勵磁控制任務與要求

同步發電機的運轉特性與它的空載電動勢E值的大小有關，而E的值是發電機勵磁電流If的函數，改變勵磁電流就可影響同步發電機在電力系統中的運轉特性。因此，對同步發電機的勵磁進行控制，是對發電機實務控制的重要内容之一。

電力系統在正常運轉時，發電機勵磁電流的變化主要影響電網的電壓大小和並聯運轉機組間無功功率的分配。在某些故障情況下，發電機端電壓將導致電力系統穩定性下降。為此，當系統發生故障時，要求發電機迅速增大勵磁電流，以維持電網的電壓值及穩定性。可見同步發電機勵磁的自動控制在電能品質、無功功率的合理分配和提高電力系統運作的可靠性方面，都是十分的重要。

在電力系統正常運轉或事故運轉中，同步發電機的勵磁控制系統有著重要的作用。優良的勵磁控制系統應可以保証發電機可靠運轉，提供合格的電能。 根據運轉方面的要求，勵磁控制系統應該承擔如下任務。

• (一)電壓控制
  電力系統在正常運轉時，負荷總是經常波動的，同步發電機的功率也就發生相應變化。隨著負荷的波動，需要對勵磁電流進行調節以維持機端或系統中某一點的電壓保持不變。 勵磁自動控制系統擔負了維持電壓準位的任務。
• (二)控制無功功率的分配
  設同步發電機與無限大電網並聯運轉，由於發電機發出的有功功率只受調速器控制，與勵磁電流的大小無關。發電機勵磁電流的變化只是改變了機組的無功功率和功率角大小。
  由此可見，與電網並聯運轉的機組，調節它的勵磁電流可以改變發電機無功功率的數值。
  在實際運轉中，與發電機並聯運轉的電網並不是無限大母線，則系統等值阻抗並不等於零，電的電壓將隨著負荷波動而改變。發電機輸出無功電流與它的電網電壓準位有關，改變其中一台發電機的勵磁電流不但影響發電機電壓和無功功率，而且也將影響與之並聯運轉機組的無功功率，其影響程度與系統情況有關。因此，同步發電機的勵磁自動控制系統還擔負著並聯運轉機組間無功功率合理分配的任務。
• (三)提高同步發電機並聯運轉的穩定性
  電力系統在運行中隨時都可能遭受各種干擾，在各種擾動後，發電機組能夠恢復到原來的運轉狀態，則稱系統是穩定的。其主要是在暫態過程結束後，同步發電機能維持或恢復同步運轉。 為了便於研究，將電力系統的穩定分爲靜態穩定和暫態穩定兩類。
  由此可見，與電網並聯運轉的機組，調節它的勵磁電流可以改變發電機無功功率的數值。
  靜態穩定：與自動控制中的穩定概念一樣，是指電力系充在正常運轉狀態下，經受微小擾動後恢復到原來運行狀態的能力。
  暫態穩定：是指電力系統在某一正常方式下突然遭受大擾動後能否過渡到一個新的穩定運行狀態。或者恢復到原來運行狀態的能力。大的擾動是指電力系統發生某種事故，如電網發生短路或發電機突卸等。 現在又把電力系統受到小的或大的干擾後，歸於自動調節和控制裝置作用的長過程運轉穩定問題稱爲動態穩定。 在分析電力系統受到穩定性問題時，不論靜態穩定或暫態穩定，在數學模型表達式中總含有發電機空載電動勢E，而E與勵磁電流有關。 可見，勵磁自動控制系統是通過改變磁電流從而改變E值來改善系統穩定性的。
• (四)改善電力系統的運行條件
  當電力系統由於種種原因，出現短時低電壓時，勵磁自動控制系統可以發揮其調節功能，即大幅度地增加勵磁以提高系統電壓。這在下述情況下可以改善系統的運行條件。

前面已經分析了同步發電機勵磁自動控制系統的主要任務，這些任務主要由勵磁系統來實現。勵磁系統是由勵磁功率單元和勵磁調節器兩部分組成的，為了充分發揮它們的作用，完成發電機勵磁自動控制系統的各項任務，對勵磁功率單元和勵磁調節器性能分別提出如下的要求。

• (一)對勵磁調節器的要求
  勵磁調節器的主要任務是檢測和綜合系統運行狀態的信息，以產生相應的控制信號，經放大後控制勵磁功率單元以得到所要求的發電機勵磁電流，所以對它的要求如下：
  • (1)系統正常運行時，勵磁調節器應能反映發電機電壓高低以維持發電機電壓值。通常認爲：自動勵磁調節器應能保証同步發電機端電壓靜差率：半導體型的<1%；電磁型的<3%。
  • (2)勵磁調節器應能合理配機組的無功功率，為此，勵磁調節器應保証同步發電機端電壓調差率可以在下列範圍內進行調整：半導體型的為±10%;電競型的為±5%。
  • (3)遠距離輸電的發電機組，為了能在人工穩定區域運行，要求勵磁調節器沒有失靈區(死帶)。
  • (4)勵磁調節器應能迅速反應系統故障，具備強行勵磁等控制功能，以提高暫態穩定和改善系統運行條件。
  • (5)具有較小的時間常數，能迅速響應輸入資訊的變化。
  • (6)勵磁調節器正常工作與否，直接影響了發電機組的安全運行，因此要求能夠長期可靠工作。
• 對勵磁功率單元的要求
  勵磁功率單元受勵磁調節器控制，對它的要求如下:
• (1)要求勵磁功率單元有足夠的可靠性並具有一定的調節容量。在電力系統運行中，發電機依靠勵磁電流的變化進行系統電壓和本身無功功率的控制。因此，勵磁功率單元應具備足夠的調節容量以適應電力系統中各種運轉狀況的要求。
• (2)具有足夠的勵磁最大電壓和電壓上升速度。前面已經提到，從改善電力系統運行條件和提高電力系統暫態穩定性來說，希望勵磁功率單元具有較大的強勵磁能力和快速的響應能力。因此，在勵磁系統中勵磁最大電壓和電壓上升速度是兩項重要的技術課題。
  勵磁系統的動態指標用上升的幅值與時間(過程)來定義勵磁電壓響應比，是因為在大多數情況下，人們對發電機強行勵磁作用更為關切。其實，在暫態穩定過程中，勵磁自動控制系統的減碳過程也是同樣重要的。
  現在一般大容量機組往往採用快速勵磁系統，勵磁系統電壓響應時間(勵磁電壓達到95%最大電壓所需時間)為0.1s或更短的勵磁系統，稱為高起始響應勵磁系統(或稱快速勵磁系統)，在這裡，用響應時間作為動態性能評定指標。 由於勵磁系統的強勵倍數和電壓上升速度涉及到勵磁系統的結構和造價等，所以在選擇方案時應根據發電機在系統中的地位和作用等因素，提出恰當的規範以適應運轉上的要求，過高的要求有時也未必合理。