■ 哈爾濱電機廠有限責任公司 李宏安

1 勵磁系統(tǒng)

隨著電力工業(yè)的跨越式發(fā)展，發(fā)電機和電網(wǎng)容量不斷增大，電網(wǎng)結構更加復雜。由于發(fā)電機和電力系統(tǒng)非線性因素的影響，運行方式和網(wǎng)絡參數(shù)的變化，都對發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的運行性能和功能參數(shù)，提出了更高的要求。哈電自行開發(fā)和應用的發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)主要有以下5種：（1）直流勵磁機可控硅勵磁控制系統(tǒng)；（2）“復勵”源靜止勵磁控制系統(tǒng)；（3）電壓源靜止勵磁控制系統(tǒng)；（4）“它勵”交流勵磁機勵磁控制系統(tǒng)；（5）自勵交流勵磁機勵磁控制系統(tǒng)等。自從三峽機組開建以后，通過技術引進、消化、吸收和再創(chuàng)新，對勵磁控制系統(tǒng)的性能、參數(shù)等進行了優(yōu)化、改進，形成了4種用于大型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，即：“復勵”源靜止勵磁控制系統(tǒng)、電壓源靜止勵磁控制系統(tǒng)、交流勵磁機勵磁控制系統(tǒng)和“無刷勵磁”勵磁控制系統(tǒng)。同時還研究開發(fā)了自適應勵磁控制系統(tǒng)和 智能型微機自動電壓調(diào)節(jié)器，而智能型微機自動電壓調(diào)節(jié)器卻是自適應勵磁控制系統(tǒng)的核心。它們的共同特點是：勵磁控制方式、理論分析、計算方法和數(shù)學模型都是行之有效的，技術上是成熟的、可靠的，已在全國推廣應用。

2 預防停電

近年來，由于國際上發(fā)生了多次大停電事故，造成了巨大損失。它給國內(nèi)電網(wǎng)的安全運行也敲響了警鐘。而且國內(nèi)的局部電網(wǎng)也確實因為電力系統(tǒng)電壓振蕩而引起了停電事故。為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，國內(nèi)各電網(wǎng)的調(diào)度管理部門決定對其電網(wǎng)進行完善并采取安全穩(wěn)定運行方面的保護措施，其中包括向電網(wǎng)中投運PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）。采用這項措施的有效性已被當今世界各大電網(wǎng)所證實。由于它是基于人工智能型的高科技，所以至今為止它也是保護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性最先進的手段。但是，這種保護系統(tǒng)要求首先向它輸入發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)詳細而又準確的性能、參數(shù)，必須提供在勵磁控制系統(tǒng)設計階段所采用的現(xiàn)代化數(shù)學模型，以便超前掌握發(fā)電機輸出電壓等參數(shù)的變化趨向。

3 優(yōu)化參數(shù)

為了滿足國內(nèi)外電網(wǎng)對發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)現(xiàn)代化的要求，完成了下述運行參數(shù)的優(yōu)化、選擇與設置：自動電壓調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)、時間常數(shù)(T)、發(fā)電機的最大輸出限幅、電壓(U)與頻率(f)的延續(xù)時間、 比例增益系數(shù)(K)、電壓“調(diào)差”系數(shù)、飽和系數(shù)（S）、積分系數(shù)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）參數(shù)、額定負載系數(shù)、“起勵”時間系數(shù)、角度修正系數(shù)、空載“過勵”限制、備用參數(shù)的設置等；進行了有功功率(P)/無功功率(Q)的百分比、無功補償率、空載電壓/頻率定值、負載電壓/頻率定值、主機功率因數(shù)、備用參數(shù)、最大步長等的“階躍”試驗等；完成了重要功能的選擇，其中包括：跟蹤選擇、干擾信號、電壓“調(diào)差”選擇、適應選擇、“它勵”選擇、“它勵”試驗、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的選擇等。開發(fā)了HWLT-4微機勵磁控制系統(tǒng)完整而又真實的數(shù)學模型，并在現(xiàn)有成熟的控制策略基礎上添加了標準的單環(huán)PI（人工智能）控制結構。

3.1 快速響應

首先對國內(nèi)外各大電網(wǎng)按照美國標準IEEE 要求而采用的數(shù)學模型進行了分析研究，掌握了標準數(shù)學模型的各種要求，然后重新優(yōu)化和更新了現(xiàn)有的勵磁控制系統(tǒng)控制“主環(huán)”回路的數(shù)學模型。十多年的運行實踐證明：原有的微機勵磁控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，只是調(diào)節(jié)速度稍微慢了。經(jīng)過優(yōu)化改進以后，達到了標準要求，并且還開發(fā)應用了各大電網(wǎng)迫切要求的具有快速起始響應功能的交流勵磁機勵磁控制系統(tǒng)及其數(shù)學模型。

