鐘詠鳴

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司,廣東惠州 516086)

同步發(fā)電機勵磁控制分析

鐘詠鳴

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司,廣東惠州 516086)

一般來說,在電網(wǎng)系統(tǒng)中最有效和最經(jīng)濟的控制手段就是同步發(fā)電機自并勵靜態(tài)勵磁控制。在目前的絕大部分電站中,都是利用同步電機自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng),這是電力系統(tǒng)中的重要組成部分。同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制能夠有效降低電壓的波動,提高系統(tǒng)的抗干擾能力并且有效維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,對于整個電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的運行起到關(guān)鍵的作用。本文針對同步電機自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)進行了較為全面的分析研究,對同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制的發(fā)展現(xiàn)狀及設(shè)計方法步驟上作了簡單概括的基礎(chǔ)上,提出了穩(wěn)定控制的方法。

同步發(fā)電 自并勵靜態(tài)勵磁控制 穩(wěn)定控制

同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制一直是研究比較活躍的領(lǐng)域,隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大,對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。近年來,隨著控制理論的大力推進,同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足了這一要求。而且隨著我國電力事業(yè)的大力發(fā)展,在同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制上已經(jīng)取得了相當可觀的成果,但是與西方發(fā)達國家相比還存在著較大的差距,因此我國在同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)的控制上要腳踏實地的解決理論和實際的問題,使我國的電力事業(yè)得到進一步的發(fā)展。

1 同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀40年代,就出現(xiàn)了自動控制電壓調(diào)節(jié)裝置,這就是早期的同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁裝置的雛形。這種調(diào)節(jié)裝置采用的是機端電壓偏差來作為反饋量按照一定的比例進行調(diào)節(jié)。早期的自動電壓控制系是運用古典控制理論中的根軌跡法來確定控制器的運行參數(shù),實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓的變化值。古典自并勵靜態(tài)勵磁控制的研究對象是線性定常系統(tǒng)經(jīng)過運算來確定控制器的比例參數(shù)。但是這種簡單的自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)存在著很大的缺點就是穩(wěn)定能力差,必須經(jīng)常手動調(diào)節(jié)控制器參數(shù)。當控制器毀壞時,控制參數(shù)可能會失去比例控制導(dǎo)致電壓瞬時增大,燒毀設(shè)備。到了60年代,現(xiàn)代控制理論得到了很大的發(fā)展,然后就逐漸取代了40年代的自動電壓調(diào)節(jié)器。一些機構(gòu)研究的AVR-PSS得到了迅速的普及,這種系統(tǒng)具有一套縝密的設(shè)計理論,使得同步發(fā)電控制得到了優(yōu)化。70年代出現(xiàn)了大系統(tǒng)分散控制理論,但是這種控制理論不能保持同步發(fā)電的穩(wěn)定性。直到80年代后期,各地學(xué)者提出了魯棒控制系統(tǒng)的理論,解決了控制系統(tǒng)在預(yù)定的參數(shù)和結(jié)構(gòu)擾動下部門能保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和可用性的缺陷。直到近幾年的發(fā)展,同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)才取得了飛速的發(fā)展。同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)是利用多種控制理論的綜合,在現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上提出的智能控制理論,從整個控制理論的發(fā)展上來看,很難憑借一種控制規(guī)律來實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定控制和解決實際自并勵靜態(tài)勵磁控制,往往多種控制理論相結(jié)合才能取得更好的控制效果。同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)就是多種控制方式綜合的一種控制系統(tǒng),它有效的實現(xiàn)了多機系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。

2 自并勵靜態(tài)勵磁同步發(fā)電機工作原理

自并勵靜態(tài)勵磁發(fā)電機分為轉(zhuǎn)子和靜子兩大部分,其中轉(zhuǎn)子部分是旋轉(zhuǎn)的,由自并勵靜態(tài)勵磁繞組、旋轉(zhuǎn)整流器和交流自并勵靜態(tài)勵磁機的電樞繞組構(gòu)成。靜子指的是自并勵靜態(tài)勵磁發(fā)電機的靜止不動的部分,包括;自并勵靜態(tài)勵磁發(fā)電機的自并勵靜態(tài)勵磁繞組,發(fā)電機的電壓整流裝置和副自并勵靜態(tài)勵磁機等部件。交流式的自并勵靜態(tài)勵磁發(fā)電機可以實現(xiàn)自勵或者他勵。自并勵靜態(tài)勵磁發(fā)電機的永磁磁路和電自并勵靜態(tài)勵磁路是相互隔離的,兩者之間在工作時是互不影響的,但是他們之間公用一套定子繞組。

3 同步發(fā)電自并勵靜態(tài)勵磁控制器的設(shè)計

3.1 模糊PID自并勵靜態(tài)勵磁控制

模糊PID自并勵靜態(tài)勵磁控制器不僅可以根據(jù)系統(tǒng)的控制輸出的參數(shù)來不斷更新三個控制參數(shù),而且可以在現(xiàn)代的電網(wǎng)系統(tǒng)中具有良好的動靜態(tài)表現(xiàn),而且可以有效的應(yīng)付各種問題。但是,目前模糊PID控制器會導(dǎo)致控制精度降低而且缺乏系統(tǒng)性,沒有辦法實現(xiàn)控制目標。

模糊推理得到的結(jié)果得到的仍然是一個模糊的集合。但是在發(fā)電機實際工作中,只有一個值是正確的,也只有這一個正確的值才能驅(qū)動或者控制發(fā)電機運行。因此在模糊推理的集合中找出最優(yōu)值的過程就叫做精確化過程,這個過程可以采取多種方法進行計算,當然在使用不同的方法時得到不同的結(jié)果也是正常的,但是這些值的上下誤差不會很大,否則就是計算方法的錯誤,應(yīng)重新選定方式。通常最常用的的方式是：重心法,取中法和加權(quán)平均法。

模糊自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)對發(fā)電機機端的電壓偏差和偏差的變化進行實時監(jiān)測,然后同時反饋到發(fā)電機系統(tǒng),使發(fā)電機得到最優(yōu)的運行方式。

3.2 常規(guī)PID控制器

常規(guī)的PID控制器在實際應(yīng)用中非常普遍,這種控制器具有自己的優(yōu)點。在現(xiàn)代控制中,這種常規(guī)控制器結(jié)構(gòu)比較簡單、穩(wěn)定性良好、工作性能可靠的優(yōu)點。

每次改變PID控制裝置中的參數(shù)運行時,控制程度就會發(fā)生變化,控制器的輸出也會發(fā)生變化?？刂茀?shù)主要包括三個環(huán)節(jié)：比例控制環(huán)節(jié)、積分控制環(huán)節(jié)和微分控制環(huán)節(jié)。

3.3 步發(fā)電機自并勵靜態(tài)勵磁控制器

自并勵勵磁系統(tǒng)沒有交流勵磁機,因此控制器的控制作用就可以直接來控制轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流。在他并勵勵磁裝置中,因為有交流勵磁機而且是旋轉(zhuǎn)部分,是不可以控制的,也就不能控制轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流。在自并勵勵磁控制中只有通過時間常數(shù)進行補償,才能提高勵磁系統(tǒng)的快速性。

4 結(jié)語

自并勵靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)中具有不可替代的優(yōu)勢,通過本文提出的各種設(shè)計方式中,有效的提高了勵磁系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程,對于發(fā)電機的穩(wěn)定運行具有重要的現(xiàn)實意義。

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