水電廠發電機勵磁系統控制研究

汪全

摘 要：隨著市場經濟的發展，工業生產也日益增長，對電力的需求也急劇增加。各類電廠都需要對原有的系統進行改進，隨著工業企業和其他企業各種現代技術的發展，許多電廠在高電耗的影響下自建電廠，符合對核電站生產系統的理解。

關鍵詞：水電廠;勵磁系統;控制策略

1、前言

公共電力系統雖然受到能源成本高企的推動，但仍難以滿足社會上一些工業企業的基本用電需求，以防止因供電系統不完善造成的用電受阻，很多工業企業都是在國內消費專用先進技術的基礎上建設自己的電廠，特別是對于礦山企業等大型工業企業的電廠，能夠滿足基本用電需求，其勵磁系統存在一些不穩定的問題。本文從對勵磁系統和單片機操作的認識出發，分析了提高勵磁系統穩定性的控制方法。

2、獨立電站勵磁系統分析

獨立發電廠是大型工業企業使用的設備。主要用于滿足大的用電需求，只有已經營業的企業才能用電，其他居民不能用電。如果電力逐步達到峰值，電廠還將全面向居民介紹社會服務，為居民提供有效營養。自治電站的供電系統也很復雜，需要滿足各種用電需求，其中最重要的作用是恒無功控制系統是一種常用的控制方法，它主要應用于小型工業企業，那么，為了滿足控制要求，選擇恒端電壓控制系統。企業在選擇和應用基本控制模式時，必須考慮項目的發展狀況和活動范圍。

3、勵磁系統功能

發電機是電力系統中最重要的部件之一，勵磁控制系統是同步發電機有效控制的重要組成部分，其主要任務是為同步發電機提供可調電流的直流勵磁或繞組中的電壓，以控制發電機端部的恒壓，能滿足正常發電的需要，合理分配機組間的非工作功率。系統勵磁控制的主要功能包括以下幾個方面。

3.1在正常情況下，勵磁電流是根據電力系統的負荷和給定的規律來調節的，在這種情況下，當電力系統由于短路或其他原因而嚴重減小時，發電機的強勵降低了電壓降幅度：在發電機負荷突然下降的情況下，加強對發電機的勵磁，為了降低電壓降，發電機被迫退磁，以限制發電機上電壓的過度上升。

3.2當兩臺或多臺發電機在同一母線上并聯運行時，總無功功率在發電機之間分配。對于許多發生故障的調節發電機，機組間的無功功率會受到干擾，即當振蕩器具有差動調節特性時，振蕩器的輸出無功功率與差動調節有關。

對于小調節單元，分布無功功率較大，對于大調節單元，分布功率較小。通過調節發電機的勵磁電流，可以改變發電機的差動特性，即改變發電機的輸出功率。

3.3同步發電機的穩定運行是保證電力系統可靠供電的首要條件。靜態穩定性，三種勵磁方式的穩定性都是由一個良好的勵磁控制系統來提高的。勵磁控制系統可以使發電機的靜態穩定性提高數倍，但在距離長、負荷大時容易產生負阻尼，從而改變系統的動態特性，為了消除二者之間的矛盾，采用了兩種方法：一種是利用電力系統穩定器（PSS），向勵磁調節系統輸入一個或多個附加控制信號（如轉速、頻率、發電機功率變化率），計算某一頻率的振蕩，然后采用線性最優勵磁控制或非線性勵磁控制。

3.4當電氣系統短路故障或其他原因導致發電機電壓嚴重降低時，勵磁控制裝置強迫發電機勵磁，為提高電力系統的動態穩定極限和繼電保護裝置的觸發精度和靈敏度，輸出電路勵磁控制裝置迅速滅磁，為此，國家標準和線性標準確定了一系列指標，如強激勵極限等，最小勵磁限值、反向時間勵磁限值、磁通限等。

4、勵磁技術發展趨勢

近年來，許多科研機構和高校都在研究和開發各種控制方法的電機勵磁機管理理論，越來越多的執行器被集成到現代控制理論中，取得了良好的效果，其發展趨勢如下：

4.1隨著硬件集成度的提高，微機勵磁控制器的功能越來越強大，運行時間越來越短，但硬件結構越來越簡單。目前，國外的CPU正在進行從多處理器到大功率的控制。

4.2勵磁方式下，大中型機組基本為自勵，系統響應快、動態性好、質量高，有利于遠距離輸電，提高機組和電網過渡狀態的穩定性。隨著世界各國大功率電子元器件的發展，磁開關取代了機械滅弧開關，開關采用電子開關。這是因為電子開關無機械接觸、無火花、瞬時過電壓，操作速度快、維護方便，克服了機械開關動作頻繁、接觸易燃、機械調整困難、失控后轉子過電壓危險的特點。

