水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用分析

貴州北源電力股份有限公司正安牛都分公司 貴州 遵義 563402

前言

近年來(lái),我國(guó)社會(huì)電力能源供給達(dá)到全新高度,大量水力發(fā)電站投入使用,極大豐富了能源的供應(yīng)渠道。為實(shí)現(xiàn)技術(shù)能力提升及保障發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用,其關(guān)鍵職能便是向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流,以保障發(fā)電機(jī)組高效運(yùn)行,因而其運(yùn)行質(zhì)量也決定著水電站的效率。因此在實(shí)踐應(yīng)用中,必須要充分認(rèn)清勵(lì)磁系統(tǒng)的本質(zhì),以幫助其在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更佳效能,為水電站發(fā)電機(jī)運(yùn)行提供優(yōu)質(zhì)保障。

1 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理

勵(lì)磁系統(tǒng)屬于水電站發(fā)電機(jī)運(yùn)行不可或缺的部分,也是極其重要的配套設(shè)備之一,在水力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)著關(guān)鍵地位。勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功能在于調(diào)節(jié)與控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,以確保發(fā)電機(jī)能夠長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行。通常而言,勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁功率單元、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁滅磁部分構(gòu)成。在實(shí)際的運(yùn)行場(chǎng)景中,勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用主旨是將直流電流供向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,為勵(lì)磁繞組提供磁場(chǎng),同時(shí)根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)各種工況進(jìn)行監(jiān)測(cè),并根據(jù)需求對(duì)轉(zhuǎn)子電壓或電流實(shí)施調(diào)節(jié),以保證發(fā)電機(jī)始終處于合理閾值。

同時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)各個(gè)單元的配合,對(duì)發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行給定,以穩(wěn)定發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓,并對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行功率分配,實(shí)現(xiàn)無(wú)功率地自動(dòng)合理分配,提升發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率,并提升繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置靈敏性。另外,勵(lì)磁系統(tǒng)還能夠作用于電網(wǎng)之中,起到電網(wǎng)阻尼及抑制小頻率波動(dòng)的效果。勵(lì)磁系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

2 水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制與應(yīng)用

2.1 電動(dòng)負(fù)載中的勵(lì)磁控制 水力發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中,由于受各種不利因素的影響,其工況也會(huì)出現(xiàn)顯著的變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于電動(dòng)負(fù)載狀態(tài)時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)則可以利用多種方式實(shí)施控制,從而消除不同因素所形成的影響?？刂频姆绞桨ㄈ缦聨最悾?1)恒機(jī)端電壓。該勵(lì)磁控制方式主要以無(wú)功情況為依據(jù),借助對(duì)勵(lì)磁電流的自動(dòng)化規(guī)整與控制,通過(guò)這種方式以保障電壓的穩(wěn)定性,保證發(fā)電機(jī)組配合的效率。由于電網(wǎng)無(wú)功的需求通常較高,并且發(fā)電機(jī)組在選擇背靠背啟動(dòng)時(shí),需要依據(jù)指定方式進(jìn)行,因此應(yīng)在機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí),再運(yùn)用相應(yīng)的方式實(shí)施切換,最終達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。(2)恒無(wú)功調(diào)節(jié)。隨著發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率的增加,勵(lì)磁電流也會(huì)隨之增大,恒無(wú)功調(diào)節(jié)方式主要是針對(duì)同步電機(jī)運(yùn)行負(fù)載的增加,對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié),從而保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性。(3)恒勵(lì)磁電流。對(duì)于發(fā)電機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)而言,同步電機(jī)負(fù)載波動(dòng)通常較小,一般情況下不會(huì)對(duì)電機(jī)運(yùn)行帶來(lái)影響,因此在實(shí)施勵(lì)磁控制時(shí),應(yīng)合理采用恒勵(lì)磁電流完成,以避免因其控制干預(yù)帶來(lái)部分輔助功能喪失的風(fēng)險(xiǎn)。(4)恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)方式應(yīng)用特點(diǎn),主要是利用勵(lì)磁系統(tǒng)電流的控制,由負(fù)載及電壓變動(dòng)所決定,以確保發(fā)電機(jī)始終處于功率因數(shù)中的恒值,從而使其在實(shí)際運(yùn)行中保持一定的經(jīng)濟(jì)性,達(dá)到節(jié)能的控制效果,多應(yīng)用于系統(tǒng)低谷負(fù)載情況。

2.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 水電站發(fā)電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中,其做功具有一定的對(duì)稱性特點(diǎn),因此需要在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)穩(wěn)定器應(yīng)用,特別是要充分考慮工況變化因素,即發(fā)電工況與電動(dòng)工況等特點(diǎn)。勵(lì)磁系統(tǒng)的作用在于,根據(jù)不同的運(yùn)行工況,使電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出相位相差180°。

2.3 四象限無(wú)功限制 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由兩個(gè)調(diào)節(jié)范圍所構(gòu)成,即低勵(lì)限制器和過(guò)勵(lì)限制器。對(duì)于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行而言,在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能發(fā)揮上,應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)模式及電機(jī)模式實(shí)施統(tǒng)籌分析,特別是對(duì)機(jī)組運(yùn)行模式的判斷上應(yīng)全面。當(dāng)機(jī)組的運(yùn)行功率大于“0”時(shí),即代表其正處于發(fā)電狀態(tài),反之則表示其處于電動(dòng)狀態(tài)。另外,還要加強(qiáng)對(duì)滯相和進(jìn)相的判斷,同時(shí)在實(shí)際輸出無(wú)功的基礎(chǔ)上,要對(duì)給定參考進(jìn)行比較,對(duì)過(guò)勵(lì)限制還是欠勵(lì)限制加以明確。

2.4 設(shè)置PID 如今,隨著技術(shù)的升級(jí)與革新,靜態(tài)變頻器對(duì)啟動(dòng)同步電機(jī),得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用,并取得了顯著的效果。靜態(tài)變頻器的應(yīng)用特點(diǎn)是,機(jī)端電壓的變化源于勵(lì)磁電流的具體控制,因此在控制階段要保證勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元,能夠在給定值的參照基礎(chǔ)上快速響應(yīng),提升控制的精度與反應(yīng)效率,避免出現(xiàn)較大的控制誤差而導(dǎo)致變頻啟動(dòng)失敗。為此,可設(shè)置比例微積分控制環(huán)節(jié),以便于靜態(tài)變頻器啟動(dòng)的控制,當(dāng)電機(jī)電壓穩(wěn)定并達(dá)到90%額定值時(shí),勵(lì)磁控制則進(jìn)入主環(huán)PID模型,以此來(lái)防止頻繁啟動(dòng)機(jī)組所帶來(lái)的影響,提升運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用,不僅有效提升了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性,更能夠產(chǎn)生一系列的促進(jìn)效應(yīng),大幅提升水電站的電力保障能力,協(xié)調(diào)整體發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行。同時(shí),隨著未來(lái)電力能源需求的增加,勵(lì)磁系統(tǒng)必將發(fā)揮更大作用,通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)與升級(jí),持續(xù)提供豐富的功能選擇,為水電站發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性提供支撐。