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同步發電機勵磁控制分析

【摘 要】 一般來說,在電網系統中最有效和最經濟的控制手段就是同步發電機自并勵靜態勵磁控制。在目前的絕大部分電站中,都是利用同步電機自并勵靜態勵磁控制系統,這是電力系統中的重要組成部分。同步發電自并勵靜態勵磁控制能夠有效降低電壓的波動,提高系統的抗干擾能力并且有效維護電力系統的穩定運行,對于整個電力系統能否安全穩定的運行起到關鍵的作用。本文針對同步電機自并勵靜態勵磁控制系統進行了較為全面的分析研究,對同步發電自并勵靜態勵磁控制的發展現狀及設計方法步驟上作了簡單概括的基礎上,提出了穩定控制的方法。 
  【關鍵詞】 同步發電 自并勵靜態勵磁控制 穩定控制 
  同步發電自并勵靜態勵磁控制一直是研究比較活躍的領域,隨著電網規模的不斷壯大,對于電力系統的穩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,同步發電自并勵靜態勵磁控制系統已經滿足了這一要求。而且隨著我國電力事業的大力發展,在同步發電自并勵靜態勵磁控制上已經取得了相當可觀的成果,但是與西方發達國家相比還存在著較大的差距,因此我國在同步發電自并勵靜態勵磁控制系統的控制上要腳踏實地的解決理論和實際的問題,使我國的電力事業得到進一步的發展。 
  1 同步發電自并勵靜態勵磁控制系統的發展現狀 
  早在20世紀40年代,就出現了自動控制電壓調節裝置,這就是早期的同步發電自并勵靜態勵磁裝置的雛形。這種調節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節。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,實現調節電壓的變化值。古典自并勵靜態勵磁控制的研究對象是線性定常系統經過運算來確定控制器的比例參數。但是這種簡單的自并勵靜態勵磁控制系統存在著很大的缺點就是穩定能力差,必須經常手動調節控制器參數。當控制器毀壞時,控制參數可能會失去比例控制導致電壓瞬時增大,燒毀設備。到了60年代,現代控制理論得到了很大的發展,然后就逐漸取代了40年代的自動電壓調節器。一些機構研究的AVR-PSS得到了迅速的普及,這種系統具有一套縝密的設計理論,使得同步發電控制得到了優化。70年代出現了大系統分散控制理論,但是這種控制理論不能保持同步發電的穩定性。直到80年代后期,各地學者提出了魯棒控制系統的理論,解決了控制系統在預定的參數和結構擾動下部門能保持系統穩定性和可用性的缺陷。直到近幾年的發展,同步發電自并勵靜態勵磁控制系統才取得了飛速的發展。同步發電自并勵靜態勵磁控制系統是利用多種控制理論的綜合,在現代控制理論基礎上提出的智能控制理論,從整個控制理論的發展上來看,很難憑借一種控制規律來實現電壓的穩定控制和解決實際自并勵靜態勵磁控制,往往多種控制理論相結合才能取得更好的控制效果。同步發電自并勵靜態勵磁控制系統就是多種控制方式綜合的一種控制系統,它有效的實現了多機系統之間的協調。 
  2 自并勵靜態勵磁同步發電機工作原理 
  自并勵靜態勵磁發電機分為轉子和靜子兩大部分,其中轉子部分是旋轉的,由自并勵靜態勵磁繞組、旋轉整流器和交流自并勵靜態勵磁機的電樞繞組構成。靜子指的是自并勵靜態勵磁發電機的靜止不動的部分,包括;自并勵靜態勵磁發電機的自并勵靜態勵磁繞組,發電機的電壓整流裝置和副自并勵靜態勵磁機等部件。交流式的自并勵靜態勵磁發電機可以實現自勵或者他勵。自并勵靜態勵磁發電機的永磁磁路和電自并勵靜態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 同步發電自并勵靜態勵磁控制器的設計 
  3.1 模糊PID自并勵靜態勵磁控制 
  模糊PID自并勵靜態勵磁控制器不僅可以根據系統的控制輸出的參數來不斷更新三個控制參數,而且可以在現代的電網系統中具有良好的動靜態表現,而且可以有效的應付各種問題。但是,目前模糊PID控制器會導致控制精度降低而且缺乏系統性,沒有辦法實現控制目標。 
  模糊推理得到的結果得到的仍然是一個模糊的集合。但是在發電機實際工作中,只有一個值是正確的,也只有這一個正確的值才能驅動或者控制發電機運行。因此在模糊推理的集合中找出最優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,取中法和加權平均法。 
  模糊自并勵靜態勵磁控制系統對發電機機端的電壓偏差和偏差的變化進行實時監測,然后同時反饋到發電機系統,使發電機得到最優的運行方式。 
  3.2 常規PID控制器 
  常規的PID控制器在實際應用中非常普遍,這種控制器具有自己的優點。在現代控制中,這種常規控制器結構比較簡單、穩定性良好、工作性能可靠的優點。 
  每次改變PID控制裝置中的參數運行時,控制程度就會發生變化,控制器的輸出也會發生變化。控制參數主要包括三個環節:比例控制環節、積分控制環節和微分控制環節。 
  3.3 步發電機自并勵靜態勵磁控制器 
  自并勵勵磁系統沒有交流勵磁機,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部分,是不可以控制的,也就不能控制轉子繞組的勵磁電流。在自并勵勵磁控制中只有通過時間常數進行補償,才能提高勵磁系統的快速性。 
  4 結語 
  自并勵靜態勵磁控制系統在整個電力系統中具有不可替代的優勢,通過本文提出的各種設計方式中,有效的提高了勵磁系統的動態響應過程,對于發電機的穩定運行具有重要的現實意義。 
  參考文獻: 
  [1]高峰,等.一種實用的自適應靜態勵磁控制方法.電力系統自動化,2013,4(4):78-79. 
  [2]韓英鐸.最優勵磁控制用于遠距離輸電系統的穩定性[J].清華大學學報,2013,1(2):89-90. 
  [3]張曉彬.積分型線性最優勵磁控制設計[J].電力系統自動化,2014,10(2):31-32.



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