電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制對象包括勵磁控制和汽門控制。早在20世紀60年代,人們就提出了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器技術(shù)的概念。這項技術(shù)是指通過控制發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,當時基于這種技術(shù)的研究就已經(jīng)取得了一定的成就。后來,中國在這項技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)推廣方面,進行了出色的工作,使中國在這項技術(shù)上接近了國際水平。目前,發(fā)電機的勵磁研究已經(jīng)成為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的必選手段。
同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)包括勵磁電源和勵磁裝置兩部分構(gòu)成。其中勵磁電源是指勵磁變壓器或者勵磁機,而勵磁裝置是用來控制和調(diào)節(jié)勵磁電流的電氣調(diào)控裝置。在實際正常運行的電力系統(tǒng)中,發(fā)電機不僅能夠提供電力系統(tǒng)所需要的有功功率,而且還是無功功率的主要來源。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的主要組成部分,在維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面有很大的作用。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障,負荷急劇變化,此時,發(fā)電機勵磁系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)勵磁裝置來改變勵磁電流,維持發(fā)電機的極端電壓在給定的范圍內(nèi),從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時,當發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時,勵磁裝置還會有強行增磁、減磁、以及滅磁功能,來減小故障損失。從不同的勵磁電源方面考慮,勵磁方式被分為以下三種:
(1)直流勵磁機勵磁方式
所謂直流勵磁機勵磁方式是指通過對勵磁繞組供電,產(chǎn)生勵磁磁通,而建立磁場的過程。其中包括他勵磁,并勵磁,串勵磁以及復(fù)勵磁等方式。它的過程簡單,受系統(tǒng)影響小,通常用于中、小機組的發(fā)電機,但是維護相對較困難。
(2)交流勵磁機勵磁方式
它是通過交流勵磁機提供勵磁電流,因為此電流是交流電流,所以必須經(jīng)過整流之后將其變?yōu)橹绷?,再供給發(fā)電機勵磁繞組。一般裝在發(fā)電機的大軸上,其輸出的交流電經(jīng)過整流以后再供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁。多用于容量在100MV及以上的汽輪發(fā)電機組。其工作可靠、構(gòu)造簡單,但是噪音和諧波分量相對較大。
(3)靜止勵磁方式
靜止勵磁方式?jīng)]有旋轉(zhuǎn)部分,一般都是自并勵勵磁方式,他的優(yōu)點是運行可靠性高,響應(yīng)速度快,可提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,維護簡單,效益相對較高。
對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究除了勵磁控制系統(tǒng)還有第二個控制對象:汽門或者水門開度系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機的汽門開度系統(tǒng)是根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏差信號來控制和調(diào)節(jié)汽門系統(tǒng)的開度,從而改變功率的輸出,保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定在一個新的運行狀態(tài)下。因為汽門系統(tǒng)是以改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)穩(wěn)定,因此也成其為調(diào)速系統(tǒng)。我國的一次能源主要分布在西北地區(qū),而重負荷區(qū)主要分布在南部和東部地區(qū)。眾所周知,電能是不能夠大量儲存的,而且我國的負荷區(qū)和發(fā)電區(qū)大部分都是處在不同區(qū)域,因此要同時完成電能的生產(chǎn)、傳輸、分配等過程就要求電能的生產(chǎn)和消費應(yīng)該保持相應(yīng)的平衡。為了更好地節(jié)省資源,我們應(yīng)該保持汽輪發(fā)電機組生產(chǎn)的電量與用戶消耗的電量平衡,這就要求調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮作用。此外,當電力系統(tǒng)因為某些原因(線路短路、人員誤操作、自然災(zāi)害等),引起負荷突然發(fā)生變化,導(dǎo)致發(fā)電機組的輸出功率瞬間也變化,但是因為原動機具有慣性作用,此時汽輪機產(chǎn)生的力矩和負荷之間的力矩將會不平衡,從而引起發(fā)電機組的功角和轉(zhuǎn)速發(fā)生大的變化,導(dǎo)致電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定。汽門控制系統(tǒng)就是通過快速控制和調(diào)節(jié)汽輪機的進氣量來控制原動機的轉(zhuǎn)速,平衡力矩,最終使電力系統(tǒng)重新恢復(fù)穩(wěn)定運行狀態(tài)。
在上個世紀二三十年代美國通用電氣公司(GE)就進行了汽門控制的實驗研究,并且驗證了汽門系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的可行性。在上個世紀的七八十年代,隨著社會經(jīng)濟的不斷進步,電力系統(tǒng)的容量、電壓等級日益變大,遠距離、大電網(wǎng)的互聯(lián)系統(tǒng)逐漸形成,因此電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行性越來越受到人們的關(guān)注,加之,電力系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)和控制理論越來越完善,使得汽門控制時效大大提高。汽門控制在電力系統(tǒng)的發(fā)生故障或者出現(xiàn)各種干擾時,能夠很好地改善以及抑制系統(tǒng)的振蕩和波動,因而,汽門控制系統(tǒng)成為改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一項重要措施。