【正文】 式勵磁調(diào)節(jié)器；加拿大通用電氣公司（CGE）于1990年也開發(fā)出微機勵磁調(diào)節(jié)器；瑞士ABB公司開發(fā)了UNITROLD型微機勵磁調(diào)節(jié)器。迄今為止，線性最優(yōu)勵磁控制器已進入實用階段，成為兼有AVR和PSS功能，可供大型發(fā)電機組優(yōu)選的勵磁控制方案之一。這兩種調(diào)節(jié)方式都是基于線性傳遞函數(shù)數(shù)學模型上的單變量設(shè)計方法。20世紀50年代以來，磁放大器出現(xiàn)后，常被用用直流勵磁機系統(tǒng)?，F(xiàn)有的絕大多數(shù)非線性勵磁控制所針對的只是常規(guī)非線性（或稱為光滑可逆非線性）問題，而對工程實際中廣泛存在的強非線性“視而不見”，或者只是做事后的定性校驗；針對單機無窮大電力系統(tǒng)提出了一種考慮輸入限幅和機組端電壓約束的分段LQ勵磁控制策略，而對于一般情況的多機電力系統(tǒng)尚需要進行更深入的研究。誠然，想完成這件有益的事并非一兩個研究組發(fā)表一兩篇文章所能勝任的。目前，己有大量的文獻報導了以滑模變結(jié)構(gòu)控制、控制和綜合理論為代表的魯棒控制理論在發(fā)電機勵磁控制器設(shè)計中的應(yīng)用。缺點是運用該方法設(shè)計的控制器與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)，因此無法保證對網(wǎng)絡(luò)變化的魯棒性。用大范圍線性化方法將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)，然后利用線性系統(tǒng)的Lyapunov方法進行設(shè)計。該方法以李雅普諾夫第二穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)，通過構(gòu)造能反映機組運行規(guī)律的李雅普諾夫函數(shù)并以其為最小目標進行設(shè)計。第四，可使系統(tǒng)獲得高的微動態(tài)穩(wěn)定極限。描述發(fā)電機系統(tǒng)的運動方程是一系列非線性方程，線性最優(yōu)控制將這些非線性方程在時域內(nèi)逐點線性化，計算出最優(yōu)控制規(guī)律。具有代表性的方法就是增加了PSS環(huán)節(jié)的PID勵磁控制和LOEC線性最優(yōu)勵磁控制。研究主要集中在兩個方面:一是勵磁方式的改進，二是勵磁控制方式的改進。主要有：1．起勵電路：啟動發(fā)電機時，當發(fā)電機轉(zhuǎn)子的剩磁無法建立電壓時，要利用起勵電路供給發(fā)電機初始勵磁電流。 基本工作電路基本工作電路是可控勵磁裝置向發(fā)電機提供勵磁電流并完成自動調(diào)節(jié)任務(wù)必不可少的單元電路，它包括如下工作電路：電源變換與無功調(diào)差：將發(fā)電機輸出電壓變換成自動檢測所需的電壓信號，并復合無功電流的變化量，輸出一個既可反映電壓差變化又能反映無功電流變化量的信號源。此外，采用現(xiàn)代控制理論的勵磁控制器，如線性最優(yōu)勵磁控制器、自適應(yīng)勵磁控制器和非線性勵磁控制器等勵磁系統(tǒng)，也能有效的抑制各種頻率的低頻震蕩。 改善電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定是研究電力系統(tǒng)受到擾動后，恢復原始平衡點（瞬時擾動）或過度到新的平衡點（大擾動后）的過程穩(wěn)定性。當系統(tǒng)受到小的擾動后，發(fā)電機能繼續(xù)保持與系統(tǒng)同步運行特性稱為電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。發(fā)電機送出的有功功率P可用以下兩式表示 （12） （13）式中：為Eq與Us間的電角度差；為Ut與Us間的電角度差；Xd為發(fā)電機同步電抗；Xt為變壓器電抗；XL為線路電抗；Eq為發(fā)電機空載電動勢（勵磁電動勢）；Ut為發(fā)電機機端電壓；Us為無窮大母線電壓。維持發(fā)電機機端（或制定控制點）電壓在給定水平上是勵磁控制系統(tǒng)最基本和最重要的作用。同步發(fā)電機半導體勵磁系統(tǒng)中的直流勵磁電流是通過把交流勵磁電源經(jīng)半導體整流后得到的。為此，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求發(fā)電機迅速增大勵磁電流，以維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。