摘要:本文主要研究当前励磁调差单元对电力系统低频振荡的影响相关问题，通过引用自动励磁调节器能够有效改善发电机的静调压特性，但对调差电流引入之后的变化相关分析还不太充足。文章结合当前戴维南等效电路分析法，重点研究了调差引入前后励磁系统测量电压时存在的变化以及对系统阻尼特性所造成的影响。
关键词:励磁系统；调差单元；低频振荡
随着社会经济科技迅猛发展，人们对于电力系统的应用需求逐渐提升。当前广泛采用的快速励磁系统能够有效改善发电机存在的静调压特性问题，实现发电机组间无功的科学合理分配。相比于普通类型的自动励磁调节器，利用负调差的发电机有效解决和补偿了部分升压变的电抗问题，实现对系统电压的有效控制，并且在进行管理的过程中不需要增加新的投资成本，具有非常良好的应用前景和经济性。国内对于负调差发电机的应用还比较少，但在国外已经有了成功应用的先例，并且证明具有很好的应用实效。但是需要注意的是，利用调差单元改善发电机静调压特性的同时，对系统的动态阻尼特性会产生一定的影响，从而影响发电机的正常运行。
1.自动励磁调节系统的基本原理
在电力系统正常运行的过程中，利用同步发电机的励磁电流能够有效建立系统电压，并且作为当前系统电压的唯一资源，对励磁电流的控制是非常必要的环节。为了保证电力系统内部电压的运行质量和效率，提升发电机运行的安全性和稳定性，就必须要在励磁系统中设置自动控制和调节设备，而增加了自动控制与自动调节相关设备的励磁系统一般称之为自动励磁调节系统或是发电机自动电压调节系统，图1描述的是其基本原理框图。
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图1自动励磁调节系统的基本原理框图
在实际运行的过程中，需要将测得的发电机端电压与基准电压进行对比，获取前置级可控硅功率放大级等输入信息，最后利用励磁机对电流电压偏差量进行调整，从而避免发电机的端电压与基准值出现较大差距。当机端电压存在大幅下降时，励磁电流会主动增加，引导发电机感应电动势能逐渐增大，逐渐调整机端电压并且与基准电压保持一致。反之，当机端电压出现升高的问题时，励磁电流会主动减小从而对基层电压实现有效控制，使机端电压主动回到基准值。从励磁调节器的应用原理来看，励磁调节器属于一种闭环比例调节器，结合端电压的实际偏差量能够对励磁电流进行自动调整，从而有效将发电机端电压控制在基准值附近。
2.系统振荡时发电机固定励磁与自动励磁作用的区别
2.1固定励磁与自动励磁作用的对比分析
在系统振荡时，发电机的固定励磁与自动励磁作用之间存在很大差异。在固定励磁方式下，发电机的电势幅值保持恒定不变，其中发电机和系统的等值电势出现夹角，当夹角数不断增加，发电机的电视与系统电势之间的矢量值逐渐增大，机端电压有所下降。而当系统配备自动励磁调节器时，励磁系统会根据机端电压的实际情况测算偏差值，根据最后得出的电压偏差量对励磁电流进行调节，从而有效保持机端电压与基准值的一致性。因此当夹角不断增大时，励磁调节器会主动增大励磁电流，使发电机的等值电势幅值不断提升，此时发电机电势与系统之间的电势差相比于固定励磁控制方式的电势差更大。综上所述，在固定励磁控制方式下，夹角的振荡变化会对回路电流的幅值造成影响，进而引发回路电流和机端电压幅值的振荡变化。如果将自动励磁调节器引入发电机内对机动电压偏差值进行有效控制，能够在夹角振荡造成极端电压振荡变化时调整发电机的电势幅值，进而控制机端电压的振荡变化。
2.2发电机自动励磁与固定励磁控制方式下的仿真分析
