同步發(fā)電機勵磁對穩(wěn)定性影響的研究

解植瑩

摘 要：同步發(fā)電機屬于一種交流類型的發(fā)電機，常常被用于火力發(fā)電以及柴油機發(fā)電等發(fā)電活動之中，一般同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)類型屬于直流勵磁，如果單機進行獨立運行，可以借助調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)通過的電流，來對同步發(fā)電機之中的標準電壓進行調(diào)節(jié)，而且這種調(diào)節(jié)的操作方式較為簡便，如果將運行的電網(wǎng)也加入其中，電壓也會受到來自于電網(wǎng)的影響，因此會出現(xiàn)難以維持發(fā)電機穩(wěn)定運行的問題，本文根據(jù)對同步發(fā)電機以及其內(nèi)部的勵磁系統(tǒng)的了解，對其穩(wěn)定性情況進行研究。

關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機；勵磁系統(tǒng)；穩(wěn)定性影響；研究

同步發(fā)電機屬于一種重要的發(fā)電機種類，其具有的外特性主要是借助內(nèi)電勢保持不變的條件下實現(xiàn)的，當其具有負載電流出現(xiàn)變化情況時，可以對同步發(fā)電機具有的縱軸情況進行測試，其中勵磁系統(tǒng)可以充分地將調(diào)節(jié)作用有效地進行發(fā)揮，外特性的正負情況并不穩(wěn)定，勵磁系統(tǒng)可以在15%的條件下進行調(diào)節(jié)，由于電網(wǎng)對于勵磁系統(tǒng)的關(guān)鍵影響，導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)失去了對于電壓的確定權(quán)，但是勵磁系統(tǒng)還可以對發(fā)電機具有的無功功率以及功率因數(shù)進行控制，本文對影響勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性因素進行分析。

1 同步發(fā)電機的內(nèi)置勵磁系統(tǒng)基本情況分析

想要對勵磁系統(tǒng)保持穩(wěn)定的方式進行了解之前，首先需要先對同步發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)的概況有所了解。

在電力工業(yè)獲取大幅度的進步的條件下，電力系統(tǒng)獲得了更多擴展規(guī)模的機會，在龐大的規(guī)模的運行前提下，想要使電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)的難度被提升，同步發(fā)電機在各種發(fā)電行業(yè)之中運行頻率比較高，而影響其運行情況的主要是內(nèi)置性的勵磁系統(tǒng)，只有將勵磁系統(tǒng)進行精準控制，才能更好地對發(fā)電機的整體運行狀態(tài)進行有效調(diào)整，而且這種系統(tǒng)性的調(diào)整方式還能節(jié)省調(diào)整成本。隨著對于勵磁系統(tǒng)的研究與開發(fā)力度不斷提升，其原有的比例控制方式已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉答伿降目刂品绞剑饕淖兓褪强奢斎氲淖兞康臄?shù)量有了增加，雖然勵磁系統(tǒng)已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了對于非線性的元素的把控，但是有幾方面的阻礙其進一步發(fā)展問題還在等待解決，包括系統(tǒng)的有效性以及快速性問題，實現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)的簡潔性問題。

在這種發(fā)展條件之下，勵磁系統(tǒng)的工作參數(shù)的設(shè)定工作就顯得極其重要，主要是在提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性的同時還需要對發(fā)電機的各種操作進行適應(yīng)，包括接網(wǎng)方式，減少結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化對勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，提升勵磁系統(tǒng)應(yīng)當具有穩(wěn)定水平。

2 常規(guī)模型與穩(wěn)定性分析

在對勵磁系統(tǒng)的發(fā)展情況以及幾種基本問題有所了解之后，需要對與其穩(wěn)定性存在關(guān)聯(lián)的元素進行了解，一般電力企業(yè)會給其常用的發(fā)電機安裝系統(tǒng)穩(wěn)定設(shè)備，并且對穩(wěn)定設(shè)定方案進行確定，主要需要對系統(tǒng)之中存在的阻尼元素進行控制，防止低頻震蕩情況頻繁發(fā)生，勵磁系統(tǒng)的管理人員可以根據(jù)同步發(fā)電機的基本情況來設(shè)定仿真模型，借助合理的分析工具展開分析的工作，對各種會出現(xiàn)的不穩(wěn)定情況進行仿真模擬。

為了分析電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，并進行有效地控制，必須首先研究電力系統(tǒng)電氣元件的數(shù)學(xué)模型，它們包括：同步發(fā)電機模型、勵磁系統(tǒng)模型等。同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型是進行同步電機及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，包括描述電磁特性的電壓方程和磁鏈方程，及表明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律的轉(zhuǎn)子運動方程。

