發(fā)電機勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和控制研究

馬明銳

摘 要：隨著社會的高速發(fā)展，在各個領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派繁榮景象，特別是在科技化創(chuàng)新戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，越來越多的產(chǎn)業(yè)向著科學(xué)化、信息化的發(fā)展目標轉(zhuǎn)移，作為時代標志的電力事業(yè)自然也是成績顯著，特別是在電力供應(yīng)性能上，展開了對勵磁系統(tǒng)的開發(fā)與研究，只有將勵磁系統(tǒng)研究的更加深入透徹，才會使得勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中真正起到輔助性作用，成為電力運行的基本保障。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；勵磁系統(tǒng)；穩(wěn)定性；控制

一、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概述

說到電力系統(tǒng)，大家都耳熟能詳，可以說電力始終是時代不可或缺的基本保障之一，而且隨著社會的不斷發(fā)展，大家對電力的依賴性就愈加強烈，但是談及勵磁系統(tǒng)，在大多數(shù)人看來還很陌生，這樣就對電力事業(yè)進一步的發(fā)展形成阻力，而且也不利于勵磁系統(tǒng)的開拓與完善，只有深入了解和認識勵磁系統(tǒng)，才能更好的促進和推動勵磁系統(tǒng)在電力運行中的發(fā)展和研究。

（一）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)簡介

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是指在同步發(fā)電機的條件下，為兩臺發(fā)電機提供電源以及相關(guān)的附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)主要由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成，勵磁功率單元是給轉(zhuǎn)子繞組提供勵磁電源供給，勵磁調(diào)節(jié)器則是對勵磁功率單元實行控制的輸出裝置。

在日常生活中，常見的勵磁方式有：直流發(fā)電機、交流勵磁機以及無勵磁機三種，其中利用直流發(fā)電機達到勵磁效果的應(yīng)用方式比較明顯。

（二）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用

勵磁系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中，主要是作為電氣控制裝置為企業(yè)服務(wù)。勵磁系統(tǒng)是電站設(shè)備中不可或缺重要組成部分之一，通過勵磁機、勵磁變壓器等各元件間的相互配合、協(xié)調(diào)，維持同步發(fā)電機端電壓在同一水平上，與此同時，對勵磁電流進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)得到平穩(wěn)供應(yīng)，另外，對于采用勵磁變壓器作為勵磁電源的還具有整流功能，使整個發(fā)電機體的電流保持在一個波動幅度內(nèi)，由此保證了電流輸送的穩(wěn)定。

二、對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)來說，要想驗證系統(tǒng)能否真正發(fā)揮作用，主要還要看其穩(wěn)定性能，勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性能越強，就代表其調(diào)控能力越強，從而對電力系統(tǒng)的保障性就越高，所以，只有保證了勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，才能使電力系統(tǒng)更加平穩(wěn)的運行。

（一）勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析模型的構(gòu)建

為了對勵磁穩(wěn)定性進行更加直觀、透徹的分析，采用建立數(shù)據(jù)模型的方式對勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性展開研究，模型主要是以單片機無窮大作為理論基礎(chǔ)，利用線性模型Heffron-Philips對發(fā)電機及其控制系統(tǒng)進行敘述，此外，同步發(fā)電機則是通過計及凸極效應(yīng)和勵磁回路動態(tài)相結(jié)合的方式，建立了三階實用模型，在保證機械功率不變的狀態(tài)下，分別對轉(zhuǎn)速偏差Δω、轉(zhuǎn)子角偏差Δδ、q 軸暫態(tài)電動勢偏差ΔE′q、發(fā)電機勵磁壓偏差ΔEfd四個狀態(tài)變量作出分析，同時得出了小干擾動態(tài)穩(wěn)定理論的同步機動態(tài)增量方程等式，如下式所示。

通過模型我們可以很直觀的觀察到發(fā)電機各個部分與勵磁系統(tǒng)之間的接口位置，但單純的依靠Heffron-Philips 模型對勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析是遠不夠的，這其中還欠缺了恒無功和恒功率因素對勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，為此，為了更好的對勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析，選用兩種勵磁方式作為參考，如圖1所示。

如圖1中控制框圖所示，控制參數(shù)分別是KA、TA、TE、KF、TF，勵磁機的飽和系數(shù)為SE，p 則代表微分算子，其主要實現(xiàn)保持發(fā)電機端電壓保持不變的功能，通過與恒無功勵磁控制框圖相融合之后，可以得出勵磁系統(tǒng)的控制框圖，此時TR為測量時間常數(shù)，KQ為附加控制放大倍數(shù)，TQ為附加控制時間常數(shù)，通過公式之間的推導(dǎo)以及矩陣根特征的分布情況，從而判斷出系統(tǒng)小于干擾穩(wěn)定的特性。

（二）影響發(fā)電機勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素

為了對勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進行深入分析，利用根軌跡法來驗證影響勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定的因素都有哪些，通過對兩種不同控制方式的探究，分析得出了 KQ，TR和 TQ三個參數(shù)的影響，具體其中負荷 100 MW，發(fā)電機有功出力 45 MW，xd=xq=2.22，xd=xq=0.26，xL=0.11，M=6s，T ′d=6.48s，KA=20，TA=0.1s，TE=0.5s，SEMAX=0.8，SE0.75MAX=0.5，KF=0.04，TF=0.7s，TR=0.02，KQ=20，TQ=0.3s，經(jīng)過一系列演算之后，得出結(jié)論勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定情況隨著KQ，TR和 TQ的改變而改變。

三、案例控制分析

某企業(yè)電網(wǎng)于某日發(fā)生故障，后查明：造成電網(wǎng)自備機組振蕩解列的原因是由于勵磁控制方式選擇不當所致。該企業(yè)此前一直采用的是恒無功勵磁控制方式，事故發(fā)生后，勵磁方式改由恒電壓控制方式后，解決了事故的再發(fā)，保證了工廠的正常運作。

經(jīng)過分析得到：勵磁方式采用恒無功的狀態(tài)下，出現(xiàn)了系統(tǒng)震蕩現(xiàn)象，通過結(jié)果對比，震蕩現(xiàn)象是由于勵磁系統(tǒng)自身失穩(wěn)造成的，采用恒電壓控制方式后，無論是負荷沖擊故障還是三相短路故障，系統(tǒng)均可保持良好的穩(wěn)定性能，和更改勵磁模式后的震蕩現(xiàn)象相符合。

由此可以證明通過改變勵磁系統(tǒng)的控制參數(shù)，仍可達到其他勵磁方式的效果。

參考文獻：

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