摘 要:同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是“提供電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場(chǎng)放電或滅磁裝置以及保護(hù)裝置”。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是包括控制對(duì)象的反饋控制系統(tǒng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有重要的影響。

關(guān)鍵詞:200MW發(fā)電機(jī)組 勵(lì)磁系統(tǒng) PSS裝置

中圖分類(lèi)號(hào):TM31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0093-01

1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的概念

發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔鼙仨毦邆淙齻€(gè)條件:

(1)磁場(chǎng)(轉(zhuǎn)子);

(2)導(dǎo)線(定子);

(3)使導(dǎo)線切割磁力線的動(dòng)力(水、汽輪機(jī))。

因此，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁就是用直流電源供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子使定子產(chǎn)生電勢(shì)。

E＝BLV

E—發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)

B—轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通密度

L—發(fā)電機(jī)定子導(dǎo)線長(zhǎng)度

V—發(fā)電機(jī)導(dǎo)線切割磁力線的速度

從上式中可見(jiàn)，當(dāng)V、L不變時(shí)，E隨B的改變(即轉(zhuǎn)子電流的改變)而改變，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流使發(fā)電機(jī)滿(mǎn)足電力系統(tǒng)各種工況的要求。

2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的作用

(1)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力

當(dāng)電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

當(dāng)電力系統(tǒng)受到小干擾或大干擾，導(dǎo)致同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化，使系統(tǒng)靜穩(wěn)定性或動(dòng)穩(wěn)定性亦或暫態(tài)穩(wěn)定性受到不利的影響，這時(shí)通過(guò)勵(lì)磁控制，就可以將這種影響得到抑制，保持同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)維持電力系統(tǒng)的電壓水平

當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)電機(jī)電流增大，若發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)不變，則發(fā)電機(jī)端電壓將下降。要是安裝了自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁電流就會(huì)隨負(fù)載增加而增加，發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)也會(huì)跟著增大，這樣就會(huì)使發(fā)電機(jī)端電壓維持在一定的水平。

(3)提高發(fā)電機(jī)功率極限和電力系統(tǒng)傳輸功率的能力

(4)改善電力系統(tǒng)及同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

①提高繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性;

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，使短路電流衰減得很慢，保證繼電保護(hù)裝置在整定值時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確可靠地動(dòng)作。

②平衡發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)各臺(tái)發(fā)電機(jī)組之間的無(wú)功功率。

③當(dāng)系統(tǒng)短路故障消除，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠加快系統(tǒng)電壓恢復(fù)。

④通過(guò)控制勵(lì)磁電流，保持同步發(fā)電機(jī)的恒壓運(yùn)行外，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器還可以使系統(tǒng)作恒無(wú)功或恒功率因數(shù)運(yùn)行，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 200MW發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的要求

勵(lì)磁系統(tǒng)是“提供電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場(chǎng)放電或滅磁裝置以及保護(hù)裝置”。

勵(lì)磁系統(tǒng)有一下幾個(gè)要求:

(1)當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓和電流不超過(guò)其額定勵(lì)磁電壓和電流的1.1倍時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證能連續(xù)運(yùn)行。

(2)對(duì)于用電勢(shì)源靜止勵(lì)磁機(jī)的系統(tǒng)，其勵(lì)磁頂值電壓倍數(shù)應(yīng)按發(fā)電機(jī)端正序電壓為額定值80％時(shí)計(jì)算。

(3)勵(lì)磁系統(tǒng)允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間應(yīng)不小于10s。

(4)同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路使用功率整流器的勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)，無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)可以不加裝轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)裝置。

(5)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)有自動(dòng)滅磁功能。

4 200MW發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制系統(tǒng)的要求

勵(lì)磁控制系統(tǒng)是“包括所有調(diào)節(jié)與控制元件和控制對(duì)象(同步電機(jī))的反饋控制系統(tǒng)，不包括那些不參與調(diào)節(jié)與控制的元件如滅磁裝置等”。

勵(lì)磁控制系統(tǒng)的要求:

