ABB勵磁控制器單元,盡享實惠

勵磁
一般我們把根據(jù)電磁感應原理使發(fā)電機轉子形成旋轉磁場的過程稱為勵磁。此外，為發(fā)電機等“利用電磁感應原理工作的電氣設備”提供工作磁場也叫勵磁 。有時，向發(fā)電機轉子提供轉子電源的裝置也叫勵磁。
隨著電力建設的發(fā)展，中國電力系統(tǒng)行業(yè)已進入大網絡、高電壓、大機組的階段。大容量機組運行時的穩(wěn)定性對于整體電網的穩(wěn)定性和安全至關重要。然而，影響發(fā)電機穩(wěn)定性最大的是電機勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)對于電網安全起到了非常重要的作用，它不僅是機組穩(wěn)定運行的保證，也是整個電網中無功以及電壓調節(jié)的杠桿。 [1]
主要作用
1、維持發(fā)電機端電壓在給定值，當發(fā)電機負荷發(fā)生變化時，通過調節(jié)磁場的強弱來恒定機端電壓。
凸極式轉子結構示意圖
凸極式轉子結構示意圖
2、合理分配并列運行機組之間的無功分配。
2、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。

方法
在改變發(fā)電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉子回路中進行，因為該回路中電流很大，不便于進行直接調節(jié)，通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調節(jié)發(fā)電機轉子電流的目的。 [2]
常用方法有：改變勵磁機勵磁回路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。
這里主要講改變可控硅導通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應地改變可控硅整流器的導通角，于是發(fā)電機的勵磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管，可控硅電子元件構成，具有靈敏、快速、無失靈區(qū)、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點。在事故情況下能有效地抑制發(fā)電機的過電壓和實現(xiàn)快速滅磁。
組成單元
自動調節(jié)勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一些輔助單元構成。 [2]
1.測量單元
被測量信號（如電壓、電流等），經測量單元變換后與給定值相比較，然后將比較結果（偏差）經前置放大單元和功率放大單元放大，并用于控制可控硅的導通角，以達到調節(jié)發(fā)電機勵磁電流的目的。
2.同步單元
同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發(fā)脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步，以保證控硅的正確觸發(fā)。
3.調差單元
調差單元的作用是為了使并聯(lián)運行的發(fā)電機能穩(wěn)定和合理地分配無功負荷。
4.穩(wěn)定單元
穩(wěn)定單元是為了改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定而引進的單元 。勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定單元 用于改善勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
5.限制單元
限制單元是為了使發(fā)電機不致在過勵磁或欠勵磁的條件下運行而設置的。
必須指出并不是每一種自動調節(jié)勵磁裝置都具有上述各種單元，一種調節(jié)器裝置所具有的單元與其擔負的具體任務有關。
組成部件
自動調節(jié)勵磁的組成部件有機端電壓互感器、機端電流互感器、勵磁變壓器；勵磁裝置需要提供以下電流，廠用AC380v、廠用DC220v控制電源.廠用DC220v合閘電源；需要提供以下空接點，自動開機.自動停機.并網（一常開，一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號，發(fā)電機機端電壓100V，發(fā)電機機端電流5A，母線電壓100V，勵磁裝置輸出以下繼電器接點信號；勵磁變過流，失磁，勵磁裝置異常等。
勵磁控制、保護及信號回路由滅磁開關，助磁電路、風機、滅磁開關偷跳、勵磁變過流、調節(jié)器故障、發(fā)電機工況異常、電量變送器等組成。在同步發(fā)電機發(fā)生內部故障時除了必須解列外，還必須滅磁，把轉子磁場盡快地減弱到最小程度，保證轉子不過的情況下，使滅磁時間盡可能縮短，是滅磁裝置的主要功能。根據(jù)額定勵磁電壓的大小可分為線性電阻滅磁和非線性電阻滅磁。
數(shù)字自動調節(jié)勵磁裝置
近十多年來，由于新技術，新工藝和新器件的涌現(xiàn)和使用，使得發(fā)電機的勵磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動調節(jié)勵磁裝置方面，也不斷研制和推廣使用了許多新型的調節(jié)裝置。由于采用微機計算機用軟件實現(xiàn)的自動調節(jié)勵磁裝置有顯著優(yōu)點，很多國家都在研制和試驗用微型機計算機配以相應的外部設備構成的數(shù)字自動調節(jié)勵磁裝置，這種調節(jié)裝置將能實現(xiàn)自適應調節(jié)。

