摘要：随着电网规模的扩张和电网复杂程度的提高，电网的安全稳定运行更加重要。电网运行的安全性高度依赖发电机组保护系统与发电机励磁控制的协调配合，在电网发展建设过渡期间显得尤为重要。近年来，国内外多次大停电事故表明，在事故发展过程中，电网处于极端情况下，涉网保护的误动和拒动是造成电网事故扩大的重要原因。当系统发生故障或扰动时，发电机组的控制系统会参与调节，使系统恢复到稳定运行的状态，如果励磁控制系统参数与发电机组保护配合不当，可能造成保护先于控制动作，切除发电机组，使已经遭受冲击的系统失去更多的有功、无功支撑，恶化电力系统的运行。如何保证主力发电机组涉网保护与电网的协调配合，如何保证励磁限制和机组保护有序动作的选择性，灵敏性和可靠性，均缺乏相关参数整定的具体指导原则，更缺乏实验室和现场的测试手段。
关键词：发电机组；涉网保护；励磁控制；协调配合
1保障孤网稳定运行的技术措施
1.1谐波监测
整流负载会产生6k±1次（k=1，2，3…）特征谐波，如5、7、11、13次谐波。谐波含量过大时，发电机定转子之间的电磁耦合产生脉动电磁转矩，影响发电机安全稳定运行；电压波形畸变后对整流以外的线性负载产生影响。通过对单台整流变压器进行谐波测试，掌握各次谐波的含量，如有超标，需要加装并联滤波装置进行治理，消除含量较高的谐波。
1.2发电机组采用调节性能优良的同步器
整流器对供电电源质量的要求：频率范围：50±0.5Hz；相对稳定。发电机组同步器起调节控制汽轮机主汽门的作用，要具有迟缓率小、执行机构的控制灵敏度与动作灵敏度高、稳定性好、运作快速等特点。在系统受到扰动时，能够通过同步器的优良调节性能将频率恢复到正常值。
1.3保证现有热能用户用汽量的稳定
抽背机组原则上以汽定电，由于用户多，当单个用户用汽量突然减少时，抽汽母管压力会有波动，对发电机出力产生影响。用户侧应有事故放空阀，通过短时间放空，保持抽汽母管压力稳定。
1.4保持发电机机端电压稳定
通过发电机的静态励磁装置优良的AVR调节性能，来保证机端电压稳定。
1.5异常状况时正确处置
1.5.1当锅炉出现异常时，要“电保热”，即“拉闸限电”。孤网运行机组要求炉、汽、电各个岗位操作监控人员协同性好，反应及时，处理果断正确。如当锅炉辅机故障时，锅炉负荷下降，可以采取拉闸限电，将用电负荷甩掉，保住锅炉不熄火。
1.5.2当整流负荷突然甩掉时，负荷波动大，要跳发电机出口开关，联锁关闭主汽门，保护发电机组。
2励磁控制存在的问题及发展趋势
现代电力系统已发展成为一个巨维数的动态大系统，它具有强非线性、时变性，且参数不确切可知，并含有大量未建模动态部分。目前电力系统中励磁控制还有一些问题没有得到很好的解决。
2.1系统非线性问题
它包括可微非线性和不可微非线性（如限幅、饱和、切换）以及各种实际约束（如机端电压约束）条件下的控制系统综合和分析问题。现有的大多数非线性励磁控制所针对的只是常规非线性（或称为光滑可逆非线性）问题，而不适用于工程实际中广泛存在的强非线性问题。
2.2多种控制方式综合问题
经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论虽然在理论体系和实现机理上相差较大，但从整个控制理论的发展上来看它们是一脉相承、相互补充的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆前面各种励磁控制方式都有各自的优点和不足，每种控制方式在解决某一方面的问题时有着良好的效果，但是往往在设计或控制过程中都有难以解决的问题，很难凭借单独一种控制规律来解决实际励磁控制系统中的众多难点问题和实现综合性的设计目标，实际上往往是多种方法彼此结合、综合应用以取得更好的控制效果。因此，如果将这些控制方法结合起来，最大限度地发挥这些控制方法的优点，并尽量避免它们的不足，将会把励磁控制推到一个全新的阶段。
2.3大系统协调控制问题
现代电力系统是一个统一的，各动态元件、子系统间相互耦合的复杂大系统，且越来越多的动态调控装置投入到电力系统中，传统的励磁控制实质上是在单机或准单机无穷大系统模型下设计的“孤立控制器”，只对改善局部控制性能有一定作用，对系统其他部分的动态行为难有确定性的改善，反而存在由于缺乏协调而导致整体性能恶化的危险。对于存在强耦合作用的多机电力系统，传统孤立控制无法给出满足全局性要求的控制规律。因此就要求系统中控制器的设计采用分散协调控制理论，在设计每个控制元件的控制规律时进行全盘考虑、综合设计，使得各局部控制器能够协调一致地工作，使全系统性能指标达到最优。这种协调控制包括多台同步发电机的励磁控制之间、励磁控制与汽轮或水轮机的速度控制之间、励磁控制与动态补偿装置之间以及励磁控制与交直流输电之间等多方面协调控制。
例如，目前电力系统常加入一些柔性交流输电系统FACTS（Flexible A CTransmission Systems）作为动态补偿装置。这些FACTS设备的加入能在一定范围内快速、连续地改变输电线路阻抗，可经济有效地提高远程输电传输能力，提供动态电压和无功补偿支持，提高系统暂、静态稳定和阻尼系统功率振荡等作用。一般而言，地理上分离的发电机励磁控制器与FACTS控制器的设计是相互独立的，并未考虑到相互间的连接与交互影响，但这种不协调的控制策略可能产生负面的相互作用，甚至会破坏系统的动态稳定性。为了提高电力系统的整体性能，将FACTS控制与励磁控制结合起来协调控制已成为一件非常有理论价值和工程意义的工作。它们之间具有的协调控制方法与前述励磁控制中各种方法的特点类似，此处不再重复。
2.4动态适应问题
目前的控制设计大多仅停留在离线规划水平，较少考虑励磁控制系统不同运行点，运行方式、网络拓扑变化，扰动模式产生的不确定性时变对控制策略的要求，单一励磁控制器内部自适应以及多机系统的控制器之间的在线动态协调问题应进一步研究。
2.5实际大规模电力系统设计模型的构造问题
由于实际系统维数极高，无法采用完整精确模型。为简化控制器设计，一般采用常规降阶等值简化模型优化控制器参数，但放入实际系统后，不一定能够保持其最优性甚至稳定性。因此，必须选择适当的多机降阶等值模型，否则理论研究意义就仅是纸上谈兵，难以实际应用。
总之，从控制方法来看，非线性控制理论是解决电力系统暂态稳定控制问题的必需工具，多种理论的结合应用是解决许多问题的关键。从控制对象来看，对象的孤立控制正朝着综合协调控制的方向发展，此外，全局控制的思想可以协调解决一些相互矛盾的控制目标，这些理论与技术的应用都将为大规模电力系统的暂态稳定控制提供必要的帮助和便利。
结语
同步发电机励磁控制是非常重要的问题。本文在回顾以往研究的基础上，对各种励磁控制的新方法做一些分析和评价。尽管励磁控制研究已经取得了很大的成绩，但还有一些问题没有得到满意的解决，本文指出了存在的主要问题及今后的发展方向，对励磁控制方法的研究与选择有一定参考指导价值。
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论文作者:王建成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/13
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