(1)維持發(fā)電機(jī)的出口電壓在給定值水平上和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(2)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓靜差率小于1%。

(3)提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。

(4)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)具備快速可靠的中斷響應(yīng)，保證程序高效率運(yùn)行。

(5)控制單元為2～3個(gè)，互不干擾，主、從套跟蹤備用。

5 200MW發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)主要功能

能夠精確快速地調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和無(wú)功功率，調(diào)節(jié)器控制周期為毫秒級(jí)。將給定值和反饋值進(jìn)行不間斷的比較，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，最終去改變可控硅整流器的觸發(fā)角度，從而穩(wěn)定機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)電壓的平滑調(diào)整。系統(tǒng)本身還具備實(shí)時(shí)故障診斷和容錯(cuò)、智能調(diào)節(jié)及輔助分析、信息網(wǎng)絡(luò)化功能。

無(wú)功調(diào)差功能是勵(lì)磁調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功出力的重要環(huán)節(jié)，尤其是擴(kuò)大單元接線的多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行。發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)差有兩方面的作用:一是確定共母線機(jī)組穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)功按比例分配;一是在系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)確定發(fā)電機(jī)組無(wú)功出力增量按比例分配。對(duì)于單元接線的發(fā)電機(jī)組，由于主變壓器自然調(diào)差系數(shù)(變壓器阻抗)較大，為了提高發(fā)電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)的電壓(無(wú)功)支撐能力，一般勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中無(wú)功調(diào)差系數(shù)選擇為負(fù)值(或者為0)，小機(jī)組還可以設(shè)置為正值，來(lái)補(bǔ)償主變壓器的電壓降，但補(bǔ)償壓降不能超過(guò)主變壓器的實(shí)際壓降。對(duì)于擴(kuò)大單元接線的各發(fā)電機(jī)組，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中無(wú)功調(diào)差系數(shù)必須選擇為正值。

6 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和擴(kuò)大，快速自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和快速勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)發(fā)生過(guò)很多次的低頻功率振蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，成為制約聯(lián)絡(luò)線輸送功率極限提高的最重要因素之一。

為了讓低頻振蕩得到很好控制，便研制出了以發(fā)電機(jī)功率、發(fā)電機(jī)組的軸速度、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓頻率為信號(hào)的附加自動(dòng)勵(lì)磁控制裝置，稱(chēng)為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器具有物理概念清楚、參數(shù)易于選擇、電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等眾多的優(yōu)點(diǎn)，并在系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)是自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能。它的目的是通過(guò)引入一個(gè)附加的反饋信號(hào)，增加弱阻尼或負(fù)阻尼控制系統(tǒng)的正阻尼系數(shù)，用來(lái)控制同步發(fā)電機(jī)的低頻振蕩，從而提高發(fā)電機(jī)組的最大輸出能力，使電網(wǎng)的穩(wěn)定性得到幫助。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中附加的反饋信號(hào)為機(jī)組的加速功率，由電功率信號(hào)和轉(zhuǎn)子的角頻率信號(hào)綜合產(chǎn)生。

7 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本要求

由于使用信號(hào)與使用元件的不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可以有各種不同的電路。但是根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的功能—在系統(tǒng)可能發(fā)生的振蕩頻率范圍內(nèi)提供正阻尼力矩，多樣的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都要做到以下幾點(diǎn)要求:

(1)有良好的相頻特性，以合理、正確補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)的相位滯后。

(2)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入與提出，均不影響發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)電壓水平。

(3)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作過(guò)程中，不要過(guò)大的引起發(fā)電機(jī)電壓的波動(dòng)。

(4)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出的噪音電平應(yīng)盡可能的低。包括信號(hào)檢測(cè)和隨機(jī)噪聲在內(nèi)，其電平應(yīng)不超過(guò)正常輸出范圍的10％。

(5)有一定保護(hù)措施，以保證在各種運(yùn)行狀態(tài)下(包括PSS故障)不會(huì)引起發(fā)電機(jī)過(guò)電壓和無(wú)功過(guò)負(fù)荷，也不會(huì)引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁不足或失去勵(lì)磁。