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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的概念。這項技術是指通過控制發電機的勵磁系統來提高系統穩定性,當時基于這種技術的研究就已經取得了一定的成就。后來,中國在這項技術的發展和工業推廣方面,進行了出色的工作,使中國在這項技術上接近了國際水平。目前,發電機的勵磁研究已經成為提高電力系統穩定性控制的必選手段。


同步發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,而勵磁裝置是用來控制和調節勵磁電流的電氣調控裝置。在實際正常運行的電力系統中,發電機不僅能夠提供電力系統所需要的有功功率,而且還是無功功率的主要來源。發電機的勵磁系統是發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。一旦電力系統發生故障,負荷急劇變化,此時,發電機勵磁系統通過調節勵磁裝置來改變勵磁電流,維持發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,當發電機內部出現故障時,勵磁裝置還會有強行增磁、減磁、以及滅磁功能,來減小故障損失。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對勵磁繞組供電,產生勵磁磁通,而建立磁場的過程。其中包括他勵磁,并勵磁,串勵磁以及復勵磁等方式。它的過程簡單,受系統影響小,通常用于中、小機組的發電機,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,所以必須經過整流之后將其變為直流,再供給發電機勵磁繞組。一般裝在發電機的大軸上,其輸出的交流電經過整流以后再供給發電機轉子勵磁。多用于容量在100MV及以上的汽輪發電機組。其工作可靠、構造簡單,但是噪音和諧波分量相對較大。


(3)靜止勵磁方式

靜止勵磁方式沒有旋轉部分,一般都是自并勵勵磁方式,他的優點是運行可靠性高,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控制對象:汽門或者水門開度系統。汽輪發電機的汽門開度系統是根據發電機的轉速偏差信號來控制和調節汽門系統的開度,從而改變功率的輸出,保證系統能夠穩定在一個新的運行狀態下。因為汽門系統是以改變轉速來調節穩定,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,電能是不能夠大量儲存的,而且我國的負荷區和發電區大部分都是處在不同區域,因此要同時完成電能的生產、傳輸、分配等過程就要求電能的生產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電機組生產的電量與用戶消耗的電量平衡,這就要求調速系統發揮作用。此外,當電力系統因為某些原因(線路短路、人員誤操作、自然災害等),引起負荷突然發生變化,導致發電機組的輸出功率瞬間也變化,但是因為原動機具有慣性作用,此時汽輪機產生的力矩和負荷之間的力矩將會不平衡,從而引起發電機組的功角和轉速發生大的變化,導致電力系統失去穩定。汽門控制系統就是通過快速控制和調節汽輪機的進氣量來控制原動機的轉速,平衡力矩,最終使電力系統重新恢復穩定運行狀態。


在上個世紀二三十年代美國通用電氣公司(GE)就進行了汽門控制的實驗研究,并且驗證了汽門系統對于電力系統穩定性研究的可行性。在上個世紀的七八十年代,隨著社會經濟的不斷進步,電力系統的容量、電壓等級日益變大,遠距離、大電網的互聯系統逐漸形成,因此電力系統的穩定運行性越來越受到人們的關注,加之,電力系統的調速系統控制技術和控制理論越來越完善,使得汽門控制時效大大提高。汽門控制在電力系統的發生故障或者出現各種干擾時,能夠很好地改善以及抑制系統的振蕩和波動,因而,汽門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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