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優(yōu)化發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)防止電網(wǎng)停電事故

2010-04-03 06:46:55哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司李宏安
關(guān)鍵詞:勵(lì)磁機(jī)調(diào)節(jié)器勵(lì)磁

■ 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 李宏安

1 勵(lì)磁系統(tǒng)

隨著電力工業(yè)的跨越式發(fā)展,發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)容量不斷增大,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。由于發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)非線性因素的影響,運(yùn)行方式和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化,都對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能和功能參數(shù),提出了更高的要求。哈電自行開發(fā)和應(yīng)用的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要有以下5種:(1)直流勵(lì)磁機(jī)可控硅勵(lì)磁控制系統(tǒng);(2)“復(fù)勵(lì)”源靜止勵(lì)磁控制系統(tǒng);(3)電壓源靜止勵(lì)磁控制系統(tǒng);(4)“它勵(lì)”交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng);(5)自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)等。自從三峽機(jī)組開建以后,通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新,對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的性能、參數(shù)等進(jìn)行了優(yōu)化、改進(jìn),形成了4種用于大型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng),即:“復(fù)勵(lì)”源靜止勵(lì)磁控制系統(tǒng)、電壓源靜止勵(lì)磁控制系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)和“無(wú)刷勵(lì)磁”勵(lì)磁控制系統(tǒng)。同時(shí)還研究開發(fā)了自適應(yīng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)和 智能型微機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器,而智能型微機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器卻是自適應(yīng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的核心。它們的共同特點(diǎn)是:勵(lì)磁控制方式、理論分析、計(jì)算方法和數(shù)學(xué)模型都是行之有效的,技術(shù)上是成熟的、可靠的,已在全國(guó)推廣應(yīng)用。

2 預(yù)防停電

近年來(lái),由于國(guó)際上發(fā)生了多次大停電事故,造成了巨大損失。它給國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的安全運(yùn)行也敲響了警鐘。而且國(guó)內(nèi)的局部電網(wǎng)也確實(shí)因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)電壓振蕩而引起了停電事故。為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,國(guó)內(nèi)各電網(wǎng)的調(diào)度管理部門決定對(duì)其電網(wǎng)進(jìn)行完善并采取安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的保護(hù)措施,其中包括向電網(wǎng)中投運(yùn)PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)。采用這項(xiàng)措施的有效性已被當(dāng)今世界各大電網(wǎng)所證實(shí)。由于它是基于人工智能型的高科技,所以至今為止它也是保護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性最先進(jìn)的手段。但是,這種保護(hù)系統(tǒng)要求首先向它輸入發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)詳細(xì)而又準(zhǔn)確的性能、參數(shù),必須提供在勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段所采用的現(xiàn)代化數(shù)學(xué)模型,以便超前掌握發(fā)電機(jī)輸出電壓等參數(shù)的變化趨向。

3 優(yōu)化參數(shù)

為了滿足國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)現(xiàn)代化的要求,完成了下述運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化、選擇與設(shè)置:自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)、時(shí)間常數(shù)(T)、發(fā)電機(jī)的最大輸出限幅、電壓(U)與頻率(f)的延續(xù)時(shí)間、 比例增益系數(shù)(K)、電壓“調(diào)差”系數(shù)、飽和系數(shù)(S)、積分系數(shù)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)參數(shù)、額定負(fù)載系數(shù)、“起勵(lì)”時(shí)間系數(shù)、角度修正系數(shù)、空載“過(guò)勵(lì)”限制、備用參數(shù)的設(shè)置等;進(jìn)行了有功功率(P)/無(wú)功功率(Q)的百分比、無(wú)功補(bǔ)償率、空載電壓/頻率定值、負(fù)載電壓/頻率定值、主機(jī)功率因數(shù)、備用參數(shù)、最大步長(zhǎng)等的“階躍”試驗(yàn)等;完成了重要功能的選擇,其中包括:跟蹤選擇、干擾信號(hào)、電壓“調(diào)差”選擇、適應(yīng)選擇、“它勵(lì)”選擇、“它勵(lì)”試驗(yàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的選擇等。開發(fā)了HWLT-4微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)完整而又真實(shí)的數(shù)學(xué)模型,并在現(xiàn)有成熟的控制策略基礎(chǔ)上添加了標(biāo)準(zhǔn)的單環(huán)PI(人工智能)控制結(jié)構(gòu)。

3.1 快速響應(yīng)

首先對(duì)國(guó)內(nèi)外各大電網(wǎng)按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 要求而采用的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析研究,掌握了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的各種要求,然后重新優(yōu)化和更新了現(xiàn)有的勵(lì)磁控制系統(tǒng)控制“主環(huán)”回路的數(shù)學(xué)模型。十多年的運(yùn)行實(shí)踐證明:原有的微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性,只是調(diào)節(jié)速度稍微慢了。經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)以后,達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求,并且還開發(fā)應(yīng)用了各大電網(wǎng)迫切要求的具有快速起始響應(yīng)功能的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模型。

