1、研究水電站發電機勵磁系統的應用摘要: 近年來，隨著現代科學技術的發展以及電站設備自動化水平的提高，電廠要求實現無人值班或少人值班，提高電廠發電工作效率，減少維護工作量，提高系統的可靠性和穩定性。勵磁控制系統正是實現這些要求的關鍵設備。在水電站工程中，勵磁系統更是整個電站的重要組成部分，它對電力系統及發電機本身的安全穩定運行有很大的影響。本文從對勵磁系統的發展現狀與趨勢的分析入手，從結構及原理方面具體論述了水電站發電機勵磁系統的應用。 關鍵詞：水電站、發電機勵磁系統、應用 中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號： 水電站發電機勵磁系統作為水電站中水輪發電機的一個重要組成部分，它承擔著向發電

2、機轉子提供勵磁電流的重要功能，因此勵磁系統的性能好壞直接影響整個水電站的運行狀況。隨著電力系統的發展，對電力系統運行穩定性和機組運行可靠性提出了更高要求，迫切需要性能優、功能多和可靠性高的勵磁系統，以滿足電力系統穩定及綜合自動化的要求。同時，近年來計算機監控技術在水電站中得到了廣泛的應用，使得微機勵磁裝置也迅速在水電站中得到了推廣。 1、勵磁系統的發展現狀與趨勢 從制造廠家來看，首先是有多家外國制造商，如廣州抽水蓄能電站引進阿爾斯通的勵磁裝置，隔河巖電站引進加拿大通用電氣公司的勵磁裝置，馬跡塘、五強溪電站引進奧地利依林公司勵磁裝置，三峽水電站采用西門子的勵磁裝置等；也有引進技術的合作生產企業，

3、如李家峽電站部分機組由東方電機廠與ABB合作完成；還有擁有自主知識產權的國有和民營科技企業，如國家電網公司南京自動化研究院、國家電力公司電力科學院、河北工業大學電工廠、華中理工大學等十多家單位都開發了數字式調節器。從水電站勵磁裝置的技術狀況來分析，具有以下基本特點： (1)隨著微電子技術、計算機技術、電力電子器件的進步，數字化技術不同程度地應用于各類勵磁裝置中。采用數字化勵磁裝置已經成為各類老機組技術改造和新機組設計選型的一種趨勢。 (2)水電站自動化系統的應用，無人值班、少人值守逐漸成為水電站運行管理的基本模式，水電站運行計算機監控系統、水電站經濟運行計算機管理系統以及電網穩定運行計算機自動

4、化調度系統都對勵磁裝置提出了新的要求。 (3)勵磁機采用靜止勵磁方式已經成為主流。許多相關技術如干式勵磁變壓器、非線性電阻、熱管散熱技術等被大量采用。 (4)大型水電機組因可靠性、控制特性的高標準而要求勵磁裝置的進步明顯加快，采用的都是高端產品。該類產品選擇上側重于性能和可靠性，對產品價格不做重點考慮。 (5)抽水蓄能電站對勵磁有其特殊要求，目前100000kw以上機組其成套設備包括勵磁系統在內，主要引進外國產品。從勵磁技術看，國內有實力的廠家也能制造，主要是缺乏經驗和機會。 (6)中小型水電站包括微型水電站其總量占絕大多數，從現在的市場情況看，這一領域主要是國產勵磁裝置的天下。老機組改造任務

5、與新建項目各占一半。這部分產品要求的特點是具備基本功能、運行可靠、調試容易、價格低廉、維護方便。 因此，結合國內水電機組勵磁調節裝置研究開發情況及國外勵磁技術的發展情況看，勵磁裝置開發的重點是調節器，例如設計了雙微機勵磁調節器等。雙微機勵磁調節器的雙通道完全相同，無主從之分，可雙向切換。從理論上講，雙通道同時出故障的概率很小，但在工程上因為雙微機勵磁調節器故障而引起機組被迫停機的事故也常有發生，其主要原因是切換不可靠。雙微機勵磁調節器目前已經是一種比較成熟的方案，主要用于大中型發電機。由于采用雙微機勵磁調節器會提高勵磁系統的投入成本，考慮到勵磁調節器在中小型發電機中所占的費用及在電網中承擔的任

