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摘要：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁體系是供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源和別的附加控制設(shè)備的統(tǒng)稱。它通常由勵(lì)磁功率單元與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器2大部分組成，而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是依據(jù)控制需求的輸入信號與給定的調(diào)節(jié)原則控制勵(lì)磁功率單元輸出的裝置。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁體系是電力系統(tǒng)控制的關(guān)鍵構(gòu)成部分，它除了保持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定與實(shí)施無功功率分配外，還一定要確保電力系統(tǒng)的靜態(tài)、暫態(tài)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng)；繼電保護(hù)裝置

1.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)概述

由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元、滅磁過電壓保護(hù)與發(fā)電機(jī)自身共同構(gòu)成的整個(gè)體系稱為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)?？刂瓢l(fā)電機(jī)端電壓與無功功率的關(guān)鍵構(gòu)成部分就是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，關(guān)鍵的實(shí)時(shí)持續(xù)控制系統(tǒng)，對保持電力系統(tǒng)固定性起重要作用，正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流自動(dòng)調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁體系控制部分在構(gòu)造上關(guān)鍵由功率整流單元、調(diào)節(jié)器裝置與滅磁過電壓保護(hù)裝置，共3大部分所構(gòu)成。勵(lì)磁功率整流單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供應(yīng)勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則運(yùn)用智能控制辦法依據(jù)輸入信號與給定的調(diào)節(jié)原則掌控勵(lì)磁功率單元的輸出，滅磁過電壓保護(hù)裝置可以避免體系形成過電壓與迅速滅磁。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對提升電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具備比較大的功能。特別是現(xiàn)代電力體系的發(fā)展造成極限降低機(jī)組穩(wěn)定的趨勢，也推動(dòng)勵(lì)磁技術(shù)持續(xù)發(fā)展。

2.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)

2.1控制發(fā)電機(jī)的端電壓

電力系統(tǒng)調(diào)壓的關(guān)鍵方法之一就是保持發(fā)電機(jī)的端電壓等于給定值，在負(fù)荷轉(zhuǎn)變的狀況下，要確保發(fā)電機(jī)的端電壓為給定值則一定要調(diào)節(jié)勵(lì)磁。

由發(fā)電機(jī)的簡單化相量圖（圖1-1）可得：

（1-1）

式中：Eq——發(fā)電機(jī)電勢的空載；

Uf——發(fā)電機(jī)的端電壓；

If——發(fā)電機(jī)的比例負(fù)荷電流。

式（1-1）說明，在發(fā)電機(jī)空載電勢Eq恒定的狀況下，會(huì)隨負(fù)荷電流If 的加大而降低的是發(fā)電機(jī)端電壓Uf，為確保發(fā)電機(jī)端電壓Uf 恒定，一定要隨發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流If 的增加（或減?。尠l(fā)電機(jī)電勢的空載Eq增加（或減?。l(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流Ifq 的函數(shù)（如果不思考飽和，成正比的Eq與Ifq）是Eq，所以在運(yùn)行發(fā)電機(jī)中，隨著發(fā)電機(jī)變化的負(fù)荷電流，一定要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來讓發(fā)電機(jī)端電壓恒定。

2.2控制無功功率的分配

當(dāng)并聯(lián)于電力系統(tǒng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)時(shí)，它輸出的有功確定于從原動(dòng)機(jī)輸入的功率，而與勵(lì)磁電流相關(guān)的是發(fā)電機(jī)輸出的無功。設(shè)發(fā)電機(jī)從原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率不變，就是發(fā)電機(jī)輸出的有功功率Pf恒定，則有：

式中： ——發(fā)電機(jī)因數(shù)角的功率；

——發(fā)電機(jī)的功率角。

恒定Uf、恒定Pf就是意味著If cos與Eq sin都是常數(shù)，在發(fā)電機(jī)相量圖（圖1-2）上，這表示發(fā)電機(jī)電流If 為虛線BB’的矢端軌跡，空載電勢Eq 為虛線AA’的矢端軌跡。當(dāng)轉(zhuǎn)變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁讓發(fā)電機(jī)空載電勢Eq 改變（像Eq 從Eq1 變成Eq2）時(shí)，發(fā)電機(jī)跟著改變（由If1變成If2）的負(fù)載電流If，但其有功分量Ia =If cos恒定，所以改變的只是無功電流IR。因此，在無窮大母線的狀況下，將改變發(fā)電機(jī)輸出無功的是調(diào)節(jié)勵(lì)磁。