與“常規(guī)”型比,這種“快速”型勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)主要在于改變了其交流勵(lì)磁機(jī)的數(shù)學(xué)模型環(huán)節(jié),是交流勵(lì)磁機(jī)的參數(shù)決定了它是“常規(guī)”型還是“快速”型。必須指出:近年來(lái)許多招標(biāo)的標(biāo)書中,要求提供的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)是高(快速)起始響應(yīng)型的。這是一種誤解。靜止勵(lì)磁系統(tǒng)本身就是快速響應(yīng)系統(tǒng),其電壓調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間≤0.08s,它不采用交流勵(lì)磁機(jī);經(jīng)過(guò)改進(jìn)優(yōu)化了的交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng),雖然具備了快速起始響應(yīng)功能,其電壓調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間甚至接近于靜止勵(lì)磁系統(tǒng),但是它采用了交流勵(lì)磁機(jī)。

3.2 軟件程序

3.2.1 勵(lì)磁控制。研究并制定了勵(lì)磁控制軟件程序,其中包括:1)整體軟件流程圖;2)數(shù)據(jù)采集模塊;3)主控模塊;4)通訊模塊等。

3.2.2 人機(jī)界面。完成了人—機(jī)交互界面程序的編寫,其中包括:1)與下位機(jī)的通訊模塊 ;2)主通道數(shù)據(jù)的顯示模塊 ;3)備用通道數(shù)據(jù)的顯示模塊 ;4)參數(shù)設(shè)置界面的修改等。

4 便攜式裝置

如果將現(xiàn)有的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整機(jī),送到國(guó)家電網(wǎng)指定的華北電網(wǎng)的入網(wǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試,由于體積和重量方面的原因,運(yùn)輸十分不便。因此 ,對(duì)各種運(yùn)輸方案的可能性進(jìn)行了探討,并對(duì)測(cè)試時(shí)所需要的物理量進(jìn)行了仔細(xì)的研究分析,改進(jìn)了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硬件,最后研制出了一種用于電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的便攜式實(shí)驗(yàn)裝置。

5 驗(yàn)證試驗(yàn)

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),采用了物理動(dòng)態(tài)模擬和數(shù)字模擬2種方法,應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)構(gòu)建了包括發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁機(jī)、調(diào)速系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、主變壓器、主開關(guān)、及等值無(wú)窮大電源在內(nèi)的電力系統(tǒng)仿真環(huán)境,向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器裝置提供所需要的發(fā)電機(jī)的電壓、電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流,和勵(lì)磁機(jī)本身的勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流,以及主開關(guān)的位置節(jié)點(diǎn)等模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào),將自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器裝置輸出的控制電壓模擬信號(hào)輸入到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng),經(jīng)過(guò)勵(lì)磁機(jī)模型或描述整流器特性的一階滯后環(huán)節(jié),便可得到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓,從而構(gòu)成閉環(huán)試驗(yàn)環(huán)境。

5.1 仿真測(cè)試。首先利用廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)站的勵(lì)磁仿真裝置對(duì)新的軟件進(jìn)行了大量的仿真測(cè)試,加深了對(duì)新的數(shù)學(xué)模型參數(shù)設(shè)置的理解,并且對(duì)軟件進(jìn)行了大量的改進(jìn),使其功能更加完善。

5.2 入網(wǎng)測(cè)試。順利地通過(guò)了在國(guó)家電網(wǎng)指定的華北電力科研院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的勵(lì)磁系統(tǒng)入網(wǎng)資格測(cè)試。

5.3 真機(jī)試驗(yàn)。最后通過(guò)了在下述發(fā)電站進(jìn)行的真機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并投入了運(yùn)行:1) 新疆天業(yè)發(fā)電站; 2) 山西南莊發(fā)電站; 3) 云南“居蒲渡”發(fā)電站;4) 貴州“那雍”發(fā)電站等電站。

6 結(jié)論

(1)作為“發(fā)電設(shè)備國(guó)家工程研究中心”的哈電,經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)了的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的性能參數(shù)、數(shù)學(xué)模型等通過(guò)了國(guó)家電網(wǎng)按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的測(cè)試,達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

(2)為滿足廣大電網(wǎng)的要求而開發(fā)的具有快速起始響應(yīng)功能的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng),增強(qiáng)了我國(guó)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的綜合實(shí)力。

(3)最新開發(fā)的這種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、現(xiàn)有產(chǎn)品的運(yùn)行維護(hù)和老產(chǎn)品的技術(shù)改造、更新?lián)Q代都具有重大參考價(jià)值。

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