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電力系統穩定性控制對象的概述

 

電力系統的穩定性控制對象包括勵磁控制和汽門(mén)控制。早在20世紀60年代,人們就提出了電力系統穩定器技術(shù)的概念。這項技術(shù)是指通過(guò)控制發(fā)電機的勵磁系統來(lái)提高系統穩定性,當時(shí)基于這種技術(shù)的研究就已經(jīng)取得了一定的成就。后來(lái),中國在這項技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)推廣方面,進(jìn)行了出色的工作,使中國在這項技術(shù)上接近了國際水平。目前,發(fā)電機的勵磁研究已經(jīng)成為提高電力系統穩定性控制的必選手段。


同步發(fā)電機的勵磁系統包括勵磁電源和勵磁裝置兩部分構成。其中勵磁電源是指勵磁變壓器或者勵磁機,而勵磁裝置是用來(lái)控制和調節勵磁電流的電氣調控裝置。在實(shí)際正常運行的電力系統中,發(fā)電機不僅能夠提供電力系統所需要的有功功率,而且還是無(wú)功功率的主要來(lái)源。發(fā)電機的勵磁系統是發(fā)電機的主要組成部分,在維持電力系統穩定性方面有很大的作用。一旦電力系統發(fā)生故障,負荷急劇變化,此時(shí),發(fā)電機勵磁系統通過(guò)調節勵磁裝置來(lái)改變勵磁電流,維持發(fā)電機的極端電壓在給定的范圍內,從而提高電力系統的穩定性。同時(shí),當發(fā)電機內部出現故障時(shí),勵磁裝置還會(huì )有強行增磁、減磁、以及滅磁功能,來(lái)減小故障損失。從不同的勵磁電源方面考慮,勵磁方式被分為以下三種:


(1)直流勵磁機勵磁方式

所謂直流勵磁機勵磁方式是指通過(guò)對勵磁繞組供電,產(chǎn)生勵磁磁通,而建立磁場(chǎng)的過(guò)程。其中包括他勵磁,并勵磁,串勵磁以及復勵磁等方式。它的過(guò)程簡(jiǎn)單,受系統影響小,通常用于中、小機組的發(fā)電機,但是維護相對較困難。


(2)交流勵磁機勵磁方式

它是通過(guò)交流勵磁機提供勵磁電流,因為此電流是交流電流,所以必須經(jīng)過(guò)整流之后將其變?yōu)橹绷?,再供給發(fā)電機勵磁繞組。一般裝在發(fā)電機的大軸上,其輸出的交流電經(jīng)過(guò)整流以后再供給發(fā)電機轉子勵磁。多用于容量在100MV及以上的汽輪發(fā)電機組。其工作可靠、構造簡(jiǎn)單,但是噪音和諧波分量相對較大。


(3)靜止勵磁方式

靜止勵磁方式?jīng)]有旋轉部分,一般都是自并勵勵磁方式,他的優(yōu)點(diǎn)是運行可靠性高,響應速度快,可提高電力系統的穩定性,維護簡(jiǎn)單,效益相對較高。


對于電力系統的穩定性研究除了勵磁控制系統還有第二個(gè)控制對象:汽門(mén)或者水門(mén)開(kāi)度系統。汽輪發(fā)電機的汽門(mén)開(kāi)度系統是根據發(fā)電機的轉速偏差信號來(lái)控制和調節汽門(mén)系統的開(kāi)度,從而改變功率的輸出,保證系統能夠穩定在一個(gè)新的運行狀態(tài)下。因為汽門(mén)系統是以改變轉速來(lái)調節穩定,因此也成其為調速系統。我國的一次能源主要分布在西北地區,而重負荷區主要分布在南部和東部地區。眾所周知,電能是不能夠大量?jì)Υ娴?,而且我國的負荷區和發(fā)電區大部分都是處在不同區域,因此要同時(shí)完成電能的生產(chǎn)、傳輸、分配等過(guò)程就要求電能的生產(chǎn)和消費應該保持相應的平衡。為了更好地節省資源,我們應該保持汽輪發(fā)電機組生產(chǎn)的電量與用戶(hù)消耗的電量平衡,這就要求調速系統發(fā)揮作用。此外,當電力系統因為某些原因(線(xiàn)路短路、人員誤操作、自然災害等),引起負荷突然發(fā)生變化,導致發(fā)電機組的輸出功率瞬間也變化,但是因為原動(dòng)機具有慣性作用,此時(shí)汽輪機產(chǎn)生的力矩和負荷之間的力矩將會(huì )不平衡,從而引起發(fā)電機組的功角和轉速發(fā)生大的變化,導致電力系統失去穩定。汽門(mén)控制系統就是通過(guò)快速控制和調節汽輪機的進(jìn)氣量來(lái)控制原動(dòng)機的轉速,平衡力矩,最終使電力系統重新恢復穩定運行狀態(tài)。


在上個(gè)世紀二三十年代美國通用電氣公司(GE)就進(jìn)行了汽門(mén)控制的實(shí)驗研究,并且驗證了汽門(mén)系統對于電力系統穩定性研究的可行性。在上個(gè)世紀的七八十年代,隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷進(jìn)步,電力系統的容量、電壓等級日益變大,遠距離、大電網(wǎng)的互聯(lián)系統逐漸形成,因此電力系統的穩定運行性越來(lái)越受到人們的關(guān)注,加之,電力系統的調速系統控制技術(shù)和控制理論越來(lái)越完善,使得汽門(mén)控制時(shí)效大大提高。汽門(mén)控制在電力系統的發(fā)生故障或者出現各種干擾時(shí),能夠很好地改善以及抑制系統的振蕩和波動(dòng),因而,汽門(mén)控制系統成為改善電力系統穩定性的一項重要措施。




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