(3)線性最優(yōu)勵磁控制LOEC。為了進一步改善電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定及動態(tài)品質， 70年代初，國際上一些學者提出了線性最優(yōu)控制方式LOEC。80年代清華大學對此進 行了研究，研制成功工業(yè)樣機，經由天津電氣傳動研究所、武漢洪山電工研究所制造生產的產品，已在碧口、劉家峽、白山、紅石等水電站的機組上投入運行。有資料說明， 結合實際計算，這種勵磁調節(jié)方式，可將系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定極限角δm提高到127°。但是， 它是基于系統(tǒng)全狀態(tài)量的最優(yōu)線性反饋的，要求狀態(tài)量能實際測量，從而給實際應用帶來了困難。而且將其應用于多機電力系統(tǒng)勵磁控制設計時，不能得到分散的最優(yōu)控制規(guī) 律，只能得到次優(yōu)的控制方案，這不能不是一種缺陷，在非線性系統(tǒng)中，一旦偏離了設計工況，最優(yōu)控制就不存在了。
(4)零動態(tài)多變量勵磁控制ZDEOC。ZDEOC的設計原則是僅僅保證輸出狀態(tài)量的 動態(tài)品質在任何時刻都是最優(yōu)的，即系統(tǒng)輸出狀態(tài)量的動態(tài)偏差Y (t)在任何時候都 趨于零，即，當t≥0時，Y (t) =0。而對其發(fā)電機的其他狀態(tài)，即內部狀態(tài)，無須 苛求，只求穩(wěn)定即可。這種調節(jié)規(guī)律系由清華大學提出，在電力自動化研究院電氣控制 技術所生產SJ800微機勵磁調節(jié)器上配置，已在動模上作了單機無窮大系統(tǒng)試驗，證明 能有效改善遠距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，現(xiàn)已在巖灘水電站300MW機組上投入運行。
非線性多變量勵磁控制NEC
NEC在設計中，對于小干擾和大干擾，都采用電力系統(tǒng)精確的非線性模型。應用微 分幾何方法對電力模型(可表示為一個標準的仿射非線性系統(tǒng))進行精確線性化，尋找適 當?shù)淖鴺俗儞Q及非線性狀態(tài)反饋，使系統(tǒng)轉化為一個完全可控的線性系統(tǒng)，由此求出線性 最優(yōu)控制，從而求得非線性控制。經變量代換，最終得出非線性最優(yōu)控制規(guī)律NOEC。
清華大學用這種NEC的理論和方法設計并研究成功GEC-1型微機非線性勵磁控 制器，它一舉解決了電力系統(tǒng)小干擾與大干擾控制的統(tǒng)一性、控制對電網參數(shù)的魯棒 性、分散最優(yōu)控制等三個關鍵問題，有利于提高輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。
GEC-1型微機非線性勵磁控制器，從1994年11月起已經在豐滿水電站一臺容量為 85MW的水輪發(fā)電機組和10臺容量為100～200MW的汽輪發(fā)電機上成功地運行。西北電網的穩(wěn)定仿真計算表明，依靠這種控制器不僅抑制了西電東送所出現(xiàn)的弱阻尼振蕩，而且還 提高了東電西送動態(tài)穩(wěn)定極限。對三峽工程機組勵磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各種運行方式下，都能提供很強的人工阻尼，在提高系統(tǒng)暫態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定方面，均優(yōu)于目前 的所有PSS和LOEC。以單機對無窮大系統(tǒng)的為例，靜態(tài)穩(wěn)定極限比采用PID方式提高 35.7%，比采用PSS方式提高7.1%，比采用LOEC方式提高15.7%;暫態(tài)穩(wěn)定極限比采用 PID方式提高38%，比采用PSS方式提高4.7%，比采用LOEC方式提高14.2%。