自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及控制研究

宋永晶

（汾西礦業(yè)集團(tuán) 發(fā)電廠，山西 靈石031304）

電力資源是國家重要動力能源，為企業(yè)廠礦生產(chǎn)活動提供動力。隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和完善，企業(yè)為實現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)逐漸趨于多元化的發(fā)展方向。一些大型企業(yè)廠礦為穩(wěn)定發(fā)展，逐漸建設(shè)自備電廠為生產(chǎn)活動提供動力，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性受到企業(yè)和社會越來越多的關(guān)注，到2014年末，自備電廠的比重在我國大型企業(yè)廠礦就已經(jīng)達(dá)到了20%，而且保持著較快的發(fā)展速度。不過，在自備電廠的建設(shè)使用過程中，也暴露出了一些問題。電力系統(tǒng)的管理不善和設(shè)備比較落后，是造成電力系統(tǒng)安全事故的重要因素。隨著用電量逐漸加大，大型企業(yè)廠礦自備電廠在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題越來越多，不但威脅企業(yè)生產(chǎn)安全，對區(qū)域電網(wǎng)的順利運(yùn)行也產(chǎn)生了一定影響。加強(qiáng)自備電廠發(fā)電機(jī)系統(tǒng)管理及自備電廠勵磁系統(tǒng)的平穩(wěn)性，有助于確保廠礦運(yùn)行的正常穩(wěn)定。

1 自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

目前，我國大型廠礦企業(yè)自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)控制模式主要有四種，分別為恒磁力電流、恒無功、恒功率、恒機(jī)端電壓等控制模式。對于大規(guī)模的廠礦自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)，為了給勵磁系統(tǒng)提供穩(wěn)定的保障，通常會實施恒機(jī)端電壓控制模式。而對于規(guī)模較小的自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)，通常會實行恒功率或者恒無功控制模式?？偠灾谶x取勵磁控制模式上必須結(jié)合自身的實際情況。

恒無功控制模式和恒功率控制方式在企業(yè)廠礦中的應(yīng)用比較廣泛，要對自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，應(yīng)該從這兩種勵磁控制模式出發(fā)，采取展開構(gòu)建模型的手段，而且詳細(xì)分析廠礦企業(yè)曾經(jīng)出現(xiàn)過的安全事故。但是，由于這種模型僅僅能對自備電廠發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和勵磁接口進(jìn)行分析，并不能分析恒功率以及其它磁控模式。因此，為了有效分析自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的平穩(wěn)性，在分析中得出了兩個控制圖表（見圖1、圖2）。

圖1 恒無功勵磁附加控制

圖2 無刷旋轉(zhuǎn)交流勵磁控制框

借助于對控制圖表的分析，得出了具體的線性化系統(tǒng)公式，利用線性化系統(tǒng)公式對矩陣特征進(jìn)行分析，可以判斷出自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。恒功率因數(shù)控制方式與恒無功控制方式分析模型相似，所以，不再對恒功率勵磁控制方式展開全面分析。

2 自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素

勵磁系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)對電力系統(tǒng)有重要影響，因此，在分析勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素的時候，必須建立相關(guān)參數(shù)，采用合理的方法對這些參數(shù)進(jìn)行綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果找出不同參數(shù)變化下的系統(tǒng)根軌跡（圖3所示）。

參數(shù)分析可以看出，相關(guān)參數(shù)增大會導(dǎo)致最右側(cè)的特征根實部增大，當(dāng)參數(shù)過大的時候，電力系統(tǒng)可能會出現(xiàn)正實部的特征根。由此可見，自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性受參數(shù)的影響比較大，在整定參數(shù)的時候，必須綜合考慮控制系統(tǒng)的性能要求和參數(shù)對系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的影響，在給定參數(shù)發(fā)生變化，且在變化范圍內(nèi)的時候，系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)模式對應(yīng)的特征根實部應(yīng)該始終為負(fù)數(shù)，只有這樣才能保證仿真軟件的分析與電力穩(wěn)定相符。為了保證廠礦企業(yè)自備電廠安全運(yùn)行，必須根據(jù)實際情況采用有效的方法消除這些影響因素。

圖3 不同參數(shù)變化下系統(tǒng)根軌跡

2.1 運(yùn)行方式對勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

在運(yùn)行方式的影響下，系統(tǒng)會出現(xiàn)正實部的特征根，系統(tǒng)在擾動下會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。因此，在對勵磁系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的時候，必須充分考慮運(yùn)行中可能存在的最惡劣運(yùn)行方式，只有這樣才能及時提高整定參數(shù)的適應(yīng)性。在對實際勵磁系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定的時候，應(yīng)該由勵磁廠家根據(jù)實際需求提供相關(guān)參數(shù)的取值范圍，然后根據(jù)最惡劣的運(yùn)行方式，建立相關(guān)的狀態(tài)矩陣，利用合理的分析方法對系統(tǒng)無正實部特征根時的各項參數(shù)進(jìn)行合理范圍內(nèi)的分析，將兩者的交集作為整定系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)，通過這種方式，可以使整定參數(shù)充分滿足系統(tǒng)控制的性能，也可以最大限度降低勵磁系統(tǒng)受到的干擾，確保企業(yè)廠礦自備電廠運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

2.2 仿真分析

對自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，應(yīng)該建立在實際運(yùn)行上。所以，在分析勵磁控制模式的時候，要根據(jù)仿真復(fù)現(xiàn)出振蕩現(xiàn)象，并將振動頻率與小擾動的分析結(jié)果進(jìn)行比較，其比較結(jié)果證實了通過仿真復(fù)現(xiàn)出來的振蕩并不是機(jī)電振蕩模式，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是勵磁系統(tǒng)自身失穩(wěn)。所以，在分析系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的時候，要注意區(qū)分仿真復(fù)現(xiàn)出來的振蕩和機(jī)電振蕩模式，進(jìn)而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一方面，在自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)采用恒電壓控制方式的時候，電力系統(tǒng)在受到負(fù)荷沖擊和三相短路故障的影響下依然可以保持穩(wěn)定運(yùn)行，這與電力系統(tǒng)實際運(yùn)行中改變勵磁控制模式后不發(fā)生振蕩故障相符。所以，在自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)更改控制模式的時候，應(yīng)該依據(jù)實際情況進(jìn)行仿真分析，在仿真分析中系統(tǒng)可以保持穩(wěn)定運(yùn)行，才能使實際勵磁控制系統(tǒng)在擾動條件下可以保持穩(wěn)定運(yùn)行，這是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的有效措施。

3 優(yōu)化發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效措施

通過對影響勵磁控制模式因素的分析可以發(fā)現(xiàn)，要保證自備電廠的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，必須充分考慮其最惡劣的運(yùn)行方式，并結(jié)合廠家提供的參數(shù)要求，制定出相應(yīng)的有效措施，建立全面系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣，最大限度提高勵磁系統(tǒng)的適應(yīng)性，為自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障。適時采用仿真分析的方法，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，也為電力事業(yè)提供了良好的機(jī)遇，自備電廠逐漸增多，保證自備電廠安全運(yùn)行，可最大限度預(yù)防電力安全事故的出現(xiàn)，減輕企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的提高。企業(yè)在建設(shè)自備電廠的時候，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)分析自備電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且制定出具體可行的防范措施，及時解決電力系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，從而保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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