勵磁是發(fā)電機的重要組成部分，也是整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個系統(tǒng)的運行特性。在電力系統(tǒng)正常運行情況下，控制發(fā)電機的勵磁能夠起到減小電壓波動、平衡無功功率分配的作用；在系統(tǒng)發(fā)生事故時，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流可以提高系統(tǒng)抗干擾能力，維持系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。勵磁的主要任務(wù)是根據(jù)發(fā)電機運行狀態(tài)，向發(fā)電機的勵磁繞組提供一個可調(diào)的直流電流，以滿足發(fā)電機各種運行方式下的不同需要。

勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用：在電力系統(tǒng)中，勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有以下作用：（a）控制機端電壓；（b）控制無功功率的分配；（c）提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性；（d）提高繼電保護動作的靈敏性；（e）快速滅磁。

勵磁控制對穩(wěn)定的影響：

靜態(tài)穩(wěn)定：勵磁系統(tǒng)的放大倍數(shù)Kou與勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)Te以及轉(zhuǎn)子功角δ間有如下關(guān)系：在同一轉(zhuǎn)子功角條件下，隨時間常數(shù)Te的增加，為保證發(fā)電機穩(wěn)定運行所允許的電壓放大系數(shù)是增加的；在同一時間常數(shù)Te條件下，隨轉(zhuǎn)子功角δ的增加所允許的電壓放大倍數(shù)是減少的，由此引起功率振蕩的情況。

暫態(tài)穩(wěn)定：暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來運行方式的能力。勵磁系統(tǒng)如果要對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定產(chǎn)生明顯作用，必須具備兩個條件：一是具有快速響應(yīng)特性，二是具有高強勵倍數(shù)，這是因為當電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，由于控制輸入機械功率的常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)的動作太慢，主要靠快速繼電保護切除故障，而故障切除以后，快速勵磁和強行勵磁可以增大發(fā)電機電勢，因而增大輸出的電磁功率，增大了制動面積，防止發(fā)電機搖擺角過度增大，以利于暫態(tài)穩(wěn)定性的提高。

3 保持勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方式分析

想要實現(xiàn)同步發(fā)電機在勵磁系統(tǒng)的指導(dǎo)之下平穩(wěn)運行，需要對其能夠控制的電壓進行控制，主要的控制對象是電壓的接班水平，無論電壓的數(shù)值過高還是過低，都會使勵磁系統(tǒng)難以維持穩(wěn)定運行，甚至?xí)?dǎo)致定子繞組的基本溫度提升，如果額定電壓的水平低于實際的電壓水平，會導(dǎo)致定子鐵芯同樣出現(xiàn)溫度提升的情況，另外這種溫度提升主要是通過瞬時提升實現(xiàn)的，嚴重地降低定子繞組組件具有的絕緣性，可以借助改變電流的方式實現(xiàn)控制目的，還可以借助勵磁系統(tǒng)控制無功功率的客觀優(yōu)勢進行調(diào)節(jié)。

同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對無功功率分配的合理控制。在同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)的運行過程當中，配備有形成發(fā)電機外特性的運行環(huán)節(jié)，即調(diào)差環(huán)節(jié)。通過對調(diào)差環(huán)節(jié)的合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)電機設(shè)備外部性能的有效改善，從而確保在并聯(lián)或者是在串聯(lián)狀態(tài)下，同步發(fā)電機組外特性的一致性，確保發(fā)電機組相互間無功負荷分配的合理性與穩(wěn)定性。

結(jié)束語

本文首先并對同步發(fā)電這種特殊的發(fā)電機內(nèi)部具有的勵磁系統(tǒng)的基本運行情況進行了分析，一般勵磁系統(tǒng)具有非線性、高階以及變量系統(tǒng)較多的特點，這些特點都會對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，另外發(fā)電機本身就具有較為復(fù)雜的運動特性，與之相關(guān)的電網(wǎng)的模型具有的穩(wěn)定性相對較差，難以準確地進行描述，本文對這種勵磁系統(tǒng)進行了仿真性地分析，根據(jù)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)正阻尼能夠?qū)ω撟枘崞鸬捷^好的克服作用，可以對系統(tǒng)給出規(guī)模較小的投資，以從系統(tǒng)中獲得更多的經(jīng)濟收益。

參考文獻

[1]楊梅，李志軍，劉艷萍，李少輝，范曉東.基于Matlab電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定[J].電力自動化設(shè)備，2004（05）.

[2]吳濤，蘇為民，劉永奇，張智剛.華北電網(wǎng)開展發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)辨識工作綜述[J].華北電力技術(shù)，2003（09）.

[3]張小勇，谷俊杰.基于不同性能指標的勵磁控制系統(tǒng)的分析與比較[J].河北電力技術(shù)，2003（02）.

[4]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].中國電力出版社.endprint