4.3勵磁系統組成及功能

4.3.1勵磁控制系統主要部件

發電機勵磁控制系統是一種反饋控制系統，它由同步發電機和勵磁控制系統組成。勵磁控制器是勵磁控制系統的主要組成部分。它的主要功能是檢測發電機電壓的變化，控制勵磁功率模塊。在勵磁控制器改變設定的控制命令之前，勵磁功率單元不改變勵磁電壓。一般的半導體勵磁控制器主要由測量元件應力和對比度組成測量比較過程包括電壓測量，比較電壓測量包括測量變壓器直流電壓的開關電路和濾波電路，它與發電機端電壓成正比，并與發電機額定電壓對應的參考電壓進行比較，同時，應測量發電機的其他參數，限制功率保護和限制程序的使用。

為了獲得控制系統的靜態和動態特性以及控制系統的穩定性，除了主器件的電壓偏差信號外，集成放大器還起到組合測量增益和其他信號的作用，有時需要結合輔助設備接收請求信號和限制信號、補償信號等信號。控制信號輸入相移觸發器后的累積增益。

5、影響勵磁系統穩定性的主要因素

在熟悉常規勵磁控制系統的基本功能的同時，還需要了解勵磁系統的基本問題，它主要影響勵磁系統的穩定運行。

參數分析表明，相關參數的增加將導致特征實根的增加，因此這些參數對發電機勵磁系統在單片機上的穩定性影響很大，必須考慮控制系統的所有要求和運行參數，系統的機電過渡模式必須始終為負，軟件分析和仿真能夠適應電網的穩定。為了保證電廠的安全運行，必須根據實際情況采取有效措施應對這些因素。

5.1工作方式對勵磁系統穩定性的影響

在運行方式的影響下，系統可能有實際的特征根，一旦發生擾動，系統可能不穩定，在優化勵磁系統參數時，必須充分考慮運行中可能出現的最壞運行方式，只需設置實際勵磁系統的參數，可以及時提高對給定參數的適應性。根據實際需要提供相應參數的選擇范圍，然后根據最壞運行模式建立相應的狀態矩陣，并且分析參數合理，當系統沒有真正的特征根時，可以采用合理的分析方法，它可以作為系統參數優化的依據，設置參數完全滿足控制系統的運行特點，并能最大限度地減少對勵磁系統的干擾，以保證企業獨立發電廠的安全穩定運行。

5.2模擬

核電站發電機勵磁系統的穩定性在實際應用中需要進行分析，因此在分析勵磁控制方式時需要對這一現象進行類比再現。比較結果表明，模擬的振動不是機電振蕩器，這種現象是由于勵磁系統本身的不穩定性造成的。因此，在分析系統參數時，一方面要區分乳化模型和機電模型，另一方面，當單片機發電機組勵磁系統采用直流電壓模式時，振動保證了分析結果的準確性，符合電力系統在負荷沖擊和三相短路故障影響下能夠繼續穩定運行的事實，認為電力系統實際運行中勵磁控制方式改變后不存在運行故障。

6、結束語

介紹了工業企業獨立發電廠專用勵磁系統的基本情況。首先分析了勵磁系統的主要工作方式主要是主控方式，因為主控方式對勵磁系統的運行狀態有很大的影響，最后分析了綜合勵磁系統各方面的有效控制方法。勵磁系統的運行人員應使勵磁系統適應環境，企業對電力的具體需求使獨立發電廠也能提供更好的供電服務。

參考文獻

[1]姜浩.自備電廠發電機勵磁系統穩定性分析及控制研究[J].輕松學電腦，2019，000（027）：P.1-1.

[2]曾林俊.火力發電廠發電機勵磁系統常見問題的分析及處理[J].輕松學電腦，2019，000（016）：P.1-1.

[3]李學亮.火力發電廠發電機勵磁系統常見故障探究[J].數字通信世界，2020，No.181（01）：98-98.

[4]高長松.發電機勵磁系統故障分析及處理[J].設備管理與維修，2019，No.441（03）：62-62.