发电机全数字无功控制器在发电厂的应用

【摘要】本文以我国研发的＂发电机全数字无功控制器＂为例，介绍了此科研产品的设计原理及在中、小型发电厂的应用优势。

　　【关键词】电网、发电机、无功功率、数字电位器、发电机励磁控制。

一、前言

　　由于用电设备中存在大量含感性负载的设备，因此电网除了提供＂有功功率＂外，还必须提供一定比例的＂无功功率＂，才能使用电设备正常使用和运行。而电网的＂无功功率不足＂是存在已久的问题。

　　目前电网的无功功率不足普遍使用的是电容式在供电侧进行＂无功补偿＂，发电厂（发电侧）采用此方法进行无功补偿要花费较高的设备成本，而从技术角度考虑，发电侧采用这种以补偿方法解决无功功率不足是不合理的。深圳市旭振电气技术有限公司是从事电力系统自动化产品研发的高科技企业，吸取国内外的先进技术，结合目前我国普遍中、小型发电厂无功功率不足的难题，成功研发出具有自主知识产权的＂发电机全数字无功控制器＂，并成功实现产品化。

　　＂发电机全数字无功控制器＂采用智能型数字化的控制手段，以美国ｐｉｃ单片机为核心，利用高精度数字电位器与励磁系统相结合，自动跟踪电网的运行参数，有效利用发电机本身的潜能，并通过调节发电机的励磁电流使发电机＂发出＂足够的＂无功功率＂与有功功率匹配。

二、基本原理

    “发电机全数字无功控制器”除了必备的操作显示部分外，主要有高精度的＂有功＂、＂无功＂检测部分和高精度的数字电位器给定输出部分，为了在电网电压过高的情况下仍能有效地发出＂无功＂电流，还备有二级降压继电输出。

三、技术关键

　　稍有发电知识的人都知道，发电机并网后，电网电压一定时稍稍改变发电机的励磁电流，就可以改变发电机输出＂无功电流＂的大小。因此，要实现对“无功电流（功率）”的精确控制，必须有“高分辨率、高精度”的《数字电位器》来对发电机的励磁电流作控制。发电机在实际的运行中，由于电网电压一直在变化，因此，随时精确测量电网电压、发电机电流和它们之间的相互关系（即有功、无功测量）是实现自动控制的关键。

　　高精度的“无功测量”并不复杂，目前普遍应用的电容式《无功补偿控制器》能解决这个问题，＂高精度、高分辨率＂的《数字电位器》我们已研发成功并广泛应用。因此，我们结合自身的科研优势，不断创新，将这两项高难度的技术组合到一块，而且组合到同一个芯片内，解决了国内中、小型发电企业无功功率不足的技术难题。

　　在电站工作的人员都知道，在丰水期由于各电站满负荷地发电，往往使电网电压升高，此时发电机很难往电网送出足够的＂无功电流＂来（要发出无功电流必须使发电机电压高于电网电压，受发电机技术条件限制，电压不能提得过高），解决的办法只有适当降低电网电压。有两种方法：一是在变压器上引出多个抽头，但此种方法很难动态切换。二是我们创新的＂串联降压＂方案。如下图。

我们设想用二级、一级大约降低５％左右的电压是可行的，每个变压器容量是发电机容量的５％左右，我们的装置留有二级降压控制输出，切实解决了电网电压过高时发电机＂无功功率＂输出的技术问题。

四、应用效果

　　对发电厂来说，多发“无功”毫无意义，少发“无功”则面临罚款。电网的调度部门会根据电网的实际情况指令发电厂发出一定比例的无功功率与有功功率匹配，否则会影响电网的供电质量。国内普遍的中、小型发电厂由于设备的技术含量偏低，每年因发不够无功功率而被罚款。“有功电流”与“无功电流”相位差是９０°，它们的和并不是简单的相加，而是矢量和，如果安排＂有功电流＂与＂无功电流＂的关系在不超过发电机最大电流的情况下，加上能耗与电价因素给出最优的发电策略是一个技术的创新。

五、结论

我国对“发电机全数字无功控制器”的研发成功，已引起国内电力行业及广大中小型发电厂的广泛关注。此项科研成果在电力用户上的应用对中国电力事业的发展，提高我国电力行业的自动化控制水平必将起到非常重大的推进作用。