水电厂发电机励磁系统控制研究

汪全

摘 要：随着市场经济的发展，工业生产也日益增长，对电力的需求也急剧增加。各类电厂都需要对原有的系统进行改进，随着工业企业和其他企业各种现代技术的发展，许多电厂在高电耗的影响下自建电厂，符合对核电站生产系统的理解。

关键词：水电厂;励磁系统;控制策略

1、前言

公共电力系统虽然受到能源成本高企的推动，但仍难以满足社会上一些工业企业的基本用电需求，以防止因供电系统不完善造成的用电受阻，很多工业企业都是在国内消费专用先进技术的基础上建设自己的电厂，特别是对于矿山企业等大型工业企业的电厂，能够满足基本用电需求，其励磁系统存在一些不稳定的问题。本文从对励磁系统和单片机操作的认识出发，分析了提高励磁系统稳定性的控制方法。

2、独立电站励磁系统分析

独立发电厂是大型工业企业使用的设备。主要用于满足大的用电需求，只有已经营业的企业才能用电，其他居民不能用电。如果电力逐步达到峰值，电厂还将全面向居民介绍社会服务，为居民提供有效营养。自治电站的供电系统也很复杂，需要满足各种用电需求，其中最重要的作用是恒无功控制系统是一种常用的控制方法，它主要应用于小型工业企业，那么，为了满足控制要求，选择恒端电压控制系统。企业在选择和应用基本控制模式时，必须考虑项目的发展状况和活动范围。

3、励磁系统功能

发电机是电力系统中最重要的部件之一，励磁控制系统是同步发电机有效控制的重要组成部分，其主要任务是为同步发电机提供可调电流的直流励磁或绕组中的电压，以控制发电机端部的恒压，能满足正常发电的需要，合理分配机组间的非工作功率。系统励磁控制的主要功能包括以下几个方面。

3.1在正常情况下，励磁电流是根据电力系统的负荷和给定的规律来调节的，在这种情况下，当电力系统由于短路或其他原因而严重减小时，发电机的强励降低了电压降幅度：在发电机负荷突然下降的情况下，加强对发电机的励磁，为了降低电压降，发电机被迫退磁，以限制发电机上电压的过度上升。

3.2当两台或多台发电机在同一母线上并联运行时，总无功功率在发电机之间分配。对于许多发生故障的调节发电机，机组间的无功功率会受到干扰，即当振荡器具有差动调节特性时，振荡器的输出无功功率与差动调节有关。

对于小调节单元，分布无功功率较大，对于大调节单元，分布功率较小。通过调节发电机的励磁电流，可以改变发电机的差动特性，即改变发电机的输出功率。

3.3同步发电机的稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件。静态稳定性，三种励磁方式的稳定性都是由一个良好的励磁控制系统来提高的。励磁控制系统可以使发电机的静态稳定性提高数倍，但在距离长、负荷大时容易产生负阻尼，从而改变系统的动态特性，为了消除二者之间的矛盾，采用了两种方法：一种是利用电力系统稳定器（PSS），向励磁调节系统输入一个或多个附加控制信号（如转速、频率、发电机功率变化率），计算某一频率的振荡，然后采用线性最优励磁控制或非线性励磁控制。

3.4当电气系统短路故障或其他原因导致发电机电压严重降低时，励磁控制装置强迫发电机励磁，为提高电力系统的动态稳定极限和继电保护装置的触发精度和灵敏度，输出电路励磁控制装置迅速灭磁，为此，国家标准和线性标准确定了一系列指标，如强激励极限等，最小励磁限值、反向时间励磁限值、磁通限等。

