馬明銳

摘 要：隨著社會(huì)的高速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派繁榮景象，特別是在科技化創(chuàng)新戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)向著科學(xué)化、信息化的發(fā)展目標(biāo)轉(zhuǎn)移，作為時(shí)代標(biāo)志的電力事業(yè)自然也是成績(jī)顯著，特別是在電力供應(yīng)性能上，展開(kāi)了對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究，只有將勵(lì)磁系統(tǒng)研究的更加深入透徹，才會(huì)使得勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中真正起到輔助性作用，成為電力運(yùn)行的基本保障。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁系統(tǒng)；穩(wěn)定性；控制

一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)概述

說(shuō)到電力系統(tǒng)，大家都耳熟能詳，可以說(shuō)電力始終是時(shí)代不可或缺的基本保障之一，而且隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，大家對(duì)電力的依賴(lài)性就愈加強(qiáng)烈，但是談及勵(lì)磁系統(tǒng)，在大多數(shù)人看來(lái)還很陌生，這樣就對(duì)電力事業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展形成阻力，而且也不利于勵(lì)磁系統(tǒng)的開(kāi)拓與完善，只有深入了解和認(rèn)識(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)，才能更好的促進(jìn)和推動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力運(yùn)行中的發(fā)展和研究。

（一）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是指在同步發(fā)電機(jī)的條件下，為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)提供電源以及相關(guān)的附屬設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩部分組成，勵(lì)磁功率單元是給轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁電源供給，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則是對(duì)勵(lì)磁功率單元實(shí)行控制的輸出裝置。

在日常生活中，常見(jiàn)的勵(lì)磁方式有：直流發(fā)電機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)以及無(wú)勵(lì)磁機(jī)三種，其中利用直流發(fā)電機(jī)達(dá)到勵(lì)磁效果的應(yīng)用方式比較明顯。

（二）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用

勵(lì)磁系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中，主要是作為電氣控制裝置為企業(yè)服務(wù)。勵(lì)磁系統(tǒng)是電站設(shè)備中不可或缺重要組成部分之一，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器等各元件間的相互配合、協(xié)調(diào)，維持同步發(fā)電機(jī)端電壓在同一水平上，與此同時(shí)，對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)得到平穩(wěn)供應(yīng)，另外，對(duì)于采用勵(lì)磁變壓器作為勵(lì)磁電源的還具有整流功能，使整個(gè)發(fā)電機(jī)體的電流保持在一個(gè)波動(dòng)幅度內(nèi)，由此保證了電流輸送的穩(wěn)定。

二、對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要想驗(yàn)證系統(tǒng)能否真正發(fā)揮作用，主要還要看其穩(wěn)定性能，勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性能越強(qiáng)，就代表其調(diào)控能力越強(qiáng)，從而對(duì)電力系統(tǒng)的保障性就越高，所以，只有保證了勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，才能使電力系統(tǒng)更加平穩(wěn)的運(yùn)行。

（一）勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性分析模型的構(gòu)建

為了對(duì)勵(lì)磁穩(wěn)定性進(jìn)行更加直觀、透徹的分析，采用建立數(shù)據(jù)模型的方式對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性展開(kāi)研究，模型主要是以單片機(jī)無(wú)窮大作為理論基礎(chǔ)，利用線性模型Heffron-Philips對(duì)發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)進(jìn)行敘述，此外，同步發(fā)電機(jī)則是通過(guò)計(jì)及凸極效應(yīng)和勵(lì)磁回路動(dòng)態(tài)相結(jié)合的方式，建立了三階實(shí)用模型，在保證機(jī)械功率不變的狀態(tài)下，分別對(duì)轉(zhuǎn)速偏差Δω、轉(zhuǎn)子角偏差Δδ、q 軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)偏差ΔE′q、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁壓偏差ΔEfd四個(gè)狀態(tài)變量作出分析，同時(shí)得出了小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定理論的同步機(jī)動(dòng)態(tài)增量方程等式，如下式所示。

通過(guò)模型我們可以很直觀的觀察到發(fā)電機(jī)各個(gè)部分與勵(lì)磁系統(tǒng)之間的接口位置，但單純的依靠Heffron-Philips 模型對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析是遠(yuǎn)不夠的，這其中還欠缺了恒無(wú)功和恒功率因素對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，為此，為了更好的對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，選用兩種勵(lì)磁方式作為參考，如圖1所示。

如圖1中控制框圖所示，控制參數(shù)分別是KA、TA、TE、KF、TF，勵(lì)磁機(jī)的飽和系數(shù)為SE，p 則代表微分算子，其主要實(shí)現(xiàn)保持發(fā)電機(jī)端電壓保持不變的功能，通過(guò)與恒無(wú)功勵(lì)磁控制框圖相融合之后，可以得出勵(lì)磁系統(tǒng)的控制框圖，此時(shí)TR為測(cè)量時(shí)間常數(shù)，KQ為附加控制放大倍數(shù)，TQ為附加控制時(shí)間常數(shù)，通過(guò)公式之間的推導(dǎo)以及矩陣根特征的分布情況，從而判斷出系統(tǒng)小于干擾穩(wěn)定的特性。

（二）影響發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素

為了對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析，利用根軌跡法來(lái)驗(yàn)證影響勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定的因素都有哪些，通過(guò)對(duì)兩種不同控制方式的探究，分析得出了 KQ，TR和 TQ三個(gè)參數(shù)的影響，具體其中負(fù)荷 100 MW，發(fā)電機(jī)有功出力 45 MW，xd=xq=2.22，xd=xq=0.26，xL=0.11，M=6s，T ′d=6.48s，KA=20，TA=0.1s，TE=0.5s，SEMAX=0.8，SE0.75MAX=0.5，KF=0.04，TF=0.7s，TR=0.02，KQ=20，TQ=0.3s，經(jīng)過(guò)一系列演算之后，得出結(jié)論勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定情況隨著KQ，TR和 TQ的改變而改變。

三、案例控制分析

某企業(yè)電網(wǎng)于某日發(fā)生故障，后查明：造成電網(wǎng)自備機(jī)組振蕩解列的原因是由于勵(lì)磁控制方式選擇不當(dāng)所致。該企業(yè)此前一直采用的是恒無(wú)功勵(lì)磁控制方式，事故發(fā)生后，勵(lì)磁方式改由恒電壓控制方式后，解決了事故的再發(fā)，保證了工廠的正常運(yùn)作。

經(jīng)過(guò)分析得到：勵(lì)磁方式采用恒無(wú)功的狀態(tài)下，出現(xiàn)了系統(tǒng)震蕩現(xiàn)象，通過(guò)結(jié)果對(duì)比，震蕩現(xiàn)象是由于勵(lì)磁系統(tǒng)自身失穩(wěn)造成的，采用恒電壓控制方式后，無(wú)論是負(fù)荷沖擊故障還是三相短路故障，系統(tǒng)均可保持良好的穩(wěn)定性能，和更改勵(lì)磁模式后的震蕩現(xiàn)象相符合。

由此可以證明通過(guò)改變勵(lì)磁系統(tǒng)的控制參數(shù)，仍可達(dá)到其他勵(lì)磁方式的效果。

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