发电机励磁系统优化控制方法研究

冒杰

[摘 要] 现如今国家经济发展的速度越来越快，人们对于电能的需求也越来越大，电力系统的规模也得到了进一步的扩展，由于电力系统内部结构越来越复杂，在运行过程中有可能会出现低频震荡问题，影响电力系统的稳定性。由于电力系统的低频震荡引起电力系统出现故障，很有可能会造成非常大的经济损失。所以在电力系统运行过程中，研究更符合现代电力系统的控制方法，对发电机的励磁系统进行不断的优化能够解决低频震荡问题，基于此，本文就针对发电机励磁系统的优化控制方法进行了详细的探讨和分析。

[关键词] 发电机 励磁系统 控制措施方法

中图分类号：TM732 文献标志码：A

随着电力系统的快速发展，在电能传递过程中，电网的复杂性越来越高，在电力系统运行过程中，由于受到外界因素的影响，可能会导致电力系统的运行受到影响，在重负荷的功率下可能会出现低频震荡的问题，新能源发电系统也有可能会导致电网受到污染，从而导致大规模的停电事故，给社会和企业带来非常大的经济损失。[1]因此，在电力系统运行过程中，保证电力系统的安全稳定运行是目前需要解决的首要问题。

一、发电机励磁系统的种类及功能简介

在发电机中，励磁系统主要分为静止励磁系统、交流励磁系统、谐波励磁系统和直流励磁机系统。在发电机运行过程中，励磁调节器是针对极端电压进行调节的设备，可以使用直接或者间接的方式配备可控硅半导体，这样在输出电压的时候，就能够保证发电机可以正向地防止短路。在具体的应用过程中，其反应速度非常快，就非常完善保护功能和抗干扰能力，运行维护都非常简便，而且具有非常高的可靠性。励磁系统可以自动调节或者手动调节励磁功能，因此还具有操作简便，能够有效减少工作人员日常维护的工作量，而且具有非常高的智能化程度。[2]

二、励磁系统优化控制措施

（一）增加PLC控制以优化连锁控制逻辑

以往在发电机运行过程中使用的励磁控制系统，全部是利用继电器来进行逻辑控制，继电器的连接点的串并联很容易导致运行过程中出现故障，而且很难对故障进行检测，所以现如今大多是使用PLC进行控制，利用PLC技术进行逻辑控制，能够有效简化控制流程，可以转变以往的转速连锁。原有的发电机运行过程中，测量信号的时候是利用继电器将其转换为节点信号，然后将其作为主电机运行和启动监控的条件在启动过程中，如果转速没有在规定的时间内到达预定的速度，则表示异常启动，连锁系统会跳闸，这样就能够防止电动机发生堵转的情况。在运行过程中测速信号也是连锁的条件，在信号消失以后，也可以认为是运转异常，出现连锁跳闸，新的系统会保留转速启动连锁，而运行连锁则进行报警。转速只能作为启动投励的一个条件，对运行中的速度进行监控，其主要原因是在运行过程中，通过一次电流可以时刻监测主电机的运行状况，如果电流或者信号同时消失，可以判断为励磁系统出现故障。[3]

（二）滑模变结构励磁控制方法

在发电机运行过程中，在某一个稳定状态下ex，相似的线性模型只能在X状态下进行运行，而且与ex的偏差较小时才会出现比较准确的特性反应，如果两者之间的偏差较大，线性模型就会与目前的系统出现很大的差距，很难反映出系统的特点。任何一个电力系统在实际的运行过程中都会存在不同程度的不确定性，其主要包括外界的干扰以及系统在运行过程中参数变化导致的未见模型特性，所以在设计过程中对控制器进行设计的主要目的就是增强系统的鲁棒性，确保电力系统在运行过程中不会受到外界干扰和不确定性因素的影响。从线性控制角度来说，为了有效达到这种目的，必须建立明确的模型，在此基础上添加扰动补偿，但是对系统的未见模特性进行分析具有一定的难度，而且使用传统的理论对于电力系统的抗干扰能力没有明显的特点，综合以上因素进行考虑使用非线性控制理论，对电力系统的力磁控制器进行设计，能够有效提高电力系统运行的稳定性。[4]

（三）励磁控制系统超螺旋变结构控制

在电动机运行过程中，为了限制抖动通常会在滑动面添加边界层，滑动面一般在边界层以内，使用连续控制的方法可以观测边界层的值，在边界层外进行切换，使用这样的方式能够在一定范围内降低抖振，但是使用这样的方式会影响被控量的精确度。所谓的功率扰动是指电力系统在工作点的附近出现的小干扰，将工况设置为t=10s时，机械功率会增加1/10，下图为经过功率扰动以后系统各个量响应的变化情况。增加输入功率以后，发电机的输出功率也会迅速地增加，在边界层的曲线就会经过几次震荡，最后趋于稳定，终端滑膜和超螺旋滑膜边角线的曲线稳定时间相对较短，可以在很短的时间内到达新的工作点。超螺旋滑膜的输出功率曲线上升速度非常快，稳定的时间也非常快，在角速度经过扰动以后能够在很短的时间内达到稳定，可以快速地到达标幺值，将电网的频率设置为50Hz，边界层的滑膜和终端滑膜其调节特性更加明显。励磁电压和极端电压相对应由于控制信号能够提供大量的能量，使其他的量能够迅速得到稳定，所以终端电压存在比较大的波动，但是能仍然可以更快地达到稳定值。也就是说采用超螺旋滑膜励磁方法能够提高电力系统的抗干扰能力。（见图1）

由于电力系统本身的复杂性比较高，在线路过程中任何一个参数都有可能存在不确定性，如果过度依赖参数进行设计会影响励磁控制器，将扰动工况设置为其他系统不变，转动惯量H增加到6，绕组的时间也由1.01转变为2，在t=10s时，输出功率就会增加1/10。

三、结语

综上所述，在电力系统运行过程中，励磁控制系统对整个电力系统的稳定运行有着非常重要的意义，提高励磁控制器的性能能够保证发电机终端的电压得到合理的控制，增强电力系统的可靠性，保证电能供应的质量。使用传统的励磁控制器很容易受到低频震荡的影响，导致控制器的鲁棒性下降，所以从控制角度提高电力系统的稳定性具有非常高的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T 7409.3—2007 同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]国家能源局.DL/T 843- 2003大型汽輪发电机励磁系统技术条件[M].北京：中国电力出版社，2003.

[4]孟琛.发电机励磁限制环节对电力系统安全稳定影响研究[D].北京：华北电力大学，2018.