研究水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用

1、研究水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用摘要: 近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及電站設(shè)備自動(dòng)化水平的提高，電廠要求實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班或少人值班，提高電廠發(fā)電工作效率，減少維護(hù)工作量，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。勵(lì)磁控制系統(tǒng)正是實(shí)現(xiàn)這些要求的關(guān)鍵設(shè)備。在水電站工程中，勵(lì)磁系統(tǒng)更是整個(gè)電站的重要組成部分，它對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。本文從對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)的分析入手，從結(jié)構(gòu)及原理方面具體論述了水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：水電站、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、應(yīng)用 中圖分類號(hào)：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)作為水電站中水輪發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要組成部分，它承擔(dān)著向發(fā)電

2、機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流的重要功能，因此勵(lì)磁系統(tǒng)的性能好壞直接影響整個(gè)水電站的運(yùn)行狀況。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和機(jī)組運(yùn)行可靠性提出了更高要求，迫切需要性能優(yōu)、功能多和可靠性高的勵(lì)磁系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定及綜合自動(dòng)化的要求。同時(shí)，近年來(lái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在水電站中得到了廣泛的應(yīng)用，使得微機(jī)勵(lì)磁裝置也迅速在水電站中得到了推廣。 1、勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 從制造廠家來(lái)看，首先是有多家外國(guó)制造商，如廣州抽水蓄能電站引進(jìn)阿爾斯通的勵(lì)磁裝置，隔河巖電站引進(jìn)加拿大通用電氣公司的勵(lì)磁裝置，馬跡塘、五強(qiáng)溪電站引進(jìn)奧地利依林公司勵(lì)磁裝置，三峽水電站采用西門子的勵(lì)磁裝置等；也有引進(jìn)技術(shù)的合作生產(chǎn)企業(yè)，

3、如李家峽電站部分機(jī)組由東方電機(jī)廠與ABB合作完成；還有擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)有和民營(yíng)科技企業(yè)，如國(guó)家電網(wǎng)公司南京自動(dòng)化研究院、國(guó)家電力公司電力科學(xué)院、河北工業(yè)大學(xué)電工廠、華中理工大學(xué)等十多家單位都開(kāi)發(fā)了數(shù)字式調(diào)節(jié)器。從水電站勵(lì)磁裝置的技術(shù)狀況來(lái)分析，具有以下基本特點(diǎn)： (1)隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子器件的進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)不同程度地應(yīng)用于各類勵(lì)磁裝置中。采用數(shù)字化勵(lì)磁裝置已經(jīng)成為各類老機(jī)組技術(shù)改造和新機(jī)組設(shè)計(jì)選型的一種趨勢(shì)。 (2)水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，無(wú)人值班、少人值守逐漸成為水電站運(yùn)行管理的基本模式，水電站運(yùn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)

4、化調(diào)度系統(tǒng)都對(duì)勵(lì)磁裝置提出了新的要求。 (3)勵(lì)磁機(jī)采用靜止勵(lì)磁方式已經(jīng)成為主流。許多相關(guān)技術(shù)如干式勵(lì)磁變壓器、非線性電阻、熱管散熱技術(shù)等被大量采用。 (4)大型水電機(jī)組因可靠性、控制特性的高標(biāo)準(zhǔn)而要求勵(lì)磁裝置的進(jìn)步明顯加快，采用的都是高端產(chǎn)品。該類產(chǎn)品選擇上側(cè)重于性能和可靠性，對(duì)產(chǎn)品價(jià)格不做重點(diǎn)考慮。 (5)抽水蓄能電站對(duì)勵(lì)磁有其特殊要求，目前100000kw以上機(jī)組其成套設(shè)備包括勵(lì)磁系統(tǒng)在內(nèi)，主要引進(jìn)外國(guó)產(chǎn)品。從勵(lì)磁技術(shù)看，國(guó)內(nèi)有實(shí)力的廠家也能制造，主要是缺乏經(jīng)驗(yàn)和機(jī)會(huì)。 (6)中小型水電站包括微型水電站其總量占絕大多數(shù)，從現(xiàn)在的市場(chǎng)情況看，這一領(lǐng)域主要是國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁裝置的天下。老機(jī)組改造任務(wù)

5、與新建項(xiàng)目各占一半。這部分產(chǎn)品要求的特點(diǎn)是具備基本功能、運(yùn)行可靠、調(diào)試容易、價(jià)格低廉、維護(hù)方便。 因此，結(jié)合國(guó)內(nèi)水電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置研究開(kāi)發(fā)情況及國(guó)外勵(lì)磁技術(shù)的發(fā)展情況看，勵(lì)磁裝置開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是調(diào)節(jié)器，例如設(shè)計(jì)了雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等。雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的雙通道完全相同，無(wú)主從之分，可雙向切換。從理論上講，雙通道同時(shí)出故障的概率很小，但在工程上因?yàn)殡p微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障而引起機(jī)組被迫停機(jī)的事故也常有發(fā)生，其主要原因是切換不可靠。雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器目前已經(jīng)是一種比較成熟的方案，主要用于大中型發(fā)電機(jī)。由于采用雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器會(huì)提高勵(lì)磁系統(tǒng)的投入成本，考慮到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在中小型發(fā)電機(jī)中所占的費(fèi)用及在電網(wǎng)中承擔(dān)的任