與“常規(guī)”型比，這種“快速”型勵磁系統(tǒng)的數(shù)學模型特點主要在于改變了其交流勵磁機的數(shù)學模型環(huán)節(jié)，是交流勵磁機的參數(shù)決定了它是“常規(guī)”型還是“快速”型。必須指出：近年來許多招標的標書中，要求提供的靜止勵磁系統(tǒng)應是高（快速）起始響應型的。這是一種誤解。靜止勵磁系統(tǒng)本身就是快速響應系統(tǒng)，其電壓調(diào)節(jié)的響應時間≤0.08s，它不采用交流勵磁機；經(jīng)過改進優(yōu)化了的交流勵磁機系統(tǒng)，雖然具備了快速起始響應功能，其電壓調(diào)節(jié)的響應時間甚至接近于靜止勵磁系統(tǒng)，但是它采用了交流勵磁機。

3.2 軟件程序

3.2.1 勵磁控制。研究并制定了勵磁控制軟件程序，其中包括：1)整體軟件流程圖；2)數(shù)據(jù)采集模塊；3)主控模塊；4)通訊模塊等。

3.2.2 人機界面。完成了人—機交互界面程序的編寫，其中包括：1)與下位機的通訊模塊 ；2)主通道數(shù)據(jù)的顯示模塊 ；3)備用通道數(shù)據(jù)的顯示模塊 ；4)參數(shù)設置界面的修改等。

4 便攜式裝置

如果將現(xiàn)有的勵磁調(diào)節(jié)器整機，送到國家電網(wǎng)指定的華北電網(wǎng)的入網(wǎng)測試實驗室進行測試，由于體積和重量方面的原因，運輸十分不便。因此 ，對各種運輸方案的可能性進行了探討，并對測試時所需要的物理量進行了仔細的研究分析，改進了勵磁調(diào)節(jié)器的硬件，最后研制出了一種用于電網(wǎng)現(xiàn)場測試的便攜式實驗裝置。

5 驗證試驗

在進行試驗時，采用了物理動態(tài)模擬和數(shù)字模擬2種方法，應用實時數(shù)字仿真系統(tǒng)構建了包括發(fā)電機及其勵磁機、調(diào)速系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、主變壓器、主開關、及等值無窮大電源在內(nèi)的電力系統(tǒng)仿真環(huán)境，向自動電壓調(diào)節(jié)器裝置提供所需要的發(fā)電機的電壓、電流、勵磁電壓、勵磁電流，和勵磁機本身的勵磁電壓、勵磁電流，以及主開關的位置節(jié)點等模擬信號、數(shù)字信號，將自動電壓調(diào)節(jié)器裝置輸出的控制電壓模擬信號輸入到實時數(shù)字仿真系統(tǒng)，經(jīng)過勵磁機模型或描述整流器特性的一階滯后環(huán)節(jié)，便可得到發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電壓，從而構成閉環(huán)試驗環(huán)境。

5.1 仿真測試。首先利用廠內(nèi)實驗站的勵磁仿真裝置對新的軟件進行了大量的仿真測試，加深了對新的數(shù)學模型參數(shù)設置的理解，并且對軟件進行了大量的改進，使其功能更加完善。

5.2 入網(wǎng)測試。順利地通過了在國家電網(wǎng)指定的華北電力科研院實驗室進行的勵磁系統(tǒng)入網(wǎng)資格測試。

5.3 真機試驗。最后通過了在下述發(fā)電站進行的真機現(xiàn)場試驗，并投入了運行：1) 新疆天業(yè)發(fā)電站； 2) 山西南莊發(fā)電站； 3) 云南“居蒲渡”發(fā)電站；4) 貴州“那雍”發(fā)電站等電站。

6 結論

（1）作為“發(fā)電設備國家工程研究中心”的哈電，經(jīng)過優(yōu)化改進了的發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的性能參數(shù)、數(shù)學模型等通過了國家電網(wǎng)按照美國標準進行的測試，達到了世界先進水平。

（2）為滿足廣大電網(wǎng)的要求而開發(fā)的具有快速起始響應功能的交流勵磁機勵磁控制系統(tǒng)，增強了我國在國內(nèi)外市場競爭中的綜合實力。

（3）最新開發(fā)的這種發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)對于新產(chǎn)品設計、現(xiàn)有產(chǎn)品的運行維護和老產(chǎn)品的技術改造、更新?lián)Q代都具有重大參考價值。