励磁系统对电厂发电电能质量的影响与分析

董小亮

摘 要：同步发电机的励磁控制系统在电力系统运行中起着至关重要的作用。同时，其在小型同步发电机励磁系统中的作用也不可小觑，既影响了发电机运行稳定性，又直接决定着电网电能质量。因此，发电厂长期的核心任务自然就是维持发电机励磁机的稳定运行，其中，判断和研究发电机励磁机的运行至关重要。

关键词：励磁系统；电能质量；影响

中图分类号： TM77 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）03-195-2

1 励磁系统的概述

1.1 励磁系统的定义

励磁系统（excitation system）是同步发电机中的重要元件，它不仅能为同步发电机提供电机磁场电流也能供给同步发电机励磁电源。它既包括调节与控制元件，又包括磁场放电装置、保护装置等。通常来说，功率输出及其相关的控制元件组成了电力工程中所使用的励磁系统。使人们在运行电力系统时能够更好地保护并控制发电设施，使之不受外界因素的干扰，从而避免出现使用故障问题。励磁系统目前在电力工程建设中处于重要的位置，并且已在实际工作中得到广泛应用，可以提高电力系统的动、静态稳定性。

1.2 励磁系统的工作原理

电力半导体材料组成了励磁系统中的励磁结构。这种材料使得励磁系统在实际运行的过程中能够保证其对发电机系统电能的转换质量。同时，转换形式呈现了较高的丰富性，例如，它可以将电路中的直流电转化成交流电，这样就使改变整个电力系统的工作状态可能性变大，进而达到提高工作性能的目的。另外，交流电和直流电的转换是双向的，发电机需要优化工作性能时，就要整体调整电力设备系统的状态，以便使其达到最好的工作状态。还要在减磁处理的同时储存发电机转子磁场的能量，以使其能够保证发电机的正常工作。

1.3 励磁机

同步电机电源系统是励磁机，而该电源系统能够提供磁场电流，也就是说，励磁机即是生活中所用的直流发电机。一般来说，励磁机在运作时，主要采用自励和它励两种励磁方式。自励励磁主要采用磁极中存在的剩磁产生励磁电流，从而更加有效地控制并管理发电机。电厂发电机的励磁控制方式大都采用自励励磁的方式，该方式能够使励磁系统工作性能的优化功能进一步强化，从而保障发电机的稳定性，并提高电能的质量。

1.4 电能质量组成部分

电能质量（Power Quality）是指进行高质量供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量四个部分。

2 励磁系统的作用

2.1 励磁系统的主要作用

①励磁系统能够随着发电机负荷的改变来调控励磁电流，从而使机端电压的稳定性得以保证；②控制无功功率的完成并控制运行的各发电机之间的分配；③在并列运行过程中提高发电机的动、静态稳定性；④能在发电机内部发生故障时，及时采取灭磁的方式对电机实施保护，达到降低故障损失的目的。

2.2 同步发电机励磁系统的作用

目前发电机励磁系统由以下几个方面组成。

①电力系统稳定性包括机电、电压和频率等多个方面。其中，机电稳定又具体包括动态、静态和暂態稳定三种。而励磁控制系统对静态、动态和暂态稳定的调节起到至关重要的作用。同时，该控制系统在改善电力系统稳定性方面是最为简单有效的方式。②性能良好的励磁控制系统能够在短路故障期间以及后来的一段时间内维持电力系统的电压。故障发生时，所需要做的就是加速电压的恢复，而同步发电机励磁系统改善了励磁系统中电动机的运行条件，从而使电力设备正常地运行。

3 励磁机与同步发电机电能质量相关关系

①励磁机输出电压不稳定促使发电机无功摆动，进而影响发动机电能质量；②发电机间无功分配是由系统电压的变化引起的，具体表现为：系统电压微小变化的发生，将引起发电机的无功发生很大的变化，进而使发电机励磁参数也发生相应的化变；③励磁系统中励磁机以及二次回路的短缺将会使发电机的输出电压发生波动，从而降低发电机电能质量。

4 控制励磁系统提高电能质量的方法

①添加磁极垫片。导入良性导磁材料在磁极的极靴下，从而缩小励磁磁场之间的缝隙，达到保证励磁机所输出电压稳定性的目的。②调节励磁回路磁场中的电阻并在两端并联一个大小适合的阻性负载电阻。合适的阻性电阻的种类很多，如可以使用白炽灯泡来当作阻性负载，考虑到白炽灯在发热后会发生非线性的变化，这样就在场阻线与励磁特性之间产生一个很大的交角，从而得到一个明显的且与空载特性曲线相交的点，恰巧就是这个交点使励磁机在较低电压时工作点的稳定性得以保证。③采用发电机自动励磁调节装置。该装置调节方式具有丰富性，如恒无功、恒功率参数等，这些调节方式帮助改善系统的稳定性以及暂态反应能力并且也增加了解决发电机的电能质量问题的可能性。但是，要达到满足用户对于电能质量的要求，应保持发电机的端电压不变的方式，并随着无功电流的变化来调节发电机的励磁电流。励磁电流可以提高发电厂电能生产的质量，因而其在发电机运转的过程中的使用具有重要作用。一般情况下，励磁电流通常会采用改进的励磁机的方式，而非直接流入到发电机组中，这有效地控制管理了励磁回路，进而使整个电力发电机组的工作性能得以保证。因此，在对整个励磁系统进行控制管理时，应对电源调节和动态结构稳定性等控制问题加以注意，从而以此来保证发电机的电能质量。现在随着科学技术的快速发展，先进的技术也在励磁系统中开始应用，来优化处理励磁系统，来保证工作状态的静态平衡。

5 控制励磁系统提高电能质量的途径

5.1 自动调节励磁电流的途径

通常情况下，在改变处理发电机励磁电流时，并不是在转子回路上进行直接处理。其主要原因是，回路环节中所表现出来的相关励磁状况的变化比较大，从而促使这些调节没有办法法得以有效实施。一般采取的措施是调节并改善励磁机运行过程中的励磁电流，进而促使发电机正常运行过程中的相关转子电流的实现。另一个常采取的措施是对回路中出现的电阻进行直接检查，确保回路电阻出现在发电机运作过程中，进而保证励磁机内部的相关励磁电流可以有效地来进行改变，从而将其变为附加励磁，尤其是可控硅导通角等。且在这个环节中，对可控硅导通角的转变是其中最为核心的一个措施。在执行该措施的实际过程中，同时包括电压、功率、电容等多方面的变化，可以看出对转换可控制硅整流器涉及的导通角进行转变将导致发电机的励磁电流也发生转变。

5.2 增加附加励磁控制通道的方法

在励磁控制系统中，增加其他控制信号是处理电压调节精确度和动态稳定性之间矛盾的比较有效措施。另外，控制信号不会对电压调节通道的电压调节功能和维持发电机端电压水平的能力产生阻碍作用，因此也不会改变其控制的重要地位。所以，这种控制方式又被称为附加励磁控制。

6 结语

人们将励磁系统应用到该运行过程中，并对其电能质量进行了有效的控制管理，从而使其不仅有利于发电机组的良好调节，并使其稳定性得以保证，同时还对发电机发电的电能质量的提高起到作用，使人们日常生活以及经济社会生产等相关的诸多要求在系统的应用中得以满足。与此同时，将新的科技应用于发电机发电的运行过程中，不仅实现了优化处理励磁系统的目的，同时也使我国电力行业得以快速发展。

参 考 文 献

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