6、務(wù)，要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單、可靠、性價(jià)比高。因此，工程上把提高單微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的可靠性視為提高中小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整體可靠性的最重要措施。 2、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用分析 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是發(fā)電機(jī)中極其重要的一部分。性能優(yōu)的勵(lì)磁控制器可以保證同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。在正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，并根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載的變化作相應(yīng)調(diào)整，以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓或電網(wǎng)中某一點(diǎn)電壓在給定水平上。當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，它實(shí)行強(qiáng)行減磁以限制機(jī)端電壓，使其不會(huì)過(guò)度升高。此外，當(dāng)幾臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁控制器的作用可使無(wú)功功率在機(jī)組間得到穩(wěn)定和合理的分配。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，微機(jī)勵(lì)磁

7、調(diào)節(jié)器必須具備以下相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)置。一般微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理如下圖所示。 微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理圖 2.1、信號(hào)測(cè)量部分 由上圖可知，從發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器YH和定子電流互感器LH來(lái)的信號(hào)調(diào)差后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換成05V的直流信號(hào)輸入到測(cè)量部分。對(duì)于電量的采集有直流算法和交流算法。直流算法所用的硬件較多，但簡(jiǎn)單；交流算法所用的硬件較少，但是程序的編寫較為復(fù)雜。 2.2、調(diào)差單元 為了使并聯(lián)運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)組按其容量向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率在各機(jī)組間穩(wěn)定、合理地分配，在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的測(cè)量比較中設(shè)置了調(diào)差電路，用以改變發(fā)電機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)特性的斜率。若調(diào)差系數(shù)小，當(dāng)無(wú)

8、功電流變化時(shí)發(fā)電機(jī)電壓變化就小。所以調(diào)差系數(shù)的大小又表征了勵(lì)磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓水平的能力。 2.3、調(diào)節(jié)控制部分 同步發(fā)電機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程，可劃分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，是指發(fā)電機(jī)從起勵(lì)建壓到并網(wǎng)之前，這一階段的時(shí)間極短；第二階段，是指同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)之后。此時(shí)勵(lì)磁控制系統(tǒng)是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的無(wú)功功率。這一階段是同步發(fā)電機(jī)的主要工作階段。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，往往通過(guò)系統(tǒng)校正，即在原系統(tǒng)中增加校正裝置，改變系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的性能。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的控制規(guī)律最終都?xì)w結(jié)為PID運(yùn)算，PID運(yùn)算仍然是基礎(chǔ)。除了PID運(yùn)算外，還有較為復(fù)

9、雜的算法，例如模糊控制、人工智能等。需要說(shuō)明的是算法上二的先進(jìn)不代表這種算法能使控制對(duì)象的性能達(dá)到最優(yōu)。它們的先進(jìn)性更多的是體現(xiàn)在對(duì)不同控制對(duì)象的適應(yīng)性方面，即魯棒性。 2.4、軟件限制部分 為了同步發(fā)電機(jī)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，保護(hù)機(jī)組設(shè)備，要求勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)各種極限運(yùn)行工況作出反應(yīng)，為此，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中附加了一系列勵(lì)磁限制器，這里稱之為軟件限制部分。軟件限制部分主要包括最大勵(lì)磁電流瞬時(shí)限制器、反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁電流限制器、欠勵(lì)限制器以及伏赫限制器等。 2.5、移相觸發(fā)及脈沖放大部分 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，移相觸發(fā)及脈沖放大部分的任務(wù)是產(chǎn)生相位可調(diào)的脈沖，用來(lái)觸發(fā)整流橋中的晶閘管，使其控制角隨綜合放大環(huán)節(jié)輸出的控制電壓的大小而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的目的。因此，該部分是調(diào)節(jié)器的關(guān)鍵部分之一，它要求：嚴(yán)格與勵(lì)磁電源的電壓保持相位上的同步；移相分辨率要高，移相范圍要大；各相觸發(fā)脈沖的控制角要一致，即對(duì)稱性要好；能適用于單相半控橋、單相全控橋、三相半控橋或三相全控橋式整流電路；要具有頻率自適應(yīng)性能，即電網(wǎng)頻率變化時(shí)，觸發(fā)脈沖仍保持嚴(yán)格對(duì)稱；產(chǎn)生的脈沖要有足夠的功率，前沿要陡，要有適當(dāng)?shù)膶挾取?3、結(jié)語(yǔ) 水電站工程中，勵(lì)磁系統(tǒng)是整個(gè)電站的重要組成部分，它對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。因而，在工作實(shí)踐中