本文主要對可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)進行了實驗設(shè)計，首先對可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)做了相關(guān)簡介并探討了可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)的國內(nèi)外未來發(fā)展形勢。而不同容量的負載，以及負載的不同功率因數(shù)，對同步發(fā)電機勵磁磁場的反映作用是不同的，要維持同步發(fā)電機端電壓為一定水平，就必須根據(jù)負載的大小及負載的性質(zhì)隨時調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的勵磁。因此對同步發(fā)電機的勵磁進行控制，是對發(fā)電機的運行實施控制的重要內(nèi)容之一。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。 勵磁控制系統(tǒng)的作用 維持發(fā)電機端電壓在給定水平在發(fā)電機正常運行條件下，勵磁系統(tǒng)應(yīng)維持發(fā)電機機端（或指定控制點）電壓在給定水平。但由于自動勵磁的調(diào)節(jié)裝置的出現(xiàn)，使這一問題得到了圓滿的解決。 改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)遭受到大干擾（如短路，斷線等）時，能否維持同步運行的能力。只有勵磁電壓上升快速并且頂值電壓高的勵磁系統(tǒng)對于改善暫態(tài)穩(wěn)定才有較顯著的作用，快速強勵可減少加速面積，增加減速面積，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。研究表明，按電壓偏差調(diào)節(jié)的比例式快速勵磁系統(tǒng)，會造成電力系統(tǒng)機電震蕩阻尼變?nèi)?。當母線電壓發(fā)生波動時，發(fā)電機無功電流的增量與電壓偏差成正比，與調(diào)差系數(shù)成反比。勵磁功率輸出電路：一般由勵磁電源和可控變流器件組成，可控變流器件由移相觸發(fā)脈沖進行控制。5．低壓觸發(fā)電路：在自并勵型可控硅靜止勵磁系統(tǒng)中，當發(fā)電機端電壓過度降低時，會導致勵磁變壓器副邊電壓過低，使勵磁系統(tǒng)無法工作。要使閉環(huán)系統(tǒng)成為穩(wěn)定系統(tǒng)，必須將增益K的值限制在一定范圍，而要提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度就得使增益K大于某一值，有時這二者是無法滿足的。該控制方式由于考慮了電力系統(tǒng)多個控制目標的綜合，并采用最優(yōu)化設(shè)計，因而具有更好的動態(tài)性能，在魯棒性和適應(yīng)性上也有很大的改善。第二，系統(tǒng)在偏離設(shè)計的最優(yōu)運行狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)與設(shè)計的最優(yōu)運行狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)之間相差甚微。 非線性多變量勵磁控制方式由于電力系統(tǒng)是一個強非線性和結(jié)構(gòu)多變的系統(tǒng)，大多數(shù)實際工程控制系統(tǒng)也都是非線性系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)的問題最后要用非線性的控制理論來解決。文獻將李雅普諾夫第二穩(wěn)定性理論應(yīng)用到電力系統(tǒng)控制中，通過構(gòu)造反映機組運行規(guī)律的李雅普諾夫函數(shù)并以其為最小目標進行設(shè)計。直接反饋線性化方法是另一種使非線性系統(tǒng)實現(xiàn)線性化的方法，與微分幾何法相比，這種方法數(shù)學過程非常簡單，不需要進行復雜的坐標變換和數(shù)學推導，直接便可得到線性化的結(jié)果。但目前這些方法還存在一些問題，如滑動模態(tài)的到達條件比較嚴格，開關(guān)邏輯函數(shù)的設(shè)計比較困難等。近年來，模糊控制技術(shù)得到了越來越多的重視，模糊控制不依賴對象的數(shù)學模型，魯棒性好，簡單實用，可以離線形成控制表存儲在控制器中，可以很好地滿足勵磁控制系統(tǒng)快速反應(yīng)的要求，因而在發(fā)電機勵磁控制器的設(shè)計上受到關(guān)注，并取得了一定的實際效果。勵磁控制設(shè)計需要解決的關(guān)鍵問題有：；；——包括可微非線性和不可微強非線性（如控制限幅）的處理及機端電壓的處理問題；，即分散與解耦控制問題；；；；，勵磁控制器對不同運行點、運行方式和擾動模式的適應(yīng)能力和優(yōu)化程度；，包括閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性等。