水電站發電機勵磁系統的應用分析

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前言

近年來,我國社會電力能源供給達到全新高度,大量水力發電站投入使用,極大豐富了能源的供應渠道。為實現技術能力提升及保障發電機運行穩定,發電機勵磁系統也被廣泛應用,其關鍵職能便是向發電機提供勵磁電流,以保障發電機組高效運行,因而其運行質量也決定著水電站的效率。因此在實踐應用中,必須要充分認清勵磁系統的本質,以幫助其在實際應用中發揮更佳效能,為水電站發電機運行提供優質保障。

1 勵磁系統的基本原理

勵磁系統屬于水電站發電機運行不可或缺的部分,也是極其重要的配套設備之一,在水力發電設備領域占據著關鍵地位。勵磁系統的主要功能在于調節與控制發電機勵磁電流,以確保發電機能夠長效穩定運行。通常而言,勵磁系統主要由勵磁功率單元、勵磁調節器、勵磁滅磁部分構成。在實際的運行場景中,勵磁系統的應用主旨是將直流電流供向發電機轉子,為勵磁繞組提供磁場,同時根據發電機的運轉情況,由勵磁調節器負責各種工況進行監測,并根據需求對轉子電壓或電流實施調節,以保證發電機始終處于合理閾值。

同時,勵磁系統通過各個單元的配合,對發電機電壓進行給定,以穩定發電機機端電壓,并對發電機組進行功率分配,實現無功率地自動合理分配,提升發電機的實際運行效率,并提升繼電保護和自動裝置靈敏性。另外,勵磁系統還能夠作用于電網之中,起到電網阻尼及抑制小頻率波動的效果。勵磁系統控制結構如圖1所示。

圖1 勵磁系統控制結構

2 水電站發電機勵磁系統的控制與應用

2.1 電動負載中的勵磁控制 水力發電機組在實際運轉中,由于受各種不利因素的影響,其工況也會出現顯著的變化。當發電機組處于電動負載狀態時,勵磁系統則可以利用多種方式實施控制,從而消除不同因素所形成的影響。控制的方式包括如下幾類：(1)恒機端電壓。該勵磁控制方式主要以無功情況為依據,借助對勵磁電流的自動化規整與控制,通過這種方式以保障電壓的穩定性,保證發電機組配合的效率。由于電網無功的需求通常較高,并且發電機組在選擇背靠背啟動時,需要依據指定方式進行,因此應在機組處于穩定運行狀態時,再運用相應的方式實施切換,最終達到穩定運行的狀態。(2)恒無功調節。隨著發電機運行功率的增加,勵磁電流也會隨之增大,恒無功調節方式主要是針對同步電機運行負載的增加,對其運行過程進行調節,從而保證其運行的穩定性。(3)恒勵磁電流。對于發電機運行特點而言,同步電機負載波動通常較小,一般情況下不會對電機運行帶來影響,因此在實施勵磁控制時,應合理采用恒勵磁電流完成,以避免因其控制干預帶來部分輔助功能喪失的風險。(4)恒功率因數調節。該調節方式應用特點,主要是利用勵磁系統電流的控制,由負載及電壓變動所決定,以確保發電機始終處于功率因數中的恒值,從而使其在實際運行中保持一定的經濟性,達到節能的控制效果,多應用于系統低谷負載情況。

2.2 電力系統穩定器 水電站發電機在實際應用中,其做功具有一定的對稱性特點,因此需要在電力系統的設計中加強穩定器應用,特別是要充分考慮工況變化因素,即發電工況與電動工況等特點。勵磁系統的作用在于,根據不同的運行工況,使電力系統穩定器輸出相位相差180°。

2.3 四象限無功限制 勵磁調節器由兩個調節范圍所構成,即低勵限制器和過勵限制器。對于發電機組運行而言,在勵磁調節器功能發揮上,應對發電機模式及電機模式實施統籌分析,特別是對機組運行模式的判斷上應全面。當機組的運行功率大于“0”時,即代表其正處于發電狀態,反之則表示其處于電動狀態。另外,還要加強對滯相和進相的判斷,同時在實際輸出無功的基礎上,要對給定參考進行比較,對過勵限制還是欠勵限制加以明確。

2.4 設置PID 如今,隨著技術的升級與革新,靜態變頻器對啟動同步電機,得到了愈發廣泛的應用,并取得了顯著的效果。靜態變頻器的應用特點是,機端電壓的變化源于勵磁電流的具體控制,因此在控制階段要保證勵磁調節單元,能夠在給定值的參照基礎上快速響應,提升控制的精度與反應效率,避免出現較大的控制誤差而導致變頻啟動失敗。為此,可設置比例微積分控制環節,以便于靜態變頻器啟動的控制,當電機電壓穩定并達到90%額定值時,勵磁控制則進入主環PID模型,以此來防止頻繁啟動機組所帶來的影響,提升運行的穩定性。

3 結語

綜上所述,水電站發電機勵磁系統的應用,不僅有效提升了機組的運行穩定性,更能夠產生一系列的促進效應,大幅提升水電站的電力保障能力,協調整體發電系統的高效運行。同時,隨著未來電力能源需求的增加,勵磁系統必將發揮更大作用,通過技術的改進與升級,持續提供豐富的功能選擇,為水電站發電機組的運行效率與穩定性提供支撐。