發電機全數字無功控制器在發電廠的應用

　　【摘要】本文以我國研發的＂發電機全數字無功控制器＂為例，介紹了此科研產品的設計原理及在中、小型發電廠的應用優勢。

　　【關鍵詞】電網、發電機、無功功率、數字電位器、發電機勵磁控制。

一、前言

　　由于用電設備中存在大量含感性負載的設備，因此電網除了提供＂有功功率＂外，還必須提供一定比例的＂無功功率＂，才能使用電設備正常使用和運行。而電網的＂無功功率不足＂是存在已久的問題。

　　目前電網的無功功率不足普遍使用的是電容式在供電側進行＂無功補償＂，發電廠（發電側）采用此方法進行無功補償要花費較高的設備成本，而從技術角度考慮，發電側采用這種以補償方法解決無功功率不足是不合理的。深圳市旭振電氣技術有限公司是從事電力系統自動化產品研發的高科技企業，吸取國內外的先進技術，結合目前我國普遍中、小型發電廠無功功率不足的難題，成功研發出具有自主知識產權的＂發電機全數字無功控制器＂，并成功實現產品化。

　　＂發電機全數字無功控制器＂采用智能型數字化的控制手段，以美國ｐｉｃ單片機為核心，利用高精度數字電位器與勵磁系統相結合，自動跟蹤電網的運行參數，有效利用發電機本身的潛能，并通過調節發電機的勵磁電流使發電機＂發出＂足夠的＂無功功率＂與有功功率匹配。

二、基本原理

    “發電機全數字無功控制器”除了必備的操作顯示部分外，主要有高精度的＂有功＂、＂無功＂檢測部分和高精度的數字電位器給定輸出部分，為了在電網電壓過高的情況下仍能有效地發出＂無功＂電流，還備有二級降壓繼電輸出。

三、技術關鍵

　　稍有發電知識的人都知道，發電機并網后，電網電壓一定時稍稍改變發電機的勵磁電流，就可以改變發電機輸出＂無功電流＂的大小。因此，要實現對“無功電流（功率）”的精確控制，必須有“高分辨率、高精度”的《數字電位器》來對發電機的勵磁電流作控制。發電機在實際的運行中，由于電網電壓一直在變化，因此，隨時精確測量電網電壓、發電機電流和它們之間的相互關系（即有功、無功測量）是實現自動控制的關鍵。

　　高精度的“無功測量”并不復雜，目前普遍應用的電容式《無功補償控制器》能解決這個問題，＂高精度、高分辨率＂的《數字電位器》我們已研發成功并廣泛應用。因此，我們結合自身的科研優勢，不斷創新，將這兩項高難度的技術組合到一塊，而且組合到同一個芯片內，解決了國內中、小型發電企業無功功率不足的技術難題。

　　在電站工作的人員都知道，在豐水期由于各電站滿負荷地發電，往往使電網電壓升高，此時發電機很難往電網送出足夠的＂無功電流＂來（要發出無功電流必須使發電機電壓高于電網電壓，受發電機技術條件限制，電壓不能提得過高），解決的辦法只有適當降低電網電壓。有兩種方法：一是在變壓器上引出多個抽頭，但此種方法很難動態切換。二是我們創新的＂串聯降壓＂方案。如下圖。

我們設想用二級、一級大約降低５％左右的電壓是可行的，每個變壓器容量是發電機容量的５％左右，我們的裝置留有二級降壓控制輸出，切實解決了電網電壓過高時發電機＂無功功率＂輸出的技術問題。

四、應用效果

　　對發電廠來說，多發“無功”毫無意義，少發“無功”則面臨罰款。電網的調度部門會根據電網的實際情況指令發電廠發出一定比例的無功功率與有功功率匹配，否則會影響電網的供電質量。國內普遍的中、小型發電廠由于設備的技術含量偏低，每年因發不夠無功功率而被罰款。“有功電流”與“無功電流”相位差是９０°，它們的和并不是簡單的相加，而是矢量和，如果安排＂有功電流＂與＂無功電流＂的關系在不超過發電機最大電流的情況下，加上能耗與電價因素給出最優的發電策略是一個技術的創新。

五、結論

我國對“發電機全數字無功控制器”的研發成功，已引起國內電力行業及廣大中小型發電廠的廣泛關注。此項科研成果在電力用戶上的應用對中國電力事業的發展，提高我國電力行業的自動化控制水平必將起到非常重大的推進作用。

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