智能化勵磁系統前景

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隨著電力系統向智能電網發展的趨勢的確立和實現．百萬千瓦級發電機組的大規模投入使用，多種不同類型發電和儲能系統的接入，作為發電機和電網電壓控制的主要支持系統一勵磁系統，將迎來技術更新和新的發展機遇，以適應智能電網的可靠、安全、經濟、高效、環保和使用安全的目標要求。盡管當前勵磁系統的發展在可靠性、功能和性能等方面有了很大提高，但是就智能電網的要求和特征而言，未來智能化的勵磁系統與現有的勵磁系統，在系統結構，控制方式，技術應用和目標要求等方面將有很大的不同。

1未來勵磁系統的新特征

(1)勵磁控制系統的量測信號數字化，連接和數據傳輸網絡化。常規勵磁調節器所需的模擬量和開關量，由數字化的傳感器連接終端設備，如光CT，光和電網廣域測量等，通過網絡傳送；加載于設備上的智能控制器和發電電壓控制單元，通過高速雙向通信網絡，相互連接，接受數據指令，實現對發電機勵磁系統的控制和監測。

(2)勵磁設備智能化。勵磁設備的主體功率整流器、滅磁裝置和勵磁變壓器分別設有智能控制器。分散安裝在各自的設備中，執行相關的控制、限制保護和監測等功能，由各自的智能控制器分散化的實現；而常規電壓調節器對發電機電壓和無功調節和控制的功能，由發電電壓控制單元實現，該單元可現地就近安裝，也可遠距離集中裝設，進行集中而冗余的控制。

(3)勵磁系統將綜合應用最新和先進的通信、電力電子、控制、決策支持和電力系統穩定等技術。網絡化的系統結構和智能化的控制方式，使勵磁系統更加可靠。在任何異常和故障發生初始，就能采取有效的校正措施，保證發電機的勵磁控制；更加安全，在外部干擾和電網擾動時，能準確的操作和控制，使影響和損失降到最低；更加經濟，勵磁系統設備的設計以最低的成本提供所期望的功能為準則，通過對設備實時在線地監測和運行狀態評估，使設備能夠在更大的負荷下使用，發揮最佳的能力；更加高效，采用效率更高的功率整流電路，低功耗和節能的器件及設備：更加穩定，先進的電力系統穩定控制技術理論和方法，將得到實質性的應用和推廣，最大限度的發揮勵磁系統對提高電力系統穩定性的作用；更加環保節能。大大減少連接電纜損耗和附加損耗，采用對電網諧波電流注入少。開關涌流擾動小的功率和滅磁電路。

2系統結構

勵磁系統的結構和控制方式將發生根本性的變化，作為單臺發電機的勵磁系統．主要由獨立的智能功率單元、智能滅磁單元和勵磁變壓器構成．其控制和監測由各單元的智能控制模塊來實現；機端電壓及無功調節將由集中冗余的發電電壓控制單元來實現．該單元即可以由多臺獨立的控制器或服務器來構成，也可以作為一個發電電壓控制軟件模塊在電廠分布式監控系統中實現，通過網絡對一臺或多臺發電機的勵磁進行實時控制和監測。如附圖所示。這種網絡化的結構使勵磁系統在不同機組之間，勵磁系統與電廠監控系統、電網控制系統緊密的連接在一起。

(1)發電電壓控制單元。發電電壓控制單元通過網絡從數字測量終端獲取每臺發電機和系統的電壓、電流、有功、無功、頻率、功角和各種控制監測指令等所需的信息，根據最安全和經濟的控制策略，計算出對每臺發電機勵磁的操作和控制參量．通過網絡發送到功率單元和滅磁單元等勵磁設備。實現發電機電壓和無功的控制和調節。

(2)智能功率單元。功率單元的智能控制器具有高速雙向的通信網絡接El，通過網絡接收發電電壓控制單元的操作控制指令，對功率整流電路的輸出進行調節．實現對勵磁電壓的控制和調節：同時對功率單元的設備及其運行狀況進行實時監控，并在設備異?；蚬收锨闆r下，自動采取措施加以糾正控制和報警，迅速隔離和切除故障元件，恢復正常運行，確保設備的高效、可靠和安全運行。

(3)智能滅磁單元。滅磁單元的智能控制器具有高速雙向的通信網絡接El，通過網絡接收發電電壓控制單元的操作控制指令，對滅磁電路實現遠程控制．同時對滅磁設備元件和滅磁過程進行實時監測和狀態分析，在異常或故障發生前，及時提出預警信息和維護檢修，確保發電機滅磁的可靠、安全和性能優越。

(4)勵磁變壓器。勵磁變壓器同樣裝設智能控制器。對勵磁變壓器進行實時監測和保護，通過高速雙向的通信網絡接口，發送勵磁變壓器的電壓、電流、運行工況、故障預警和狀態分析等，及時進行維護檢修，保證發電機的安全運行。

3新技術的應用和研究

如果說智能電網將是一次新的產業、技術和管理的革命，那么作為發電端重要的控制系統——勵磁控制系統也必將在技術應用、設計規范和技術標準等方面產生巨大的變化，推動勵磁技術的新發展。

(1)智能控制系統。74應用高速集成的嵌入式系統芯片和嵌入式操作系統．如ARM、DSP、POWERPC芯片和Linux、VxWORKS、WINCE操作系統等，構成智能控制器的軟硬件平臺。設計具有光纖、無線等連接的網絡通信接口．和符合智能電網的標準網絡通信規約；設計對設備實時控制和在線監測的電路接口和功能軟件：應用操作系統對各種控制和監測任務進行實時有序管理。

(2)通信網絡技術。按統一的技術標準和即插即用技術，建立高速雙向的通信網絡，使各勵磁設備之間能夠進行緊密無縫的網絡化通信，使勵磁系統在不同機組之間，與電廠監控系統之間、與電網控制系統之間實現信息和操作功能的交互。通信規約的使用和軟件功能的設計是勵磁系統正常運行的保證．勵磁設備的連接除網絡連接線外，沒有其它的硬電纜連接。

(3)控制技術。先進的電力系統穩定控制技術理論和方法，如電力系統電壓調節(PSVR)、高壓側電壓調節(HSVR)、勵磁和調速的綜合控制、根據系統狀態調整參數的適應式PSS、混成自動電壓控制(HAVC)和非線性勵磁控制等，將得到實質性的應用和推廣，最大限度的發揮勵磁系統對提高電力系統穩定性的作用。

(4)電力電子技術。功率部分的設備采用環保的設計，新的電力電子器件和變流技術，使功率單元效率高、功耗低、節能、且電能質量好。如應用熱管自冷散熱技術，采用諧波含量少轉換效率高的整流器等。采用電力電子開關取代常規的滅磁開關，避免直流滅磁開關的限制，應用柔性滅磁技術，實現理想的滅磁，最大限度的保護發電機，使發電機的滅磁更可靠、安全、靈活和性能優越。

(5)決策支持技術。強大高速的計算機處理能力，能準確的確定和實時仿真現有的、正在發展的和潛在的發電機電壓無功控制和勵磁系統問題的解決方案．并以虛擬現實等技術一目了然的展示出來，幫助系統運行人員認識、分析和緊急處理。4結語一個概念煥發一個行業的潛能。智能化電網和電廠的發展必將帶動勵磁系統的新發展，勵磁系統自成一體的模式將打破，在新技術應用方面，有許多值得去研究的工作和方向，通過實踐創新，新一代智能化的勵磁系統將會實現。