4、励磁技术发展趋势

近年来，许多科研机构和高校都在研究和开发各种控制方法的电机励磁机管理理论，越来越多的执行器被集成到现代控制理论中，取得了良好的效果，其发展趋势如下：

4.1随着硬件集成度的提高，微机励磁控制器的功能越来越强大，运行时间越来越短，但硬件结构越来越简单。目前，国外的CPU正在进行从多处理器到大功率的控制。

4.2励磁方式下，大中型机组基本为自励，系统响应快、动态性好、质量高，有利于远距离输电，提高机组和电网过渡状态的稳定性。随着世界各国大功率电子元器件的发展，磁开关取代了机械灭弧开关，开关采用电子开关。这是因为电子开关无机械接触、无火花、瞬时过电压，操作速度快、维护方便，克服了机械开关动作频繁、接触易燃、机械调整困难、失控后转子过电压危险的特点。

4.3励磁系统组成及功能

4.3.1励磁控制系统主要部件

发电机励磁控制系统是一种反馈控制系统，它由同步发电机和励磁控制系统组成。励磁控制器是励磁控制系統的主要组成部分。它的主要功能是检测发电机电压的变化，控制励磁功率模块。在励磁控制器改变设定的控制命令之前，励磁功率单元不改变励磁电压。一般的半导体励磁控制器主要由测量元件应力和对比度组成测量比较过程包括电压测量，比较电压测量包括测量变压器直流电压的开关电路和滤波电路，它与发电机端电压成正比，并与发电机额定电压对应的参考电压进行比较，同时，应测量发电机的其他参数，限制功率保护和限制程序的使用。

为了获得控制系统的静态和动态特性以及控制系统的稳定性，除了主器件的电压偏差信号外，集成放大器还起到组合测量增益和其他信号的作用，有时需要结合辅助设备接收请求信号和限制信号、补偿信号等信号。控制信号输入相移触发器后的累积增益。

5、影响励磁系统稳定性的主要因素

在熟悉常规励磁控制系统的基本功能的同时，还需要了解励磁系统的基本问题，它主要影响励磁系统的稳定运行。

参数分析表明，相关参数的增加将导致特征实根的增加，因此这些参数对发电机励磁系统在单片机上的稳定性影响很大，必须考虑控制系统的所有要求和运行参数，系统的机电过渡模式必须始终为负，软件分析和仿真能够适应电网的稳定。为了保证电厂的安全运行，必须根据实际情况采取有效措施应对这些因素。

5.1工作方式对励磁系统稳定性的影响

在运行方式的影响下，系统可能有实际的特征根，一旦发生扰动，系统可能不稳定，在优化励磁系统参数时，必须充分考虑运行中可能出现的最坏运行方式，只需设置实际励磁系统的参数，可以及时提高对给定参数的适应性。根据实际需要提供相应参数的选择范围，然后根据最坏运行模式建立相应的状态矩阵，并且分析参数合理，当系统没有真正的特征根时，可以采用合理的分析方法，它可以作为系统参数优化的依据，设置参数完全满足控制系统的运行特点，并能最大限度地减少对励磁系统的干扰，以保证企业独立发电厂的安全稳定运行。

5.2模拟

核电站发电机励磁系统的稳定性在实际应用中需要进行分析，因此在分析励磁控制方式时需要对这一现象进行类比再现。比较结果表明，模拟的振动不是机电振荡器，这种现象是由于励磁系统本身的不稳定性造成的。因此，在分析系统参数时，一方面要区分乳化模型和机电模型，另一方面，当单片机发电机组励磁系统采用直流电压模式时，振动保证了分析结果的准确性，符合电力系统在负荷冲击和三相短路故障影响下能够继续稳定运行的事实，认为电力系统实际运行中励磁控制方式改变后不存在运行故障。

6、结束语

介绍了工业企业独立发电厂专用励磁系统的基本情况。首先分析了励磁系统的主要工作方式主要是主控方式，因为主控方式对励磁系统的运行状态有很大的影响，最后分析了综合励磁系统各方面的有效控制方法。励磁系统的运行人员应使励磁系统适应环境，企业对电力的具体需求使独立发电厂也能提供更好的供电服务。

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