常采取的措施是對回路中出現的電阻進行直接檢查，確保回路電阻出現在發電機運作過程中，進而保證勵磁機內部的相關勵磁電流可以有效地來進行改變，從而將其變為附加勵磁，尤其是可控硅導通角等。且在這個環節中，對可控硅導通角的轉變是其中最為核心的一個措施。在執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，可以看出對轉換可控制硅整流器涉及的導通角進行轉變將導致發電機的勵磁電流也發生轉變。

5.2 增加附加勵磁控制通道的方法

在勵磁控制系統中，增加其他控制信號是處理電壓調節精確度和動態穩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節通道的電壓調節功能和維持發電機端電壓水平的能力產生阻礙作用，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 結語

人們將勵磁系統應用到該運行過程中，并對其電能質量進行了有效的控制管理，從而使其不僅有利于發電機組的良好調節，并使其穩定性得以保證，同時還對發電機發電的電能質量的提高起到作用，使人們日常生活以及經濟社會生產等相關的諸多要求在系統的應用中得以滿足。與此同時，將新的科技應用于發電機發電的運行過程中，不僅實現了優化處理勵磁系統的目的，同時也使我國電力行業得以快速發展。

參 考 文 獻

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