論勵磁控制對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響

　　第一章：勵磁系統(tǒng)概述 

　　第一節(jié)：同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)介紹 

　　它勵可控硅勵磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點是在發(fā)電站出口附近發(fā)生短路故障時，強勵能力強，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故障切除時間比較長、系統(tǒng)容量相對小的50、60年代這一優(yōu)點是很突出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應用，故障切除時間的縮短，它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是很明顯。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，元部件少，其勵磁電源來自機端變壓器，無旋轉部件，運行可靠性高，維護工作量小。且由于變壓器容量的變更比交流勵磁機的變更更簡單、容易，因而更經(jīng)濟，更容易滿足不同電力系統(tǒng)、不同電站的暫態(tài)穩(wěn)定水平對勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的不同要求。 

　　它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的缺點是由于交流勵磁機是非標準產(chǎn)品，難以標準化，即使是同容量的發(fā)電機,尤其是水輪發(fā)電機，由于水頭、轉速的不同，強勵倍數(shù)的不同，交流勵磁機的容量、尺寸也不同，因此，價格較自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)貴。另外它勵可控硅勵磁系統(tǒng)與自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有旋轉部件，可靠性相對較低，運行維護量大。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的缺點是它的勵磁電源來自發(fā)電機端，受發(fā)電機機端電壓變化的影響。當發(fā)電機機端電壓下降時其強勵能力下降，對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定不利。不過隨著電力系統(tǒng)中快速保護的應用，故障切除時間的縮短，且自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)可以通過變壓器靈活地選擇強勵倍數(shù)，可以較好地滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的要求。 

　　綜合考慮技術和經(jīng)濟兩方面因素，推薦在發(fā)電機組采用自并勵快速勵磁方式。為驗證其正確性，通過穩(wěn)定計算研究了滿發(fā)時發(fā)電機組采用自并勵勵磁方式的穩(wěn)定情況，計算結果表明，發(fā)電機組采用自并勵勵磁方式可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，但必須同時加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。 

　　直流機勵磁方式是采用直流發(fā)電機作為勵磁電源，供給發(fā)電機轉子回路的勵磁電流。其中直流發(fā)電機稱為直流勵磁機，其優(yōu)點是與無勵磁機系統(tǒng)比較，廠用電率較低。缺點是直流勵磁機存在整流環(huán)，功率過大時制造有一定困難，100MW以上汽輪發(fā)電機組難以采用。直流勵磁機一般與發(fā)電機同軸，勵磁電流通過換向器和電刷供給發(fā)電機轉子磁電流，形成有碳刷勵磁。直流機勵磁方式又可分為自勵式和它勵式。專門用來給同步發(fā)電機轉子回路供電的直流發(fā)電機系統(tǒng)稱為直流勵磁機系統(tǒng)，它勵直流勵磁方式，就是在它勵系統(tǒng)中增加副勵磁機，用來供給勵磁機的勵磁電流，副勵磁機FL為主勵磁機JL的勵磁機，副勵磁機與主勵磁機均與發(fā)電機同軸。與自勵直流勵磁機系統(tǒng)比較，自勵與他勵的區(qū)別是對主勵磁機的勵磁方式而言的。他勵直流勵磁機系統(tǒng)比自勵勵磁機系統(tǒng)多用了一臺副勵磁機，所用設備增多，占用空間大，投資大。但是提高了勵磁機的電壓增長速度，因而減小了勵磁機的時間常數(shù)。他勵直流勵磁機系統(tǒng)一般只用在水輪發(fā)電機組上。 

　　采用直流勵磁供電的勵磁方式，在過去的十幾年間，是同步發(fā)電機的主要勵磁方式。目前大多數(shù)中小型同步發(fā)電機仍采用這種勵磁方式。長期的運行經(jīng)驗證明，這種勵磁方式具有獨立的，不受外系統(tǒng)干擾的勵磁電源。勵磁可靠性高，且調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點。但換向器和電刷的維護工作量大。近年來，隨著電力生產(chǎn)的發(fā)展，同步發(fā)電機的容量愈來愈大，要求勵磁功率也相應增大，而大容量的直流勵磁機無論在換向問題或電機的結構上都受到限制。因此，直流勵磁方式愈來愈不能滿足要求。目前，在100MW及以上發(fā)電機上很少采用。我廠為保證勵磁系統(tǒng)的高可靠性而配備的備用勵磁機就是它勵直流機勵勵磁方式。 

　　第二節(jié)：交流機勵磁方式 

　　用直流機作為勵磁電源，不僅維護困難，而且在應用上也有限制。采用交流機勵磁方式，由于勵磁機容量相對較小，只占同步發(fā)電機容量的0.3～0.5，且時間常數(shù)也較小(即響應速度快)。因此在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的大容量發(fā)電機(如200MW、300MW等)，都采用交流勵磁機系統(tǒng)。現(xiàn)在大容量的發(fā)電機，要求勵磁系統(tǒng)有很高的可靠性和很快的響應速度。而直流勵磁機系統(tǒng)存在的整流環(huán)是安全運行的薄弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，所以100MW及以上容量機組都用交流勵磁機系統(tǒng)。交流勵磁機系統(tǒng)的核心設備是交流勵磁機，其容量相對較小，只占同步發(fā)電機容量的0.3%～0.5%。由于要求其響應速度很快，所以大型機組的交流勵磁機系統(tǒng)一般采用他勵方式，既有主勵磁機，也有副勵磁機。 

　　交流勵磁機系統(tǒng)是采用專門的交流勵磁機代替了直流勵磁機，并與發(fā)電機同軸。它運行發(fā)出的交流電，經(jīng)整流電路后變成直流，供給發(fā)電機勵磁。 

　　第三節(jié)：其他勵磁方式 

　　1.1自勵交流勵磁機系統(tǒng) 

　　自勵交流勵磁機的勵磁電源從本機出口電壓直接獲得。為了維持端電壓的恒定用可控硅整流元件。因此，自動勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)整電流輸出至何處向發(fā)電機轉子送電： 

　　方案中，自勵的交流勵磁機經(jīng)可控硅整流橋B向發(fā)電機轉子送電，自動勵磁調(diào)節(jié)器控制此可控硅的導通角，調(diào)整其輸出電流，以維持發(fā)電機端電壓的恒定。交流勵磁機本身則經(jīng)過令一個反饋回路，由自身的恒壓單元來保證其交流勵磁電壓的恒定。由于這種方案完全不考慮勵磁機的時間常