動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題。勵磁控制發(fā)展的第一階段可稱之為古典勵磁控制方式。加拿大學者余耀南先生在20世紀70年代首先提出將最優(yōu)控制理論應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。華中科技大學先后與東方電機股份有限公司和葛洲壩電廠能達通用電氣有限公司合作，開發(fā)了線性最優(yōu)和自適應(yīng)最優(yōu)微機勵磁控制器。從整體上看，我國在微機勵磁控制系統(tǒng)的控制算法的研究處在國際前列，所開發(fā)的微機勵磁控制裝置的功能也非常強大，但裝置所選用的元器件的可靠性以及生產(chǎn)制造工藝水平與國外相比尚存在一定差距。過勵反時限特性與發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護特性之間留有級差，確保在保護動作之前限制動作。緩限方式可以減少有功波動，而緩限過程增加的熱量不大。提高電流測量準確度，適當減少限制過程時間，改進限制失敗判斷方法，有可能將頂值電流下的級差進一步減少。5）按照級差2 s選取過勵限制最大過熱量。在此期間有可能完成電壓互感器斷線、調(diào)節(jié)器死機、電源故障、同步故障等的判斷和通道切換。對于高頂值勵磁系統(tǒng)，也可以采取獨立的第2套過勵限制功能，設(shè)置相同的特性和參數(shù)。2）檢查無誤后開啟“電源總開關(guān)”，“停止”按鈕指示燈亮，表示實驗裝置的進線已接通電源，但還不能輸出電壓。3）實驗中如果需要改接線路，必須將開關(guān)撥到“關(guān)”位置，保證操作安全。3）可調(diào)直流穩(wěn)壓輸出設(shè)有過壓和過流保護告警指示電路。在整個實驗過程中，學生必須集中精力，及時認真做好實驗。3）按圖正確接線根據(jù)實驗線路圖及所選組件、儀表，按圖接線，接線力求簡單明了。經(jīng)指導老師認可后，才允許拆線，并把實驗所用的組件、導線及儀器等物品整理好，放至原位。 自動—手動控制切換操作要點1．正常運行中的切換：當需要從自控切換到手控，或者相反操作時，可按如下步驟進行：①按下UK校準按鈕SB將控制電壓表切換至運行控制檔，讀取運行控制電壓。此外，只要自控方式運行正常，就不要隨意切至手控，以免操作不當引起機組振蕩或失步解列。同時應(yīng)著重監(jiān)視過勵限制單元的運行情況。5．運行中應(yīng)經(jīng)常檢查勵磁系統(tǒng)各部分的發(fā)熱情況，注意監(jiān)視其溫升不得超過允許值；其中，應(yīng)特別注意勵磁主電路中各整流元件及勵磁電源變壓器的溫升。C。（C）停止風機運轉(zhuǎn)（實際設(shè)備可控橋部分有降溫風機）。其余操作同①中的（C）～（E）。 可控勵磁自動調(diào)節(jié)裝置的檢查與維護1．日常運行中的檢查檢查應(yīng)充分運用耳聞、目睹、鼻嗅等方式，注意監(jiān)視勵磁系統(tǒng)各部位是否處于正常進行狀態(tài)。必要時應(yīng)重新調(diào)整工作點。處理：①檢查并調(diào)整操作機構(gòu)及延時元件的時延；②更換損壞線圈。處理：①旋動勵磁整定電位器，檢查比較電路輸出電壓△U是否在要求范圍內(nèi)變化；否則應(yīng)著重檢查測量電路的整流二極管、濾波電容及比較電路的穩(wěn)壓管是否損壞，電路中是否有虛焊及脫焊現(xiàn)象，連接導線是否正確或開斷；②若△U正常，則應(yīng)檢查放大電路輸出的控制電壓UK是否在要求范圍內(nèi)變化；否則應(yīng)著重檢查晶體管是否損壞、工作電壓是否正常。處理：調(diào)整或修復移相觸發(fā)組件，使三相脈沖對稱。原因：是勵磁繞組極性接反，其情況一般發(fā)生在無外接直流電源的自激起勵方式在安裝或檢修后第一次起勵時。5．手控不能建壓，切至自控能建壓。⑥檢查起勵接觸器是否因故障而在線圈斷電后，其觸頭延時斷開或不能斷開。原因及處理：①自控電路開環(huán)放大倍數(shù)過高，導致運行不穩(wěn)定。處理：①立刻從自控切換到手控運行；②檢查測量變壓器、電壓互感器及比較電路三相電源是否斷相；③斷開檢測放大組件進行檢查并排除故障。原因：①電網(wǎng)電壓過低，調(diào)節(jié)裝置強行勵磁；②自動控制電路故障，可能是電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷、測量電路電源斷線或比較電路穩(wěn)壓管損壞等；③續(xù)流二極管質(zhì)量不良或損壞不起作用；④可控硅擊穿或正向阻斷能力下降。處理：①調(diào)節(jié)勵磁整定電位器，使UF=UFe；②調(diào)整或檢修過壓保護電路、過壓限制電路及QFG跳閘回路；③校準電壓表?？