勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

1、勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響作者：戎文杰來(lái)源：科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2011年第13期戎文杰(山西省陽(yáng)光發(fā)電有限責(zé)任公司 山西045200)摘要：勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要配套裝置，其對(duì)于改善電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定 性，保證電源質(zhì)量具有重要意義。關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性中圖分類號(hào)：TM74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2011)05(a)-0000-001電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行安全分析是分析電力系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)事故時(shí)能否繼續(xù)保持正常運(yùn)行狀態(tài)。 其首要功能是確定電力系統(tǒng)在當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)的安全性。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受短路等故障的劇烈干 擾后，其暫態(tài)穩(wěn)定性就有可能遭受破壞。在這

2、種狀況下，如果把失步的發(fā)電機(jī)斷開，那么整個(gè)電 力系統(tǒng)的功率就會(huì)因此而減小，這樣，為了保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就需要采用限制負(fù)荷的 措施。對(duì)同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生直接影響的3個(gè)主要控制系統(tǒng)是:鍋爐控制、調(diào)速器和勵(lì)磁機(jī)，如下圖所 示：帳titIIMHe幡做！I電好妹辯毓假定發(fā)電單元是無(wú)損耗的。以這個(gè)假定為前提，所有從蒸汽中獲得的功率必須以電功率的 形式從發(fā)電機(jī)的端點(diǎn)送出。這樣，圖中所示的單元實(shí)際是能量轉(zhuǎn)換裝置，即蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為 汽輪機(jī)的機(jī)械能，再有汽輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)的電能。進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽功率量受調(diào)速 器控制。因此，勵(lì)磁系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，不僅控制了輸出的電壓，同時(shí)也控制功率因數(shù)和 電流值。

3、2勵(lì)磁控制基本原理同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是由勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器等部分組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：在這個(gè)系統(tǒng)中，勵(lì)磁反饋控制是通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)的：首先勵(lì)磁控制器檢測(cè)PT信號(hào)從而獲 得發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓UF,然后將UF與參考電壓UC相比較得電壓差(UC- UF),經(jīng)綜合放大環(huán)節(jié) 后得控制電壓UK?？刂齐妷篣K與電壓差有如下關(guān)系式:UF= K( UC- UF)。如果由于各種干擾因 素使得發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓UF上升，哪怕其值很小，電壓差也將會(huì)減少，經(jīng)過(guò)綜合放大環(huán)節(jié)后就 能得到的控制電壓UK也將減少，從而使得占空比減少，這樣IGBT射極輸出電流隨之減少，于 是勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓都會(huì)隨之下降

4、，這樣，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓UF也隨之 下降，這樣發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓上升的擾動(dòng)就被抵消了。3勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響3.1勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的影響靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，經(jīng)受微小擾動(dòng)后回復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的能力。當(dāng) 系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓就會(huì)下降，這樣，定子電流也相應(yīng)增加，于是，勵(lì)磁電流也會(huì) 隨之增加。在這種情況下，如果接入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓下降，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將使勵(lì)磁電流 增加，其增加量和速度決定與勵(lì)磁系統(tǒng)增益和時(shí)間常數(shù)。如果勵(lì)磁電流增加分量與的衰減分量 相抵消，則系統(tǒng)可以達(dá)到一個(gè)新的靜穩(wěn)定極限。3.2勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出

5、現(xiàn)這種情況，當(dāng)故障消除后，功率的波動(dòng)并非向收斂方向， 而是趨于發(fā)散或由于非線性因素的限制進(jìn)行自持等幅振蕩。這種在幾秒至十幾秒范圍內(nèi)的穩(wěn)定 性，就是所謂的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。通常，這種振蕩是由于快速勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)阻尼所引起，因此， 提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定方法之一是加大勵(lì)磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的正阻尼轉(zhuǎn)矩，即在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中引入附加信號(hào)， 測(cè)出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或電功率的變化并對(duì)它進(jìn)行相位補(bǔ)償以提高制動(dòng)效果。3.3勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)在遭受短路、發(fā)電機(jī)被切除等大的擾動(dòng)后過(guò)渡或恢復(fù)到 新的穩(wěn)定狀態(tài)的能力。提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，就是要提高從故障開始直至故障結(jié)束時(shí)發(fā)電機(jī)的 電磁力矩，或減小原動(dòng)機(jī)

6、的機(jī)械力矩。增大勵(lì)磁電流是增加電磁力矩的有效措施。由于不同的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)及故障性質(zhì)以及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)等因素，發(fā)電機(jī)恢復(fù)的速度也不盡相同。因此， 勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)要縮小，同時(shí)要提高強(qiáng)行勵(lì)磁的倍數(shù)。4勵(lì)磁控制的策略根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)再同步物理過(guò)程的分析，再同步控制策略通常要分三個(gè)階段進(jìn)行：發(fā)電機(jī) 失步后，要使其滑差過(guò)零，即拉入再同步；滑差過(guò)零后，要防止負(fù)滑差的異步振蕩，即滑過(guò)同步;進(jìn)入同步振蕩后，要防止阻尼不足引起的振蕩發(fā)散或超過(guò)故障后系統(tǒng)的靜穩(wěn)極限而重新失步，即 再同步失敗。當(dāng)失步發(fā)電機(jī)滑差過(guò)零進(jìn)入同步振蕩之后，倘若仍然采用極值控制方法就有可能 導(dǎo)致再同步失敗，為此，應(yīng)盡量增大對(duì)同步振蕩的阻尼。因此，這一階段可采用最優(yōu)勵(lì)磁控制、 PSS、自適應(yīng)勵(lì)磁控制等策略，這些策略都能夠引入正阻尼力矩，從而使得控制效果達(dá)到比較好 的標(biāo)準(zhǔn)。由于各種控制設(shè)施在性能性質(zhì)上有所不同，因此，它們?cè)谠偻礁郊訑嗬m(xù)控制中的規(guī)律也 有所不同。就再同步附加斷續(xù)勵(lì)磁控制來(lái)說(shuō)，當(dāng)失步發(fā)生被檢測(cè)出來(lái)后，要使勵(lì)磁電壓達(dá)到正 頂值，以增大電功率使之盡快拉入再同步；滑差過(guò)零后，使勵(lì)磁電壓達(dá)負(fù)頂值，減小電功率， 防止滑過(guò)同步；發(fā)電機(jī)再次加速，施加正比于加速度的勵(lì)磁控制信號(hào)，增加阻尼力矩以防止再 同步失敗；當(dāng)發(fā)電機(jī)再次減速，切除再同步附加斷續(xù)勵(lì)磁控制，僅由常規(guī)AVR工作。就再同步