在进行发电机自动励磁与固定励磁控制方式下仿真分析研究时主要利用MATLAB仿真软件进行模拟，建立发电机、变压器、输电线路及无穷大电源相连的单机系统模型，根据实验需求，在同等条件下进行固定励磁和自动励磁的仿真实验。根据实验过程和结果发现当发电机出现回路电流振荡时主要原因在于发电机功角振荡问题，而这也是引起发电机端电压低频振荡的主要原因。当自动励磁调节器对发电机端电压偏差量进行控制时， 能够对励磁控制系统输出量而造成的低频振荡进行有效调节，该振荡变化与功角振荡变化会出现相互作用，从而造成振荡幅度的增大并且延长了振荡持续时间。
3.自动励磁系统引入调差单元后对低频振荡的影响
3.1调差单元的作用原理及引入方式
为了保证电力系统的稳定运行，维持发电机机端电压的恒定，对发电机无功功率分配的科学控制是非常必要的。为了保证其运行稳定性，设计时经常在自动励磁控制系统中增加电流调差环节，也就是调差单元。在实际工程建设过程中，常见的调差单元主要以两相式电流接入，将两相电流测量值进行电阻降压，之后叠加在电压互感器副侧回路上，从而将整个调差单元引入到励磁系统电压测量回路中。另外，通过对调差电阻R的阻值进行整定能够有效控制调差系数，想要改变调差的极性可以更换接线方式从而满足不同系统设计。
3.2调差单元引入对励磁系统测量电压的影响
在励磁系统中引入调差单元会对整个电压测量结果造成影响，在一定运行条件下发电机的额定电压和发电机的电势幅值是恒定的，当夹角的度数逐渐扩大时会造成极端电压下降。而利用励磁系统对整个系统进行单闭环电压控制时，会使机端电压与额定电压出现矢量差。而调差单元在励磁系统中的应用能够使机端电压与负载电流阻抗压降成为励磁系统测量的主要电压。此时电压的偏移量与测量电压与额定电压之间的矢量差会出现相位滞后的情况。假设在电流调差单元下，励磁系统所对应的测量电压为，如果是不完全正调差单元，其所选择的投入方式一般需要近似根据a相的电压变化情况来进行标示，实际上，相量表达式为：
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式中：表示发电机端回路电流与电压间的夹角，即所谓的功率因数角；表示电压互感器二次测量电压；R 表示调差电阻。其中，
3.3测量电压变化对发电机阻尼转矩的影响
总的来看励磁系统属于一种滞后单元，整个励磁系统包含励磁滞后角和发电机磁场回路滞后角，在励磁电压对数据参数进行反馈之后，它的总滞后角小于励磁滞后角并小于发电机磁场回路滞后角，而当调节器放大倍数相对较大时，由于发电机电枢反应作用较小因此可以进行忽略。综上所述，将调差单元引入励磁系统之后对电压进行测量发现在测量电压变化时会对机端电压偏移量的幅值和相位造成影响，进而改变发电机产生的电磁转矩以及阻尼力距，电压变化量与自动励磁调节器生成的阻尼转矩间的关系如图 2所示。根据实验结果可以发现调差电流的极性、电阻阻值以及不同的接入方式都会影响测量电压的幅值和相位形式。因此在配备调差单元的励磁系统出现低频振荡时，调差系数、调差方式以及发电机所处的工况甚至是励磁系统的参数改变都会影响发电机的阻力情况。
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图2 测量电压变化对阻尼转矩的影响
4.小结
综上所述，当前国内对励磁调差单元对电力系统低频振荡影响的相关研究和论述还比较少，本文以仿真和戴维南等效电路分析作为基础，对发电机与系统出现低频振荡时的相关问题进行研究。在调差单元引入之后会对系统的阻尼产生一定影响，造成这种影响的原因有多方面因素，与调差单元的接入方式正负极有关也与发电机调差系数以及励磁参数等相关数据有关。结合数据计算和研究发现采用正调差特性的发电机能够有效解决发电机尽调压特性相关问题，实现对发电机无功功率的合理分配，有效抑制电力系统中存在的低频振荡问题。
【参考文献】
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