解植瑩

摘 要：同步發(fā)電機(jī)屬于一種交流類(lèi)型的發(fā)電機(jī)，常常被用于火力發(fā)電以及柴油機(jī)發(fā)電等發(fā)電活動(dòng)之中，一般同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)類(lèi)型屬于直流勵(lì)磁，如果單機(jī)進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行，可以借助調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)的電流，來(lái)對(duì)同步發(fā)電機(jī)之中的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且這種調(diào)節(jié)的操作方式較為簡(jiǎn)便，如果將運(yùn)行的電網(wǎng)也加入其中，電壓也會(huì)受到來(lái)自于電網(wǎng)的影響，因此會(huì)出現(xiàn)難以維持發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題，本文根據(jù)對(duì)同步發(fā)電機(jī)以及其內(nèi)部的勵(lì)磁系統(tǒng)的了解，對(duì)其穩(wěn)定性情況進(jìn)行研究。

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

同步發(fā)電機(jī)屬于一種重要的發(fā)電機(jī)種類(lèi)，其具有的外特性主要是借助內(nèi)電勢(shì)保持不變的條件下實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)其具有負(fù)載電流出現(xiàn)變化情況時(shí)，可以對(duì)同步發(fā)電機(jī)具有的縱軸情況進(jìn)行測(cè)試，其中勵(lì)磁系統(tǒng)可以充分地將調(diào)節(jié)作用有效地進(jìn)行發(fā)揮，外特性的正負(fù)情況并不穩(wěn)定，勵(lì)磁系統(tǒng)可以在15%的條件下進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于電網(wǎng)對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)的關(guān)鍵影響，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)失去了對(duì)于電壓的確定權(quán)，但是勵(lì)磁系統(tǒng)還可以對(duì)發(fā)電機(jī)具有的無(wú)功功率以及功率因數(shù)進(jìn)行控制，本文對(duì)影響勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性因素進(jìn)行分析。

1 同步發(fā)電機(jī)的內(nèi)置勵(lì)磁系統(tǒng)基本情況分析

想要對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)保持穩(wěn)定的方式進(jìn)行了解之前，首先需要先對(duì)同步發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)的概況有所了解。

在電力工業(yè)獲取大幅度的進(jìn)步的條件下，電力系統(tǒng)獲得了更多擴(kuò)展規(guī)模的機(jī)會(huì)，在龐大的規(guī)模的運(yùn)行前提下，想要使電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)的難度被提升，同步發(fā)電機(jī)在各種發(fā)電行業(yè)之中運(yùn)行頻率比較高，而影響其運(yùn)行情況的主要是內(nèi)置性的勵(lì)磁系統(tǒng)，只有將勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，才能更好地對(duì)發(fā)電機(jī)的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)的研究與開(kāi)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?，主要的變化就是可輸入的變量的?shù)量有了增加，雖然勵(lì)磁系統(tǒng)已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了對(duì)于非線(xiàn)性的元素的把控，但是有幾方面的阻礙其進(jìn)一步發(fā)展問(wèn)題還在等待解決，包括系統(tǒng)的有效性以及快速性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)的簡(jiǎn)潔性問(wèn)題。

在這種發(fā)展條件之下，勵(lì)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(shí)還需要對(duì)發(fā)電機(jī)的各種操作進(jìn)行適應(yīng)，包括接網(wǎng)方式，減少結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，提升勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定水平。

2 常規(guī)模型與穩(wěn)定性分析

在對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展情況以及幾種基本問(wèn)題有所了解之后，需要對(duì)與其穩(wěn)定性存在關(guān)聯(lián)的元素進(jìn)行了解，一般電力企業(yè)會(huì)給其常用的發(fā)電機(jī)安裝系統(tǒng)穩(wěn)定設(shè)備，并且對(duì)穩(wěn)定設(shè)定方案進(jìn)行確定，主要需要對(duì)系統(tǒng)之中存在的阻尼元素進(jìn)行控制，防止低頻震蕩情況頻繁發(fā)生，勵(lì)磁系統(tǒng)的管理人員可以根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的基本情況來(lái)設(shè)定仿真模型，借助合理的分析工具展開(kāi)分析的工作，對(duì)各種會(huì)出現(xiàn)的不穩(wěn)定情況進(jìn)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(jìn)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(jī)模型、勵(lì)磁系統(tǒng)模型等。同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行同步電機(jī)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(yùn)動(dòng)方程。

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

勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用：在電力系統(tǒng)中，勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有以下作用：（a）控制機(jī)端電壓；（b）控制無(wú)功功率的分配；（c）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性；（d）提高繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性；（e）快速滅磁。

勵(lì)磁控制對(duì)穩(wěn)定的影響：

靜態(tài)穩(wěn)定：勵(lì)磁系統(tǒng)的放大倍數(shù)Kou與勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)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(shí)間常數(shù)Te的增加，為保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行所允許的電壓放大系數(shù)是增加的；在同一時(shí)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(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行方式的能力。勵(lì)磁系統(tǒng)如果要對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定產(chǎn)生明顯作用，必須具備兩個(gè)條件：一是具有快速響應(yīng)特性，二是具有高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，這是因?yàn)楫?dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，由于控制輸入機(jī)械功率的常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)作太慢，主要靠快速繼電保護(hù)切除故障，而故障切除以后，快速勵(lì)磁和強(qiáng)行勵(lì)磁可以增大發(fā)電機(jī)電勢(shì)，因而增大輸出的電磁功率，增大了制動(dòng)面積，防止發(fā)電機(jī)搖擺角過(guò)度增大，以利于暫態(tài)穩(wěn)定性的提高。

3 保持勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方式分析

想要實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁系統(tǒng)的指導(dǎo)之下平穩(wěn)運(yùn)行，需要對(duì)其能夠控制的電壓進(jìn)行控制，主要的控制對(duì)象是電壓的接班水平，無(wú)論電壓的數(shù)值過(guò)高還是過(guò)低，都會(huì)使勵(lì)磁系統(tǒng)難以維持穩(wěn)定運(yùn)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(shí)際的電壓水平，會(huì)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(guò)瞬時(shí)提升實(shí)現(xiàn)的，嚴(yán)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(shí)現(xiàn)控制目的，還可以借助勵(lì)磁系統(tǒng)控制無(wú)功功率的客觀(guān)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率分配的合理控制。在同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，配備有形成發(fā)電機(jī)外特性的運(yùn)行環(huán)節(jié)，即調(diào)差環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)調(diào)差環(huán)節(jié)的合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)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(jī)組外特性的一致性，確保發(fā)電機(jī)組相互間無(wú)功負(fù)荷分配的合理性與穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

本文首先并對(duì)同步發(fā)電這種特殊的發(fā)電機(jī)內(nèi)部具有的勵(lì)磁系統(tǒng)的基本運(yùn)行情況進(jìn)行了分析，一般勵(lì)磁系統(tǒng)具有非線(xiàn)性、高階以及變量系統(tǒng)較多的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)都會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，另外發(fā)電機(jī)本身就具有較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性，與之相關(guān)的電網(wǎng)的模型具有的穩(wěn)定性相對(duì)較差，難以準(zhǔn)確地進(jìn)行描述，本文對(duì)這種勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)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?fù)阻尼起到較好的克服作用，可以對(duì)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(jì)收益。

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