捎勉Q形電流表或串入電流表檢查，若某相電流為零或特別小，一般即為缺相所在，應(yīng)立即降低負載或停機處理；b）某橋臂快熔熔斷。9．運行中風機停轉(zhuǎn)。處理：①檢查UK是否與整定電位器正常值符合，否則應(yīng)檢查檢測放大電路；②用示波器檢查導通角是否與UK對應(yīng)，否則應(yīng)檢查移相觸發(fā)電路；③按缺相故障處理；④更換快熔；⑤檢查整流元件，若個別損壞，可適當降低負載繼續(xù)運行，待停機時更換。14．發(fā)電機失磁。圖41 過勵限制電路原理接線圖過勵信號由可控功率整流橋交流側(cè)的兩個測量互感器5TA、6TA二次側(cè)取得。比較橋的另一回路由716VDe、1Re組成。因19VDe反偏，910端無過勵限制信號輸出。1Ke處在10。過勵限制輸出信號與控制方式切換電路輸出的控制信號UK并聯(lián)后，送入移相觸發(fā)電路的移相控制端。故可看作一個個串聯(lián)的小穩(wěn)壓管。其限制值由波段開關(guān)1Ke分十檔進行整定調(diào)節(jié)。原因可能是：①檢測放大電路故障，無UK輸出；②可控橋輸出端短路或開路；③續(xù)流二極管損壞短路；④勵磁電源變壓器短路，引起高壓側(cè)開關(guān)跳閘或熔絲熔斷；⑤勵磁繞組開路或嚴重短路；⑥失磁保護故障拒動。原因及處理：①一相或兩相移相觸發(fā)電路故障無輸出；用示波器檢查并排除故障；②快熔熔斷；更換之；③整流元件損壞；處理同上述10項第⑤點。原因及處理：①熔斷器或熱繼電器動作，切斷風機電源。先適當減小負載，再迅速檢查整流元件，必要時可停機檢查，更換故障元件；d）某橋臂可控硅無觸發(fā)脈沖。原因及處理：①單機運行中長期過負載；應(yīng)減載至額定值；②并網(wǎng)運行電網(wǎng)電壓偏低，機組長期低cosφ運行，致使勵磁電流IL長期過載；應(yīng)減小IL少發(fā)無功；③機組長期低速運行，IL長期過載；應(yīng)提高轉(zhuǎn)速至額定；④實際工作中會出現(xiàn)發(fā)電機風道堵塞；應(yīng)清除；⑤定子繞組短路或絕緣下降，應(yīng)立即停機檢修。④查明原因排除故障。原因是檢測放大電路中有開路、短路或元件損壞現(xiàn)象，相當于測得的UF劇烈下降或消失，調(diào)節(jié)器強勵。應(yīng)校準后迅速切換。 空載運行中的常見故障及處理方法1．起勵后旋動勵磁整定電位器能自由調(diào)節(jié)UF，但當UF增至最大允許值時，限壓值太低或不能限壓。此時應(yīng)檢查手控電路并測量其輸入、輸出電壓是否正常。3．按起勵按鈕無反應(yīng)，勵磁電流及電壓表絲毫不動。處理：①切換電路的等值負載電阻變質(zhì)或損壞；②輸出端平滑電容容量不足或損壞，造成開路或短路；若容量不足，可留待閉環(huán)調(diào)試中處理。原因是可控橋交流側(cè)相序接錯，或者是同步電壓相序或相位有錯。2．三相觸發(fā)脈沖正常，但可控橋直流輸出及交流輸入均為零。上述檢測中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)及時進行檢修或換件處理。但必須注意安全，防止觸及帶電部位；⑧電刷與集電環(huán)接觸是否良好，有無火花及異常噪音；⑨接線板、接線頭、勵磁調(diào)節(jié)器各部位、各種變壓器及互感器等，應(yīng)經(jīng)常保持清潔無塵，不允許有油污或其他危及安全的雜物存在；⑩勵磁可控整流裝置的通風散熱系統(tǒng)是否工作正常，冷卻風道有無堵塞現(xiàn)象；⑾定期檢查各部緊固件，不應(yīng)松動或脫落；⑿有無其他異?，F(xiàn)象；⒀作好運行日志，定時抄寫表計讀數(shù)。采用外接直流電源助磁或它激起勵的機組。（E）將控制方式切換開關(guān)置于截止位置。7．當發(fā)電機由于某種原因低頻運行時，應(yīng)特別注意可控橋輸出電流不得超過允許值，可控硅的溫升應(yīng)符合要求。C；至于管殼的溫度，由于受結(jié)溫、環(huán)境溫度，通過的電流、可控硅導通角、散熱條件（如冷卻方式及散熱器大?。┑戎T多因素影響，難以用作判斷依據(jù)，但當條件限制無據(jù)可查時，管殼溫度一般以不超過70～80176。同時應(yīng)著重監(jiān)視低勵限制單元的運行情況。⑤處于自控方式運行中的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，必須經(jīng)常注意保持手控、自控電壓相等，特別當負載發(fā)生較大變化后，更應(yīng)及時調(diào)節(jié)手控電壓，使之等于自控值，以便自控電路故障或緊急時，立即切至手控方式。③重復上述操作1～2次，盡可能使兩種控制電壓相等。2．按起勵試驗步驟①～③將發(fā)電機電壓UF建立至最低整定值。為方便檢查線路的正確性，實驗線路圖中的直流回路、交流回路、控制