摘要：随着电力系统的不断发展，对电力系统的安全稳定要求逐渐提高，电网的安全稳定运行也面临着越来越大的挑战。励磁性控制是确保电力系统安全和稳定的最佳手段之一，电网管理部门不但关注与电网稳定运行相关的励磁系统的功能，还要求做好发电厂励磁系统的涉网试验，对励磁系统的功能性能进行全面检查。
关键词：发电厂；励磁系统；涉网试验；方法
1励磁系统运行原理
电厂机组励磁系统较为复杂，主要由电磁电流电源、其他辅助设施构成。在实践应用中，励磁系统工作原理是，在规定的标准下，收集电厂发出的信号，将信号进行转换处理为电流进行传输。发电站转子达到特定转速后，会形成电流，确保供电稳定性。可见，励磁系统运行对整个电力系统来说非常重要。
一般来说，当机组容量>500kW时，会使用自并励可控硅励磁；反之，当机组容量<500kW时，主要利用双绕组电抗器分流自复励形式。大容量机组励磁方式设备，涉及励磁变压器柜、调节柜等多个设备，结构相对复杂，且设备之间联系较为密切。其中调节器，通过自动调节能够确保电压保持在稳定状态，从而促使系统能够有序运行，
2发电机励磁系统对电力系统稳定的影响
2.1电力系统稳定性的定义
电力系统稳定性是指在电力系统正常运行时对于突发事故的抗干扰能力，系统是否具备能快速恢复稳定运行的状态或是通过调节响应过渡到一个新的稳定的状态的能力。通常将电力系统稳定性分为静态稳定性、动态稳定性、暂态稳定性。静态稳定性是指电力系统在正常运行状态下受到微小扰动时的稳定性问题。影响系统静态稳定性的因素是同步发电机的同步力矩。动态稳定性指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。通常指电力系统受扰动后不发生发散振荡或持续的振荡，是电力系统功角稳定的另一种形式。暂态稳定性指电力系统在一个特定的大扰动（一般为短路故障、重要元件退出运行等）时，系统通过自身调节保持系统原有运行状态，并在干扰消除后重新恢复稳定运行的能力。电力系统是一个复杂的实时变化的系统，一直以来对于静态还是动态稳定性都无法达成一个固定的定义。所以目前我们可以简单以大扰动下的稳定和小扰动下的稳定来区分。小扰动下的稳定性是指电力系统在正常运行状态下受到无限小的干扰后，系统保持稳定状态，维持发电机保持同步的能力，其特点是系统的状态变量偏离很小，因此可以用线性化的状态方程来描述。这一定义与传统的静态稳定性定义相对应。但是，对于有快速励磁调节作用下所发生的小扰动稳定性问题，国内一些励磁专家曾称之为微动态稳定性。大扰动的稳定性是指在重要扰动下（短路故障，大负荷切除，重要设备停役等），系统能重新恢复稳定运行状态能力。由于系统的状态变量偏离较大，并且系统在受到大干扰的过程中往往伴随着网络结构和参数的改变，因而这是涉及到系统的非线性问题。
对于实际运行的同步发电机，基于能量守恒原理来说，其机械输入功率应等于实际电磁输出功率。静态稳定计算时，如果不进行励磁调节，那么功率角最大只能到90度，即δ=90°。但如果自动调节装置能按照电压偏差调节，那么放大倍数越大，发电机维持机端电压的能力就越强，Eq增加越大，功率特性曲线波幅越高，发电机的稳定极限功率就越大，即δ>90°时也能运行。因此通过励磁系统可以有效提高发电机运行性能，提高功率极限，扩大稳定区域。
2.3励磁系统对动态稳定的影响
为了提高静态稳定性，希望励磁系统具有较大的放大倍数。然而高放大倍数、高起始响应的励磁调节器在某些情况下容易产生负阻尼，使系统的动态特性变坏，系统可能发生阻尼不足的振荡。在励磁系统中增加附加励磁控制通道，采用电力系统稳定器（PSS）是有效的措施，通过相位调节使整个励磁系统在低频振荡范围内具有正阻尼作用，抑制系统的低频振荡。
2.4励磁系统对暂态稳定的影响
由于系统会受到诸如短路、接地等严重故障的干扰，因而从提高电力系统暂态稳定性的角度出发，要求励磁系统提供足够的强励顶值电压倍数。这对抑制发电机转子的机械飞逸是十分有利的。同时为了提高继电保护动作的准确性，加强短路故障期间对发电机转子的电气制动以及加快切除故障后的系统电压恢复，采用高参数励磁电压响应比的快速励磁系统对改善暂态稳定性是非常必要的。
