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水電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)控制研究

2021-11-03 18:09汪全
裝備維修技術(shù) 2021年38期
關(guān)鍵詞:水電廠控制策略

汪全

摘 要:隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)也日益增長,對電力的需求也急劇增加。各類電廠都需要對原有的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),隨著工業(yè)企業(yè)和其他企業(yè)各種現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,許多電廠在高電耗的影響下自建電廠,符合對核電站生產(chǎn)系統(tǒng)的理解。

關(guān)鍵詞:水電廠;勵(lì)磁系統(tǒng);控制策略

1、前言

公共電力系統(tǒng)雖然受到能源成本高企的推動(dòng),但仍難以滿足社會(huì)上一些工業(yè)企業(yè)的基本用電需求,以防止因供電系統(tǒng)不完善造成的用電受阻,很多工業(yè)企業(yè)都是在國內(nèi)消費(fèi)專用先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)自己的電廠,特別是對于礦山企業(yè)等大型工業(yè)企業(yè)的電廠,能夠滿足基本用電需求,其勵(lì)磁系統(tǒng)存在一些不穩(wěn)定的問題。本文從對勵(lì)磁系統(tǒng)和單片機(jī)操作的認(rèn)識(shí)出發(fā),分析了提高勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制方法。

2、獨(dú)立電站勵(lì)磁系統(tǒng)分析

獨(dú)立發(fā)電廠是大型工業(yè)企業(yè)使用的設(shè)備。主要用于滿足大的用電需求,只有已經(jīng)營業(yè)的企業(yè)才能用電,其他居民不能用電。如果電力逐步達(dá)到峰值,電廠還將全面向居民介紹社會(huì)服務(wù),為居民提供有效營養(yǎng)。自治電站的供電系統(tǒng)也很復(fù)雜,需要滿足各種用電需求,其中最重要的作用是恒無功控制系統(tǒng)是一種常用的控制方法,它主要應(yīng)用于小型工業(yè)企業(yè),那么,為了滿足控制要求,選擇恒端電壓控制系統(tǒng)。企業(yè)在選擇和應(yīng)用基本控制模式時(shí),必須考慮項(xiàng)目的發(fā)展?fàn)顩r和活動(dòng)范圍。

3、勵(lì)磁系統(tǒng)功能

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的部件之一,勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)有效控制的重要組成部分,其主要任務(wù)是為同步發(fā)電機(jī)提供可調(diào)電流的直流勵(lì)磁或繞組中的電壓,以控制發(fā)電機(jī)端部的恒壓,能滿足正常發(fā)電的需要,合理分配機(jī)組間的非工作功率。系統(tǒng)勵(lì)磁控制的主要功能包括以下幾個(gè)方面。

3.1在正常情況下,勵(lì)磁電流是根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷和給定的規(guī)律來調(diào)節(jié)的,在這種情況下,當(dāng)電力系統(tǒng)由于短路或其他原因而嚴(yán)重減小時(shí),發(fā)電機(jī)的強(qiáng)勵(lì)降低了電壓降幅度:在發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然下降的情況下,加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁,為了降低電壓降,發(fā)電機(jī)被迫退磁,以限制發(fā)電機(jī)上電壓的過度上升。

3.2當(dāng)兩臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)在同一母線上并聯(lián)運(yùn)行時(shí),總無功功率在發(fā)電機(jī)之間分配。對于許多發(fā)生故障的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī),機(jī)組間的無功功率會(huì)受到干擾,即當(dāng)振蕩器具有差動(dòng)調(diào)節(jié)特性時(shí),振蕩器的輸出無功功率與差動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)。

對于小調(diào)節(jié)單元,分布無功功率較大,對于大調(diào)節(jié)單元,分布功率較小。通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流,可以改變發(fā)電機(jī)的差動(dòng)特性,即改變發(fā)電機(jī)的輸出功率。

3.3同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)可靠供電的首要條件。靜態(tài)穩(wěn)定性,三種勵(lì)磁方式的穩(wěn)定性都是由一個(gè)良好的勵(lì)磁控制系統(tǒng)來提高的。勵(lì)磁控制系統(tǒng)可以使發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性提高數(shù)倍,但在距離長、負(fù)荷大時(shí)容易產(chǎn)生負(fù)阻尼,從而改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,為了消除二者之間的矛盾,采用了兩種方法:一種是利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS),向勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入一個(gè)或多個(gè)附加控制信號(hào)(如轉(zhuǎn)速、頻率、發(fā)電機(jī)功率變化率),計(jì)算某一頻率的振蕩,然后采用線性最優(yōu)勵(lì)磁控制或非線性勵(lì)磁控制。

3.4當(dāng)電氣系統(tǒng)短路故障或其他原因?qū)е掳l(fā)電機(jī)電壓嚴(yán)重降低時(shí),勵(lì)磁控制裝置強(qiáng)迫發(fā)電機(jī)勵(lì)磁,為提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限和繼電保護(hù)裝置的觸發(fā)精度和靈敏度,輸出電路勵(lì)磁控制裝置迅速滅磁,為此,國家標(biāo)準(zhǔn)和線性標(biāo)準(zhǔn)確定了一系列指標(biāo),如強(qiáng)激勵(lì)極限等,最小勵(lì)磁限值、反向時(shí)間勵(lì)磁限值、磁通限等。

4、勵(lì)磁技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來,許多科研機(jī)構(gòu)和高校都在研究和開發(fā)各種控制方法的電機(jī)勵(lì)磁機(jī)管理理論,越來越多的執(zhí)行器被集成到現(xiàn)代控制理論中,取得了良好的效果,其發(fā)展趨勢如下:

4.1隨著硬件集成度的提高,微機(jī)勵(lì)磁控制器的功能越來越強(qiáng)大,運(yùn)行時(shí)間越來越短,但硬件結(jié)構(gòu)越來越簡單。目前,國外的CPU正在進(jìn)行從多處理器到大功率的控制。

4.2勵(lì)磁方式下,大中型機(jī)組基本為自勵(lì),系統(tǒng)響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)性好、質(zhì)量高,有利于遠(yuǎn)距離輸電,提高機(jī)組和電網(wǎng)過渡狀態(tài)的穩(wěn)定性。隨著世界各國大功率電子元器件的發(fā)展,磁開關(guān)取代了機(jī)械滅弧開關(guān),開關(guān)采用電子開關(guān)。這是因?yàn)殡娮娱_關(guān)無機(jī)械接觸、無火花、瞬時(shí)過電壓,操作速度快、維護(hù)方便,克服了機(jī)械開關(guān)動(dòng)作頻繁、接觸易燃、機(jī)械調(diào)整困難、失控后轉(zhuǎn)子過電壓危險(xiǎn)的特點(diǎn)。

4.3勵(lì)磁系統(tǒng)組成及功能

4.3.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要部件

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng),它由同步發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁控制系統(tǒng)組成。勵(lì)磁控制器是勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要組成部分。它的主要功能是檢測發(fā)電機(jī)電壓的變化,控制勵(lì)磁功率模塊。在勵(lì)磁控制器改變設(shè)定的控制命令之前,勵(lì)磁功率單元不改變勵(lì)磁電壓。一般的半導(dǎo)體勵(lì)磁控制器主要由測量元件應(yīng)力和對比度組成測量比較過程包括電壓測量,比較電壓測量包括測量變壓器直流電壓的開關(guān)電路和濾波電路,它與發(fā)電機(jī)端電壓成正比,并與發(fā)電機(jī)額定電壓對應(yīng)的參考電壓進(jìn)行比較,同時(shí),應(yīng)測量發(fā)電機(jī)的其他參數(shù),限制功率保護(hù)和限制程序的使用。

為了獲得控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性以及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,除了主器件的電壓偏差信號(hào)外,集成放大器還起到組合測量增益和其他信號(hào)的作用,有時(shí)需要結(jié)合輔助設(shè)備接收請求信號(hào)和限制信號(hào)、補(bǔ)償信號(hào)等信號(hào)??刂菩盘?hào)輸入相移觸發(fā)器后的累積增益。

5、影響勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素

在熟悉常規(guī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本功能的同時(shí),還需要了解勵(lì)磁系統(tǒng)的基本問題,它主要影響勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參數(shù)分析表明,相關(guān)參數(shù)的增加將導(dǎo)致特征實(shí)根的增加,因此這些參數(shù)對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在單片機(jī)上的穩(wěn)定性影響很大,必須考慮控制系統(tǒng)的所有要求和運(yùn)行參數(shù),系統(tǒng)的機(jī)電過渡模式必須始終為負(fù),軟件分析和仿真能夠適應(yīng)電網(wǎng)的穩(wěn)定。為了保證電廠的安全運(yùn)行,必須根據(jù)實(shí)際情況采取有效措施應(yīng)對這些因素。

5.1工作方式對勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

在運(yùn)行方式的影響下,系統(tǒng)可能有實(shí)際的特征根,一旦發(fā)生擾動(dòng),系統(tǒng)可能不穩(wěn)定,在優(yōu)化勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)時(shí),必須充分考慮運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最壞運(yùn)行方式,只需設(shè)置實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù),可以及時(shí)提高對給定參數(shù)的適應(yīng)性。根據(jù)實(shí)際需要提供相應(yīng)參數(shù)的選擇范圍,然后根據(jù)最壞運(yùn)行模式建立相應(yīng)的狀態(tài)矩陣,并且分析參數(shù)合理,當(dāng)系統(tǒng)沒有真正的特征根時(shí),可以采用合理的分析方法,它可以作為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的依據(jù),設(shè)置參數(shù)完全滿足控制系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),并能最大限度地減少對勵(lì)磁系統(tǒng)的干擾,以保證企業(yè)獨(dú)立發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2模擬

核電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行分析,因此在分析勵(lì)磁控制方式時(shí)需要對這一現(xiàn)象進(jìn)行類比再現(xiàn)。比較結(jié)果表明,模擬的振動(dòng)不是機(jī)電振蕩器,這種現(xiàn)象是由于勵(lì)磁系統(tǒng)本身的不穩(wěn)定性造成的。因此,在分析系統(tǒng)參數(shù)時(shí),一方面要區(qū)分乳化模型和機(jī)電模型,另一方面,當(dāng)單片機(jī)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用直流電壓模式時(shí),振動(dòng)保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,符合電力系統(tǒng)在負(fù)荷沖擊和三相短路故障影響下能夠繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的事實(shí),認(rèn)為電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中勵(lì)磁控制方式改變后不存在運(yùn)行故障。

6、結(jié)束語

介紹了工業(yè)企業(yè)獨(dú)立發(fā)電廠專用勵(lì)磁系統(tǒng)的基本情況。首先分析了勵(lì)磁系統(tǒng)的主要工作方式主要是主控方式,因?yàn)橹骺胤绞綄?lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有很大的影響,最后分析了綜合勵(lì)磁系統(tǒng)各方面的有效控制方法。勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行人員應(yīng)使勵(lì)磁系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境,企業(yè)對電力的具體需求使獨(dú)立發(fā)電廠也能提供更好的供電服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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