勵磁系統對電力系統穩定性的影響①

摘 要:勵磁系統是同步發電機的重要配套裝置，其對于改善電力系統運行的安全性和穩定性，保證電源質量具有重要意義。

關鍵詞:勵磁系統電力系統穩定性

中圖分類號:TM74文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0125-01

1 電力系統的穩定性分析

對電力系統進行安全分析是分析電力系統在運行中出現事故時能否繼續保持正常運行狀態。其首要功能是確定電力系統在當前的運行狀態的安全性。當電力系統遭受短路等故障的劇烈干擾后，其暫態穩定性就有可能遭受破壞。在這種狀況下，如果把失步的發電機斷開，那么整個電力系統的功率就會因此而減小，這樣，為了保障電力系統的正常運行，就需要采用限制負荷的措施。

對同步發電機產生直接影響的3個主要控制系統是:鍋爐控制、調速器和勵磁機，如圖1所示。

假定發電單元是無損耗的。以這個假定為前提，所有從蒸汽中獲得的功率必須以電功率的形式從發電機的端點送出。這樣，圖中所示的單元實際是能量轉換裝置，即蒸汽的熱能轉化為汽輪機的機械能，再有汽輪機的機械能轉變為發電機的電能。進入汽輪機的蒸汽功率量受調速器控制。因此，勵磁系統控制發電機的電動勢，不僅控制了輸出的電壓，同時也控制功率因數和電流值。

2 勵磁控制基本原理

同步發電機勵磁系統是由勵磁機、發電機、電壓調節器等部分組成，其結構如圖2所示。

在這個系統中，勵磁反饋控制是通過以下過程實現的:首先勵磁控制器檢測PT信號從而獲得發電機的機端電壓UF，然后將UF與參考電壓UC相比較得電壓差(UC-UF)，經綜合放大環節后得控制電壓UK。控制電壓UK與電壓差有如下關系式:UF=K(UC-UF)。如果由于各種干擾因素使得發電機的機端電壓UF上升，哪怕其值很小，電壓差也將會減少，經過綜合放大環節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，于是勵磁機的勵磁電流以及發電機的轉子電壓都會隨之下降，這樣，發電機的機端電壓UF也隨之下降，這樣發電機的機端電壓上升的擾動就被抵消了。

3 勵磁系統對電力系統穩定性的影響

3.1 勵磁系統對電力系統靜態穩定性的影響

靜態穩定是指電力系統在正常運行狀態下，經受微小擾動后回復到原來運行狀態的能力。當系統發生擾動時，發電機端電壓就會下降，這樣，定子電流也相應增加，于是，勵磁電流也會隨之增加。在這種情況下，如果接入勵磁調節器，當發電機電壓下降，勵磁調節器將使勵磁電流增加，其增加量和速度決定與勵磁系統增益和時間常數。如果勵磁電流增加分量與的衰減分量相抵消，則系統可以達到一個新的靜穩定極限。

3.2 勵磁調節對電力系統動態穩定性的影響

在發電機運行過程中經常會出現這種情況，當故障消除后，功率的波動并非向收斂方向，而是趨于發散或由于非線性因素的限制進行自持等幅振蕩。這種在幾秒至十幾秒范圍內的穩定性，就是所謂的動態穩定性。通常，這種振蕩是由于快速勵磁系統產生的負阻尼所引起，因此，提高動態穩定方法之一是加大勵磁系統所產生的正阻尼轉矩，即在勵磁調節器中引入附加信號，測出發電機的轉速或電功率的變化并對它進行相位補償以提高制動效果。

3.3 勵磁調節對電力系統暫態穩定的影響

電力系統暫態穩定指的是電力系統在遭受短路、發電機被切除等大的擾動后過渡或恢復到新的穩定狀態的能力。提高電力系統暫態穩定，就是要提高從故障開始直至故障結束時發電機的電磁力矩，或減小原動機的機械力矩。增大勵磁電流是增加電磁力矩的有效措施。由于不同的系統結構及故障性質以及發電機勵磁系統時間常數等因素，發電機恢復的速度也不盡相同。因此，勵磁系統的時間常數要縮小，同時要提高強行勵磁的倍數。

4 勵磁控制的策略

根據對電力系統再同步物理過程的分析，再同步控制策略通常要分三個階段進行:發電機失步后，要使其滑差過零，即拉入再同步;滑差過零后，要防止負滑差的異步振蕩，即滑過同步;進入同步振蕩后，要防止阻尼不足引起的振蕩發散或超過故障后系統的靜穩極限而重新失步，即再同步失敗。當失步發電機滑差過零進入同步振蕩之后，倘若仍然采用極值控制方法就有可能導致再同步失敗，為此，應盡量增大對同步振蕩的阻尼。因此，這一階段可采用最優勵磁控制、PSS、自適應勵磁控制等策略，這些策略都能夠引入正阻尼力矩，從而使得控制效果達到比較好的標準。

由于各種控制設施在性能性質上有所不同，因此，它們在再同步附加斷續控制中的規律也有所不同。就再同步附加斷續勵磁控制來說，當失步發生被檢測出來后，要使勵磁電壓達到正頂值，以增大電功率使之盡快拉入再同步;滑差過零后，使勵磁電壓達負頂值，減小電功率，防止滑過同步;發電機再次加速，施加正比于加速度的勵磁控制信號，增加阻尼力矩以防止再同步失敗;當發電機再次減速，切除再同步附加斷續勵磁控制，僅由常規AVR工作。就再同步快關汽門來說，檢測到失步后，首先要迅速關閉汽門，其次，檢測到滑差過零時，較快地開啟汽門，再次，當發電機再次加速，要將正比于加速度的控制信號作用于調速器輸入端，最后，當發電機再次減速，退出附加控制，僅由調速器工作。

參考文獻

[1]韓禎祥.電力系統穩定[M].北京:中國電力出版社，1995.

[2]袁季修.電力系統安全穩定控制[M].北京:中國電力出版社，1996.

[3]黎平.勵磁控制系統設計指導[Z].東北電力學院.