6、務，要求勵磁調節器在設計上簡單、可靠、性價比高。因此，工程上把提高單微機勵磁調節器的可靠性視為提高中小型發電機勵磁調節器整體可靠性的最重要措施。 2、微機勵磁調節器的結構原理及應用分析 勵磁調節器是發電機中極其重要的一部分。性能優的勵磁控制器可以保證同步發電機運行的可靠性與穩定性。在正常運行時，勵磁調節器供給發電機勵磁電流，并根據發電機負載的變化作相應調整，以維持發電機機端電壓或電網中某一點電壓在給定水平上。當發電機突然甩負荷時，它實行強行減磁以限制機端電壓，使其不會過度升高。此外，當幾臺發電機并列運行時，通過勵磁控制器的作用可使無功功率在機組間得到穩定和合理的分配。為了實現上述功能，微機勵磁

7、調節器必須具備以下相應的硬件結構和軟件設置。一般微機勵磁調節器的工作原理如下圖所示。 微機勵磁調節器的工作原理圖 2.1、信號測量部分 由上圖可知，從發電機機端電壓互感器YH和定子電流互感器LH來的信號調差后，經過數據采集和數據處理，轉換成05V的直流信號輸入到測量部分。對于電量的采集有直流算法和交流算法。直流算法所用的硬件較多，但簡單；交流算法所用的硬件較少，但是程序的編寫較為復雜。 2.2、調差單元 為了使并聯運行的各發電機組按其容量向電網提供無功功率，以實現無功功率在各機組間穩定、合理地分配，在自動勵磁調節器的測量比較中設置了調差電路，用以改變發電機無功調節特性的斜率。若調差系數小，當無

8、功電流變化時發電機電壓變化就小。所以調差系數的大小又表征了勵磁控制系統維持發電機電壓水平的能力。 2.3、調節控制部分 同步發電機的整個工作過程，可劃分為兩個階段。第一個階段，是指發電機從起勵建壓到并網之前，這一階段的時間極短；第二階段，是指同步發電機并網之后。此時勵磁控制系統是通過調節勵磁電流來調整發電機向電網輸出的無功功率。這一階段是同步發電機的主要工作階段。勵磁控制系統是一個典型的閉環系統。在控制系統中，往往通過系統校正，即在原系統中增加校正裝置，改變系統的整體結構，從而使系統實現所需的性能。勵磁控制系統的控制規律最終都歸結為PID運算，PID運算仍然是基礎。除了PID運算外，還有較為復

9、雜的算法，例如模糊控制、人工智能等。需要說明的是算法上二的先進不代表這種算法能使控制對象的性能達到最優。它們的先進性更多的是體現在對不同控制對象的適應性方面，即魯棒性。 2.4、軟件限制部分 為了同步發電機的安全、可靠、穩定運行，保護機組設備，要求勵磁系統對各種極限運行工況作出反應，為此，在勵磁調節器中附加了一系列勵磁限制器，這里稱之為軟件限制部分。軟件限制部分主要包括最大勵磁電流瞬時限制器、反時限過勵磁電流限制器、欠勵限制器以及伏赫限制器等。 2.5、移相觸發及脈沖放大部分 勵磁調節器中，移相觸發及脈沖放大部分的任務是產生相位可調的脈沖，用來觸發整流橋中的晶閘管，使其控制角隨綜合放大環節輸出的控制電壓的大小而改變，從而達到自動調節發電機勵磁電流的目的。因此，該部分是調節器的關鍵部分之一，它要求：嚴格與勵磁電源的電壓保持相位上的同步；移相分辨率要高，移相范圍要大；各相觸發脈沖的控制角要一致，即對稱性要好；能適用于單相半控橋、單相全控橋、三相半控橋或三相全控橋式整流電路；要具有頻率自適應性能，即電網頻率變化時，觸發脈沖仍保持嚴格對稱；產生的脈沖要有足夠的功率，前沿要陡，要有適當的寬度。 3、結語 水電站工程中，勵磁系統是整個電站的重要組成部分，它對電力系統及發電機本身的安全穩定運行有很大的影響。因而，在工作實踐中