自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究

宋永晶

（汾西矿业集团 发电厂，山西 灵石031304）

电力资源是国家重要动力能源，为企业厂矿生产活动提供动力。随着市场经济的不断发展和完善，企业为实现长远发展战略目标，经济逐渐趋于多元化的发展方向。一些大型企业厂矿为稳定发展，逐渐建设自备电厂为生产活动提供动力，电力系统稳定性受到企业和社会越来越多的关注，到2014年末，自备电厂的比重在我国大型企业厂矿就已经达到了20%，而且保持着较快的发展速度。不过，在自备电厂的建设使用过程中，也暴露出了一些问题。电力系统的管理不善和设备比较落后，是造成电力系统安全事故的重要因素。随着用电量逐渐加大，大型企业厂矿自备电厂在运行中出现的问题越来越多，不但威胁企业生产安全，对区域电网的顺利运行也产生了一定影响。加强自备电厂发电机系统管理及自备电厂励磁系统的平稳性，有助于确保厂矿运行的正常稳定。

1 自备电厂发电机励磁系统稳定性分析

目前，我国大型厂矿企业自备电厂发电机励磁系统控制模式主要有四种，分别为恒磁力电流、恒无功、恒功率、恒机端电压等控制模式。对于大规模的厂矿自备电厂发电机励磁系统，为了给励磁系统提供稳定的保障，通常会实施恒机端电压控制模式。而对于规模较小的自备电厂发电机励磁系统，通常会实行恒功率或者恒无功控制模式。总而言之，在选取励磁控制模式上必须结合自身的实际情况。

恒无功控制模式和恒功率控制方式在企业厂矿中的应用比较广泛，要对自备电厂发电机励磁系统稳定性进行分析，应该从这两种励磁控制模式出发，采取展开构建模型的手段，而且详细分析厂矿企业曾经出现过的安全事故。但是，由于这种模型仅仅能对自备电厂发电机系统和励磁接口进行分析，并不能分析恒功率以及其它磁控模式。因此，为了有效分析自备电厂发电机励磁系统的平稳性，在分析中得出了两个控制图表（见图1、图2）。

图1 恒无功励磁附加控制

图2 无刷旋转交流励磁控制框

借助于对控制图表的分析，得出了具体的线性化系统公式，利用线性化系统公式对矩阵特征进行分析，可以判断出自备电厂发电机励磁系统的稳定性。恒功率因数控制方式与恒无功控制方式分析模型相似，所以，不再对恒功率励磁控制方式展开全面分析。

2 自备电厂发电机励磁系统稳定性的影响因素

励磁系统的相关参数对电力系统有重要影响，因此，在分析励磁系统稳定性影响因素的时候，必须建立相关参数，采用合理的方法对这些参数进行综合分析，根据分析结果找出不同参数变化下的系统根轨迹（图3所示）。

参数分析可以看出，相关参数增大会导致最右侧的特征根实部增大，当参数过大的时候，电力系统可能会出现正实部的特征根。由此可见，自备电厂发电机励磁系统稳定性受参数的影响比较大，在整定参数的时候，必须综合考虑控制系统的性能要求和参数对系统整体稳定性的影响，在给定参数发生变化，且在变化范围内的时候，系统机电暂态模式对应的特征根实部应该始终为负数，只有这样才能保证仿真软件的分析与电力稳定相符。为了保证厂矿企业自备电厂安全运行，必须根据实际情况采用有效的方法消除这些影响因素。

图3 不同参数变化下系统根轨迹

2.1 运行方式对励磁系统稳定性的影响

在运行方式的影响下，系统会出现正实部的特征根，系统在扰动下会出现不稳定的现象。因此，在对励磁系统参数进行优化的时候，必须充分考虑运行中可能存在的最恶劣运行方式，只有这样才能及时提高整定参数的适应性。在对实际励磁系统参数进行整定的时候，应该由励磁厂家根据实际需求提供相关参数的取值范围，然后根据最恶劣的运行方式，建立相关的状态矩阵，利用合理的分析方法对系统无正实部特征根时的各项参数进行合理范围内的分析，将两者的交集作为整定系统参数优化的依据，通过这种方式，可以使整定参数充分满足系统控制的性能，也可以最大限度降低励磁系统受到的干扰，确保企业厂矿自备电厂运行的安全稳定。

2.2 仿真分析

对自备电厂发电机励磁系统稳定性进行分析，应该建立在实际运行上。所以，在分析励磁控制模式的时候，要根据仿真复现出振荡现象，并将振动频率与小扰动的分析结果进行比较，其比较结果证实了通过仿真复现出来的振荡并不是机电振荡模式，产生这种现象的原因是励磁系统自身失稳。所以，在分析系统相关参数的时候，要注意区分仿真复现出来的振荡和机电振荡模式，进而保证分析结果的准确性。另一方面，在自备电厂发电机励磁系统采用恒电压控制方式的时候，电力系统在受到负荷冲击和三相短路故障的影响下依然可以保持稳定运行，这与电力系统实际运行中改变励磁控制模式后不发生振荡故障相符。所以，在自备电厂发电机励磁控制系统更改控制模式的时候，应该依据实际情况进行仿真分析，在仿真分析中系统可以保持稳定运行，才能使实际励磁控制系统在扰动条件下可以保持稳定运行，这是维护电力系统稳定运行的有效措施。

3 优化发电机励磁系统稳定性的有效措施

通过对影响励磁控制模式因素的分析可以发现，要保证自备电厂的电力系统安全运行，必须充分考虑其最恶劣的运行方式，并结合厂家提供的参数要求，制定出相应的有效措施，建立全面系统的状态矩阵，最大限度提高励磁系统的适应性，为自备电厂发电机励磁系统稳定运行提供有效保障。适时采用仿真分析的方法，保障电力系统安全运行。

4 结语

综上所述，随着我国社会经济的不断发展，也为电力事业提供了良好的机遇，自备电厂逐渐增多，保证自备电厂安全运行，可最大限度预防电力安全事故的出现，减轻企业的经济损失，促进企业经济效益和社会效益的提高。企业在建设自备电厂的时候，应当详细分析自备电厂发电机励磁系统的稳定性，并且制定出具体可行的防范措施，及时解决电力系统出现的故障，从而保障电力系统的安全运行。

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