智能化励磁系统前景

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随着电力系统向智能电网发展的趋势的确立和实现．百万千瓦级发电机组的大规模投入使用，多种不同类型发电和储能系统的接入，作为发电机和电网电压控制的主要支持系统一励磁系统，将迎来技术更新和新的发展机遇，以适应智能电网的可靠、安全、经济、高效、环保和使用安全的目标要求。尽管当前励磁系统的发展在可靠性、功能和性能等方面有了很大提高，但是就智能电网的要求和特征而言，未来智能化的励磁系统与现有的励磁系统，在系统结构，控制方式，技术应用和目标要求等方面将有很大的不同。

1未来励磁系统的新特征

(1)励磁控制系统的量测信号数字化，连接和数据传输网络化。常规励磁调节器所需的模拟量和开关量，由数字化的传感器连接终端设备，如光CT，光和电网广域测量等，通过网络传送；加载于设备上的智能控制器和发电电压控制单元，通过高速双向通信网络，相互连接，接受数据指令，实现对发电机励磁系统的控制和监测。

(2)励磁设备智能化。励磁设备的主体功率整流器、灭磁装置和励磁变压器分别设有智能控制器。分散安装在各自的设备中，执行相关的控制、限制保护和监测等功能，由各自的智能控制器分散化的实现；而常规电压调节器对发电机电压和无功调节和控制的功能，由发电电压控制单元实现，该单元可现地就近安装，也可远距离集中装设，进行集中而冗余的控制。

(3)励磁系统将综合应用最新和先进的通信、电力电子、控制、决策支持和电力系统稳定等技术。网络化的系统结构和智能化的控制方式，使励磁系统更加可靠。在任何异常和故障发生初始，就能采取有效的校正措施，保证发电机的励磁控制；更加安全，在外部干扰和电网扰动时，能准确的操作和控制，使影响和损失降到最低；更加经济，励磁系统设备的设计以最低的成本提供所期望的功能为准则，通过对设备实时在线地监测和运行状态评估，使设备能够在更大的负荷下使用，发挥最佳的能力；更加高效，采用效率更高的功率整流电路，低功耗和节能的器件及设备：更加稳定，先进的电力系统稳定控制技术理论和方法，将得到实质性的应用和推广，最大限度的发挥励磁系统对提高电力系统稳定性的作用；更加环保节能。大大减少连接电缆损耗和附加损耗，采用对电网谐波电流注入少。开关涌流扰动小的功率和灭磁电路。

2系统结构

励磁系统的结构和控制方式将发生根本性的变化，作为单台发电机的励磁系统．主要由独立的智能功率单元、智能灭磁单元和励磁变压器构成．其控制和监测由各单元的智能控制模块来实现；机端电压及无功调节将由集中冗余的发电电压控制单元来实现．该单元即可以由多台独立的控制器或服务器来构成，也可以作为一个发电电压控制软件模块在电厂分布式监控系统中实现，通过网络对一台或多台发电机的励磁进行实时控制和监测。如附图所示。这种网络化的结构使励磁系统在不同机组之间，励磁系统与电厂监控系统、电网控制系统紧密的连接在一起。

(1)发电电压控制单元。发电电压控制单元通过网络从数字测量终端获取每台发电机和系统的电压、电流、有功、无功、频率、功角和各种控制监测指令等所需的信息，根据最安全和经济的控制策略，计算出对每台发电机励磁的操作和控制参量．通过网络发送到功率单元和灭磁单元等励磁设备。实现发电机电压和无功的控制和调节。

(2)智能功率单元。功率单元的智能控制器具有高速双向的通信网络接El，通过网络接收发电电压控制单元的操作控制指令，对功率整流电路的输出进行调节．实现对励磁电压的控制和调节：同时对功率单元的设备及其运行状况进行实时监控，并在设备异常或故障情况下，自动采取措施加以纠正控制和报警，迅速隔离和切除故障元件，恢复正常运行，确保设备的高效、可靠和安全运行。

(3)智能灭磁单元。灭磁单元的智能控制器具有高速双向的通信网络接El，通过网络接收发电电压控制单元的操作控制指令，对灭磁电路实现远程控制．同时对灭磁设备元件和灭磁过程进行实时监测和状态分析，在异常或故障发生前，及时提出预警信息和维护检修，确保发电机灭磁的可靠、安全和性能优越。

(4)励磁变压器。励磁变压器同样装设智能控制器。对励磁变压器进行实时监测和保护，通过高速双向的通信网络接口，发送励磁变压器的电压、电流、运行工况、故障预警和状态分析等，及时进行维护检修，保证发电机的安全运行。

3新技术的应用和研究

如果说智能电网将是一次新的产业、技术和管理的革命，那么作为发电端重要的控制系统——励磁控制系统也必将在技术应用、设计规范和技术标准等方面产生巨大的变化，推动励磁技术的新发展。

(1)智能控制系统。74应用高速集成的嵌入式系统芯片和嵌入式操作系统．如ARM、DSP、POWERPC芯片和Linux、VxWORKS、WINCE操作系统等，构成智能控制器的软硬件平台。设计具有光纤、无线等连接的网络通信接口．和符合智能电网的标准网络通信规约；设计对设备实时控制和在线监测的电路接口和功能软件：应用操作系统对各种控制和监测任务进行实时有序管理。

(2)通信网络技术。按统一的技术标准和即插即用技术，建立高速双向的通信网络，使各励磁设备之间能够进行紧密无缝的网络化通信，使励磁系统在不同机组之间，与电厂监控系统之间、与电网控制系统之间实现信息和操作功能的交互。通信规约的使用和软件功能的设计是励磁系统正常运行的保证．励磁设备的连接除网络连接线外，没有其它的硬电缆连接。

(3)控制技术。先进的电力系统稳定控制技术理论和方法，如电力系统电压调节(PSVR)、高压侧电压调节(HSVR)、励磁和调速的综合控制、根据系统状态调整参数的适应式PSS、混成自动电压控制(HAVC)和非线性励磁控制等，将得到实质性的应用和推广，最大限度的发挥励磁系统对提高电力系统稳定性的作用。

(4)电力电子技术。功率部分的设备采用环保的设计，新的电力电子器件和变流技术，使功率单元效率高、功耗低、节能、且电能质量好。如应用热管自冷散热技术，采用谐波含量少转换效率高的整流器等。采用电力电子开关取代常规的灭磁开关，避免直流灭磁开关的限制，应用柔性灭磁技术，实现理想的灭磁，最大限度的保护发电机，使发电机的灭磁更可靠、安全、灵活和性能优越。

(5)决策支持技术。强大高速的计算机处理能力，能准确的确定和实时仿真现有的、正在发展的和潜在的发电机电压无功控制和励磁系统问题的解决方案．并以虚拟现实等技术一目了然的展示出来，帮助系统运行人员认识、分析和紧急处理。4结语一个概念焕发一个行业的潜能。智能化电网和电厂的发展必将带动励磁系统的新发展，励磁系统自成一体的模式将打破，在新技术应用方面，有许多值得去研究的工作和方向，通过实践创新，新一代智能化的励磁系统将会实现。