交流励磁发电机励磁控制系统实验技术分析

遇亚辉

【摘要】交流励磁发电机具备变速恒频发电、转速、无功、有功独立调节能力的优越性，它在运行中能充分发挥交流励磁发电机本身具备的运行可靠性、灵活性和调节性，因此在当今电力工业中备受业界重视。本文从交流励磁发电机系统的工作原理和构成入手，进行了从理论到实践，从仿真到实验的研究分析，仅供同行工作参考。

【关键词】交流励磁发电机；励磁控制系统；数字信号处理器；转换器

长期以来，电力供应的稳定性、安全性和可靠性是国内外专家和学者一直高度重视的内容，也是研究的焦点。虽然截至目前这一研究工作已经取得了卓越的工作成果，但其中大多问题仍然没有得到有效解决，至今这一课题都是业界研究重点。电力系统在正常运行中，突然受到短路、短路或者雷击等因素影响，必然会发生短暂的不平衡，进而引发电机转子、定子之间的发生扰动。这个时候，如果没有一个稳定装置来阻止电机定子和转子扰动，必然会造成整个系统失去稳定，最终影响到发电机的运行安全。基于这种条件，以励磁控制系统为主的交流励磁发电机逐渐受到人们重视，它有效缓解了发电机定子与转子扰动问题的发生，保证了发电机运行安全和运行稳定性。

一、交流励磁发电机工作原理

由于传统的发电机运行中存在显著的稳定性不佳、无功问题，使得这类发电机在运行中还存在众多的技术、设备和经济缺陷。因此，早在半个世纪以前欧美发达国家就已经致力于采用新技术、新手段来解决发电机工作中存在的稳定性不高和无功等问题，并对此设定了研究新内容。

就交流励磁发电系统而言，其构成主要包含有交流励磁发电机、原动机、励磁变压器、励磁转换器等。就整个交流励磁发电机的工作原理分析，它同普通的异步发电机相差无几，两者之间最大的区别主要表现在电机的转子、定子之间的转速、频率普遍相同，由于转子在高速转动的同似乎电流量的频率和大小大致相同，能通彼此调整的时候对电动机两侧的电压进行处理，从而达到保证点击运行稳定、安全的工作目标。在这种背景下，交流励磁电机转子绕组的频率从外向内给电网供电。因此来说，交流励磁发电机本身具备异步发电机的工作模式，同时还具备异步发电机工作中具备的特性。

二、交流励磁发电机励磁控制系统实验技术分析

由于交流励磁发电机本身具备异步发电机的工作原理和工作特性，但是其本身又是超越传统异步发电机的，因此它被广泛的应用于变频恒频发电领域中，尤其适用于抽水蓄能发电和风力发电等特殊场所。在这些场所，采用励磁控制系统能更好的解决发电机运行中存在的转子与定子不稳定现象，保证发电安全与供电稳定。这里我们就目前发电工作中常用的双PWM变化器作为交流励磁发电机励磁电源的发电形式进行分析，提出了其励磁控制系统的实验技术要点。

1、交流励磁用双PWM变换器概述

双PWM变化器是构成交流励磁发电机励磁控制系统的重要组成部分，它分为两个不同的组成内容，是紧密连接形成的组合体系，一种是转子变速控制的变换器，另外一个则是电网变换器，這两个子系统在运行中相互配合、彼此衔接，从而对系统做出了两种不同的分析模式。在具体工作中，这两个方面分析包含了以下两环节。

1）在发电机运行状态处于同步运行状态的时候，转子侧面的变换器可以分为转差功率和总电网数据库两个方面，这个时候转子侧面的变换器在整个励磁控制系统中发挥整流作用，而电网侧面的变换器则处于PWM逆变状态。

2）交流励磁发电机在和运行中长期处于高速运行的状态，且发电机本身的运行状态则是异步状态，工作于PWM逆变状态的变换器则是转子侧面的变换器，而电网侧面的变化器则发挥整流作用。转子侧面变换器是一个建立在直流侧面电压上的设施，其具体作用在于控制通过电网的变换器，且利用合适的转子来满足有关设计策略。

2、矢量控制技术

矢量控制技术是过去发电机励磁控制系统中一直未被重视的内容，但其作为交流传动系统的解耦控制核心，将之合理的置放在交流励磁发电机上不仅可以实现电机的充分解耦，而且保证电机运行的稳定性，同时更能让发电机在输出电压、电流频率上不受转子速度和瞬时变动速度影响。这种控制技术的应用是将传统的刚性约束控制技术转变为柔性控制技术，从而创造出满足发电机与变压器双方共同需求的高效率运行目的。目前，国内已经有不少发电单位采用了矢量控制技术，它在交流励磁发电机的有功、无功解耦控制上效果明显。这一技术的利用是采用定子磁场、定子电压、定子定向的矢量控制，这因为励磁控制模型在完成之后，定子端口有功、无功表达方式必然变得更加方便，从而增加了系统控制准确性和及时性。

3、基于全模糊控制器的交流励磁发电机解耦励磁控制

在目前双通道解耦励磁控制模型、矢量控制技术的选用都是交流励磁发电机控制中常见方法，这些方法的应用通常都建立在精确的数学模型基础上，但受到发电机工作环境的特殊性、运行条件的复杂性影响，整个励磁控制系统的精确性很难得到有效保障，这是因为他们在工作中对控制效果是按照发电机自身参数为前提探讨的，而对于非线性、参数变动情况不加以考虑造成的。基于此，在交流励磁发电机励磁控制中应用模糊控制技可以实现良好的鲁棒性和动静态品质，而且它具有良好的控制性，不一控制对象的精确数学模型做依赖。

4、建立实验系统

由于目前的试验系统中普遍采用了双PWM控制器，这种控制器在电路控制上同原来核心控制组件相同，都是以电路的保护和驱动为核心的。因此在实验之中首先选择了转子位置信号的采集新策略，在这里所选用的信号采集仪器包含了定子电压、电流提供以及编码器的选用几个方面。而在转子侧面的转换器信号驱动方面，无法直接得出相关的数据，因此大多都需要采用模糊控制计算方法和理论进行处理和控制。

三、结论

在本文的研究当中，我们深刻的发现交流励磁发电机励磁控制系统在全模糊控制器研究中有着突出的优越性，它在控制算法和系统控制方面都能通过简单的机械控制实现，完全可以利用转子的转动速度、角度、位置和电压来实现。总的来说，这种控制方法的在应用中优越性突出、使用价值明显。

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