摘要：本文介绍了发电机励磁调控系统的原理，并通过案例分析自并励励磁系统的应用。
关键词：发电机；机端电压；励磁系统
引言
发电机采用励磁调控系统后，可维持发电机的机端电压符合相关的要求，当发电机具有强行励磁功能时，还可在系统出现故障时尽快恢复机端电压，保持机组继续并网运行。此外，采用励磁调控系统可调节机组发出的无功功率，提高系统的运行稳定性，故励磁调控系统对发电机组而言十分重要。
1 发电机工作原理分析
50HZ工频发电机选用船用带永磁机的单支点无刷发电机。当本机发电时柴油机带动其旋转发出50HZ、380V的电能。50HZ电机的励磁系统为无刷可控励磁系统，其工作原理见下图。当原动机将50HZ电机驱动到接近额定转速时，励磁机内的永磁体就会使励磁机电枢建立一定的电压，经旋转整流桥整流的真流电向50HZ主电机磁场激磁，使定子绕组建立一定的电压，再经过自动电压调节器的哦控制，输出一个可控直流电再向励磁机激磁，使其建立更高的电压，经过这样多次循环激励与建压，使50HZ主发电机的输出电压逐步达到额定值，完成其励建压。50HZ发电机可控无刷励磁西永原理图，如图1所示：
图1 50HZ发电机可控无刷励磁西永原理图
注：1.主发电机
2.励磁机
3.WR
4.旋转整流器
5.电压调整电位器
6.主发电机励磁
2 故障诊断信号提取
无刷励磁同步发电机转子旋转整流器工作状态的在线实时监测需要转子侧旋转整流器的相关信息。由于同步发电机转子取消了滑环和电刷,转子侧旋转整流器的常见故障波形特征(故障特征)的提取无法直接完成。一种获取转子旋转整流元件故障特征(一般指开路故障)的方法是直接采用与同步发电机同轴旋转的交流励磁机的定子励磁线圈作为探测线圈,其优点是省去了设计、安装和维护专用探测线圈的工作,而且便于现场采集信号数据,同时转子信号较强,且含转子故障信息量大,提取过程由图2所示。
在交流励磁机定子励磁线圈上并联电容C1和C2,交流励磁机转子电枢电流产生的电枢磁场必然切割其定子励磁线圈,并感应电势,然后通过电容C1和C2分压,只需采集带有转子故障信息的电容C2两端的电压波形,进行频域分析,分解出不同幅值的各次谐波分量,作为人工智能故障诊断信号。
图2 定子励磁回路提取转子故障信息
3 故障诊断模型
交流励磁机的定子磁极线圈受静止励磁整流装置和磁极铁心饱和的影响,使电容C2两端电压波形信号的信噪比加大。通过建立模糊神经网络的人工智能故障诊断模式,校正无刷励磁同步发电机转子旋转整流器故障信号的失真度,从而提高了故障诊断的定位精度。由于神经网络理论是模拟生物神经元的作用方式和结构,通过训练将学习信息保留,从而描述过程特性。模糊逻辑系统可表示为模糊基函数的展开式,神经网络的本质可视为一些函数的线性组合。模糊神经网络作为具有学习算法的逻辑系统,在电力系统中得到广泛应用。研究表明,交流励磁机定子外接电容C2两端的电压波形信号频谱特性与无刷励磁同步发电机转子旋转整流器工作状态具有一定的对应关系,当转子旋转整流器发生故障时会引起电容C2两端的电压波形信号频谱特性的改变,利用神经网络的学习和记忆功能可以提取不同工况下磁极电容电压Uc(t)波形信号的频谱特性与转子旋转整流器故障的非线性关系,建立一种模糊逻辑规则。由于规则考虑了交流励磁机的定子磁极线圈受静止励磁整流装置和磁极铁心饱和的影响,模糊诊断系统具有较高的可靠性。因此,可以利用神经网络的学习算法对模糊诊断系统进行训练,实现模糊神经网络的参数辨识。
4 自并励发电机励磁控制系统的应用优势
从励磁系统分类来看，根据电源取向可以将其分为自励方式和他励方式两大类，其中自励方式包括自并励、自复励方式，他励方式包括交直流励磁机供电方式、厂用交流电源供电方式和其他供电方式等。其中一些励磁系统由于自身缺陷，已经逐渐被淘汰。相比于其他励磁方式，自并励励磁控制具有以下几方面优势：不需要采用励磁机和其他整流装置，有利于提高系统运行稳定性；大轴长度被显著缩短，高度也得到下降，有利于降低小水电投入成本；电机轴与轴承座间的振动得到有效减少，从而可以有效提高电机安全系数。基于上述优势，目前自并励发电机励磁控制系统已经在生活得到较为广泛的应用，并具有良好的应用前景。
结语：
当自并励同步发电机直接接入直流输电系统，并采用孤岛运行方式时，电压波动明显增大。过电压将直接影响到设备的安全，故需做好发电机过电压保护的定值整定，合理的整定值有利于发电机组的稳定运行。综上所述，自并励发电机励磁控制系统具有更好的励磁控制能力，可以在开发中应用，提升系统运行稳定性。
参考文献：
[1]程启明,胡晓青,周卉云,王映斐.同步发电机励磁系统的最优控制仿真[J].上海电力学院学报,2011,27(03):275-279.
[2]黄小锋.PID在发电机励磁控制系统中的应用[J].电工技术,2007(09):79-80.
论文作者:黄崇交1,俞灵泉2,孙保义3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/26
标签：励磁论文; 发电机论文; 转子论文; 系统论文; 定子论文; 电压论文; 整流器论文; 《电力设备》2018年第29期论文;