陈广洋 陈广海
[摘 要]现代电力系统的发展，对发电机励磁控制提出了更高要求。本文对发电机励磁系统的结构及其工作原理进行了介绍，从而阐明发电机励磁系统对电力系统的控制机理，之后从电力系统静态稳定性、暂态稳定性、动态稳定性三个方面探阿讨了发电机励磁系统对电力系统稳定性的积极影响。
[关键词]发电机；励磁系统；电力系统；稳定性
中图分类号：S328 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0352-01
1 发电机励磁系统简介
1.1 系统结构
发电机励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成，如图1所示，一是励磁功率输出部分，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，即励磁电流，以建立直流磁场；二是励磁控制部分（或称控制单元，亦称励磁调节器），用于在正常运行或发生故障时，根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，以满足发电机系统安全运行的需要。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
1.2 控制原理
在发电机励磁控制系统，励磁反馈控制是通过以下过程实现的。首先励磁控制器检测PT信号从而获得发电机的机端电压UF，然后将UF与参考电压UC相比较得电压差，经综合放大环节后得控制电压UK。控制电压UK与电压差有如下关系式：UK=K（UC-UF），当机端电压UF上升，电压差也会减少，经过综合放大环节后就能得到的控制电压UK也将减少，从而使得占空比减少，这样IGBT射极输出电流随之减少，于是励磁机的励磁电流以及发电机的转子电压都会随之下降，发电机的机端电压UF也随之下降，发电机的机端电压上升的扰动被抵消。
2 发电机励磁系统对电力系统稳定性的影响
2.1 改善电力系统静态稳定性
静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。当系统发生扰动时，发电机机端电压就会下降，这样定子电流也相应增加，于是，励磁电流也会随之增加。在这种情况下，如果接入励磁调节器，当发电机电压下降，励磁调节器将使励磁电流增加，其增加量和速度决定于励磁系统增益和时间常数。如果励磁电流增加分量与衰减分量相抵消，则系统可以达到一个新的静稳定极限。下面以单机无穷大系统来说明发电机励磁系统对提高电力系统静态稳定的作用，如图2所示。在单机大无限系统中，发电机输出功率可表示为：
，其中
可见，当自动电压调节器能维持发电机电压恒定时，静态稳定时可以达到线路极限，比无电压调节器时要高一些。维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，当励磁控制系统能够维持发电机电压为恒定值时，采用快速或常规励磁系统，静态稳定极限都可以达到线路极限。
2.2 改善电力系统的暂态稳定性
暂态稳定是分析电力系统受大扰动（例如短路、断路等），各发电机是否能继续保持同步运行的问题，它描述了受到干扰后，恢复到近似原有运行状况的能力。励磁系统对提高暂态稳定而言，表现在强行励磁和快速励磁的作用上。只有励磁电压上升快速并且顶值电压高的励磁系统对于改善暂态稳定才有较显著的作用，快速强励可减少加速面积，增加减速面积，提高系统的暫态稳定性。由于提高励磁系统的强励倍数受到励磁系统和发电机制造成本的制约以及发电机转子时间常数较大使励磁电流上升速度受到限制等原因，使得靠励磁控制来提高暂稳极限的幅度不可能像提高静稳极限那么显著，但其提高暂稳极限的效益还是明显的。此外，良好的励磁控制在增加人工阻尼，消除第二摆或多摆失步方面的作用则更为重要。
2.3 改善电力系统的动态稳定性
在发电机运行过程中经常会出现这种情况，当故障消除后，功率的波动并非向收敛方向，而是趋于发散或由于非线性因素的限制进行自持等幅振荡。这种在几秒至十几秒范围内的稳定性，就是所谓的动态稳定性。通常，这种振荡是由于快速励磁系统产生的负阻尼所引起，因此，提高动态稳定方法之一，就是加大励磁系统所产生的正阻尼转矩，即在励磁调节器中引入附加信号，测出发电机的转速或电功率的变化并对它进行相位补偿以提高制动效果。此外，采用现代控制理论的励磁控制器，如线性最优励磁控制器、自适应励磁控制器和非线性励磁控制器等励磁系统，也能有效的抑制各种频率的低频震荡。
结束语
总而言之，发电机励磁系统在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的稳定性及可靠性的方面都起着重要的作用。近年来，由于新技术、新工艺及新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善，这就需要技术人员加强对发电机励磁控制技术的研究和应用，进一步提高电力系统的运行水平。
参考文献
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