發電機勵磁系統性能對電網穩定的影響

【摘要】同步發電機中的核心部分是由發電機勵磁系統構成的，發電機勵磁系統主要的作用是，在運作過程中為同步發電機勵磁電源提供一套全面性、優質性的系統服務。通常情況下，發電機勵磁系統是由兩大核心部分構成。其中的一部分是勵磁功率輸出部分，供應直流電流給同步發電機的磁場繞組，從而建立直流磁場；另一部分的主要作用是，為了確保電網的安全穩定運行，在正常運作或者是運作過程中發生故障的情況下，能夠及時地對勵磁電流給予適當的調整。根據上述綜合性的分析可知，同步發電機勵磁系統對于電網的正常運作具有舉足輕重的作用。

【關鍵詞】發電機勵磁系統；性能；電網穩定；影響

1、發電機勵磁系統介紹

1.1勵磁系統的基本結構和原理

供給發電機供應勵磁電流的電源設備及其附屬設備，稱之為發電機勵磁系統。發電機的勵磁系統可以分為勵磁功率單元和勵磁調節器，其中，勵磁功率單元向發電機轉子提供直流勵磁電流，勵磁調節器則根據輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁自動控制系統是一個由勵磁調節器、勵磁功率單元及發電機構成的一個反饋控制系統。

1.2勵磁方式

（1）直流發電機勵磁：由專用的直流發電機為其提供勵磁電流。這個直流發電機，稱為直流勵磁機，此種勵磁方式的優點：勵磁電流獨立，工作可靠、減少自身用電消耗，但其也存在勵磁調速慢，維護工作量大的缺點。（2）他勵靜止勵磁：交流勵磁機裝在發電機大軸上，其輸出的交流電流經過整流后供給發電機轉子勵磁，其交流副勵磁機（永磁機或具有自勵恒壓裝置之發電機）提供勵磁電流。這種方式下，發電機屬于他勵方式，且采用靜止的整流裝置。（3）自勵式靜止勵磁：此種勵磁方式中，勵磁電源曲子發電機本身，而不設置專門勵磁機，其分為兩種方式：①自并勵靜止勵磁：其勵磁電流取自于發電機出口的整流變壓器，發電機經端口處獲得的三相交流電經過勵磁變，經整流裝置整流后得勵磁電流供給發電機勵磁，并且通過直流刀連接到主備勵切換柜、滅磁柜，最后到發電機轉子；此種勵磁方式結構簡單、設備少、投資省和維護工作量少。②自復勵靜止勵磁：這類勵磁方式，除設有與自并勵勵磁方式一樣的整流變壓器外，還設有串聯在發電機定子回路的大功率電流互感器，在發生短路時由互感器給發電機提供較大的勵磁電流以便彌補整流變壓器輸出不足。

2、勵磁系統對電網靜態穩定的影響

當發動機運作過程中，沒有任何的勵磁調節時，發電機的內電勢Eq的值為常數，此時所對應的汽輪發電機的功角特性如圖1（a）所示。在該圖中，這條曲線在發電機系統中也被稱作是內功率特性曲線。如果發電機系統在其運作的過程中，對于勵磁進行自動的調節，那么，此時的發電機的內電勢Eq的值不是常數，而是一個變值，所對應的發電機系統的傳輸功率會有所提升。

假設，電動機系統中的自動勵磁調節具有無慣性的特性，同時，假設在發電機系統運作的過程中，負載變化的情況下，能夠確保發電機的暫態電勢Eq'的值趨近于一個常數。在這個過程中，由于隨著發電機系統用的負載變化，發電機的內電勢Eq會隨著發電機系統中的勵磁調節而產生相應的數值變化，這種情況下的內功率特性不再是上圖中的正弦曲線，是由一組發電機的內電勢Eq等于不同恒定值的正弦曲線族上相應工作點所組成，具體的曲線圖如圖1（c）所示。為了有效地與發電機內電勢Eq值為常數或恒定值時的內功率特性曲線相互區分，將內電勢Eq隨發電機系統負載發生相應變化的曲線稱作為外功率特性曲線。根據下圖1（d）可清晰地發現，當發電機的暫態電勢Eq'保持恒定不變的情況下，發電機的內電勢Eq會隨著負載的提升而不斷地增高。

3、勵磁系統對電網動態穩定的影響

電網的動態穩定性問題，可以理解為電網機電振蕩的阻尼問題。阻尼問題一直都是勵磁控制系統的主要組成部分。它不僅影響到勵磁控制系統的安全穩定性，同時對于系統的質量保障也起到一定的影響。電網的動態穩定性的影響也就是振蕩阻尼影響。由于微機自動勵磁控制系統的應用，使勵磁控制系統中的自動電壓調節造成電網機電振蕩阻尼變弱（甚至變負）的最重要的原因之一。在—定的運行方式及勵磁系統參數下，勵磁調節器用在維持發電機電壓不變的同時，產生負的阻尼作用。在正常實用的范圍內，勵磁電壓調節器的負阻尼作用會隨著開環增益的增大而提高。因此提高勵磁調節裝置的精度和提高系統動態穩定性是矛盾的。當調節不當，或者操作者技術不過關，或者時間把握不佳，也會影響到阻尼情況。在—定的運行方式及勵磁系統參數下，電壓調節作用在維持發電機電壓恒定的同時，產生負的阻尼作用。在正常實用的范圍內，勵磁電壓調節器的負阻尼作用會隨著開環增益的增大而加強。因此提高電壓調節精度的要求和提高動態穩定性的要求是不相容的。

結語：

發電機勵磁系統是同步發電機中的核心構成部分，其主要的作用是為同步發電機勵電源提供一套全面性、優質性的系統服務。先進的勵磁系統能夠確保電源質量的優良性能，保障電網安全順利的運作以及電網運行相關的穩定性質量。

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