3励磁系统涉网试验
在目前国家对于电网建设的和关注下，对于励磁系统的相关要求是非常严格的，因此对于励磁系统的实验要求也是非常的严格。励磁系统的具体要求是：首先要建立励磁系统的参数模型，这个模型在数据的采集上要做到全面性和精确性。其次，需要对实验结果给相关部门予以汇报，汇报报的内容包括无功补偿功能的详细数据，以及电力系统稳定器的相关参数，因此在做励磁实验时要做好充分的准备。
3.1无功补偿系数测定和验证
对于发变组单元并联机组，需要设定负调差，即发电机所带无功负荷越大，其机端电压上升越高，无功补偿系数曲线呈现上翘特性；对于发电机并联机组，需要设定正调差，使无功补偿系数曲线呈现下斜特性。
3.1.1无功补偿系数的推算。一般情况下，发电机无功功率小于额定
视在功率，按Sn计算的无功补偿系数如式（1）。
式中Ut0为发电机空载时的机端电压；Ut以为功率因数等于零、无功等于Q时发电机端电压。以某厂1号机组为例，机组参数Sn=353MVA，功率因数0.85测试时调节器给定电压Uref=0.975p.u.，对应的空载电压Ut0=17.72kV，有功功率P=252.3MW。
3.1.2无功补偿系数的极性
大多电网只要求验证调差极性，即顺序调整无功补偿系数后相应机组无功增、减情况，并将最终设定无功补偿系数上报调度部门。
3.2发电机负载阶跃扰动特性校验
在进行发电机负载的扰动特性研究时，需要注意阶跃量，要把阶跃量控制在百分之四左右，这样做是为了保证机组可以安全稳定的运行，增加了机组的稳定性和安全性。做这项校验的目的是为了检测发电机在负载运行状态下，在经过扰动实验后模型的参数变化。在对参数进行观察时需要关注模型能否在扰动的状态下保持调节能力，同时计算在当时状态下模型的阻尼比。
3.3励磁系统频率特性及电力系统稳定器整定试验
电力系统稳定器借助于白动电压调节器控制同步电机励磁，用以阻尼电力系统功率振荡。励磁系统频率特性及电力系统稳定器整定试验主要包括以下内容。
3.3.1励磁系统无补偿频率响应特性试验
励磁系统滞后特性指PSS输出信号产生的发电机附加力矩对于PSS输出信号的相频特性，也称无补偿相频特性。附加力矩方向与发电机暂态电动势Eq基本一致，但由于实际无法测量Eq，因而用发电机电压Ut代替。发电机有功负荷80%以上，确定AVR电压相加点的接口，并将AVR允许的外部模拟信号增益数值调到最小。用频谱分析仪将白噪声信号输入上述电压相加点，控制机端电压摆动不超过1%，转子电压摆动不超过10%额定值。测量发电机励磁系统在PSS未投入时的机端电压相对于PID信号总加点的相位迟后的频率特性，记录励磁系统0.1-2Hz无补偿相频特性。
3.3.2确定PSS增益
我们一般采用临界增益法来确定PSS的增益，在运用这种算法的时候，不能够过分增加PSS的增量否则会导致电磁震荡产生负数，表现出来就是系统的不稳定，另外当提高某一台或一组机器的PSS增益时，虽然会对其震荡模式的阻力提高很多，但是对于其他机器的震荡的阻力带来不力的影响，着需要工作人员对此特别的关注。在发电机
正常运行情况、PSS投入、超前滞后参数为设定值，进行临界增益试验。PSS增益从零逐渐增大，直至观察到励磁电压、无功功率等出现不稳定现象为止。在频率检测完毕、PSS的补偿参数选定的情况下就可以进行检验试验了。常见的检验试验有：负载检测法、PSS界定不超额检测法、发电机功率正当曲线检测法。比较有PSS和无PSS的发电机有功功率振荡曲线，PSS应对振荡提供正阻尼。
4结语
随着电网对励磁系统控制管理的强化，加强励磁系统的涉网试验，对于提高电网输送能力，提高联网之后系统动态稳定水平具有重要的积极意义。
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论文作者:万薇薇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/21
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