2.3提升同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性

一般把電力體系的穩(wěn)定性問題分為3類，就是靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題。所謂靜態(tài)穩(wěn)定是指電力體系在受到小干擾功能時(shí)的穩(wěn)定性，就是受到小干擾功能后復(fù)原到原平衡狀態(tài)的能力；暫態(tài)穩(wěn)定是指電力體系在受到大干擾功能時(shí)的穩(wěn)定性，就是在大干擾功能后體系可不可以在新的平衡狀態(tài)下穩(wěn)定工作；而動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指受干擾的后的電力系統(tǒng)，在思考了各類自動(dòng)控制裝置功能的狀況下，長經(jīng)過的穩(wěn)定性問題。

3.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的形式

3.1.直流發(fā)電機(jī)供電的勵(lì)磁方式

這種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)具備專用的直流發(fā)電機(jī)，稱為直流勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁機(jī)通常和發(fā)電機(jī)同軸，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組經(jīng)過裝在大軸上的滑環(huán)和固定電刷從勵(lì)磁機(jī)得到直流電流。這種勵(lì)磁形式具備勵(lì)磁電流單獨(dú)，工作相對可靠與把自用電消耗量減少等優(yōu)勢，是以前幾十年間發(fā)電機(jī)關(guān)鍵的勵(lì)磁方式，具備相對成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。不足是勵(lì)磁相對慢的調(diào)節(jié)速度，維護(hù)工作量大，所以在10MW以上的機(jī)組中非常少使用。

3.2.交流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式

在發(fā)電機(jī)大軸上也裝交流勵(lì)磁機(jī)，它輸出的交流電流通過整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，這時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁形式屬他勵(lì)磁方式，又因?yàn)槭褂渺o止的整流裝置，所以又稱為他勵(lì)靜止勵(lì)磁，交流副勵(lì)磁機(jī)供應(yīng)勵(lì)磁電流。為了把勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度提升，交流勵(lì)磁機(jī)一般使用100-200HZ的中頻發(fā)電機(jī)，使用400-500HZ的中頻發(fā)電機(jī)的是交流副勵(lì)磁機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組與三相交流繞組都繞在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子只有齒和槽而沒有繞組，像個(gè)齒輪，所以，電刷是它沒有的，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件，具備工作可靠，簡單結(jié)構(gòu)，制造工藝方便等優(yōu)勢。

3.3.無勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式

勵(lì)磁機(jī)不設(shè)置專門的，從發(fā)電機(jī)自身得到勵(lì)磁電源，通過整流后再供給發(fā)電機(jī)本身勵(lì)磁，稱自勵(lì)式靜止勵(lì)磁。自勵(lì)式靜止勵(lì)磁能分為自并勵(lì)與自復(fù)勵(lì)2種形式。自并勵(lì)方式具備構(gòu)造簡單，少設(shè)備，投資省與維護(hù)工作量少等優(yōu)勢。自復(fù)勵(lì)磁方式具備2種勵(lì)磁電源，經(jīng)過整流變壓器得到的電壓電源與經(jīng)過串聯(lián)變壓器得到的電流源。

結(jié)語

因?yàn)檫@些年來電網(wǎng)的快速發(fā)展、日益擴(kuò)大的電網(wǎng)規(guī)模對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提出了更高的要求，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制體系的運(yùn)行質(zhì)量在非常大程度上直接關(guān)系到整個(gè)電力體系運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。保證勵(lì)磁控制的有效性也正是保證電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重點(diǎn)所在，值得引起普遍關(guān)注和重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]石訪，王杰.偽廣義哈密頓理論及其在多機(jī)電力系統(tǒng)非線性勵(lì)磁控制中的應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（19）：67-74.

[2]GB/T7409.3-2007，同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)[S]