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人工智能在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)上的應用
2017-7-27 閱讀(2425)
1、前言
人工智能(Artificial Inligence，簡稱AI)是計算機科學中涉及研究、設(shè)計和應用智能機器的一個分支。人工智能技術(shù)被廣泛地應用于求解非線性問題，較之于傳統(tǒng)方法有著不可替代的優(yōu)勢。人們現(xiàn)在認為人工智能是計算機科學技術(shù)的前沿科技領(lǐng)域。
智能控制是人工智能研究的一個領(lǐng)域，是一類無需或少人的干預就能獨立驅(qū)動智能機器實現(xiàn)目標的自動控制方式。其研究內(nèi)容包括任務與世界模型描述、符號和環(huán)境識別、推理機的設(shè)計與開發(fā)等。
人工智能在電力系統(tǒng)中已有廣泛的應用，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，隨著我國電力建設(shè)和電力市場競爭機制的引入不確定性因素和運行復雜性的增加，人工智能控制在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的應用前景將更加廣闊。
2、同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概述
由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元、滅磁過電壓保護和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是控制發(fā)電機端電壓和無功功率的重要組成部分，重要的實時連續(xù)控制系統(tǒng)，對維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起主要作用，正常運行時，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，讓發(fā)電機穩(wěn)定運行。事故狀態(tài)下，能迅速滅磁及保護發(fā)電機不被損壞。所以，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。
同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)控制部分在結(jié)構(gòu)上主要由功率整流單元、調(diào)節(jié)器裝置和滅磁過電壓保護裝置，共三大部分所組成。勵磁功率整流單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則應用智能控制方法根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出，滅磁過電壓保護裝置能防止系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓和快速滅磁。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性具有相當大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導致機組穩(wěn)定極限降低的趨勢，也促使勵磁技術(shù)不斷發(fā)展。
同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要作用有：
1)根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；2)控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；3)提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；4)提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；5)在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；6)根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行zui大勵磁限制及zui小勵磁限制。7)在發(fā)電機出口內(nèi)出現(xiàn)短路故障時，要提供強行勵磁。8)當系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，投入PSS抑制振蕩。
3、同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)智能控制原理
3.1電壓的調(diào)節(jié)。該勵磁系統(tǒng)可以看成為一個以電壓為被調(diào)量的負反饋控制系統(tǒng)。無功負荷電流是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發(fā)電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應基本保持不變，實現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。
3.2無功功率的調(diào)節(jié)。發(fā)電機與系統(tǒng)并聯(lián)運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發(fā)電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機的無功電流也跟著變化。當發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運行時，為了改變發(fā)電機的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。此時改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”，而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。
3.3無功負荷的分配。并聯(lián)運行的發(fā)電機根據(jù)各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發(fā)電機應負擔較多無功負荷，而容量較小的則負擔提供較少的無功負荷。為了實現(xiàn)無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置，改變發(fā)電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進行調(diào)整，以實現(xiàn)并聯(lián)運行發(fā)電機無功負荷的合理分配。
3.4勵磁電流調(diào)節(jié)的原理。在改變發(fā)電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉(zhuǎn)子回路中進行，因為該回路中的電流很大，不便于進行直接調(diào)節(jié)，通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的目的。
常用的方法有改變勵磁機勵磁回路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。目前主要采用改變可控硅導通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應地改變可控硅整流器的導通角，于是發(fā)電機的勵磁電流便跟著改變。
4、人工智能控制原理在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的具體實現(xiàn)
下面分別從目前國內(nèi)外常用的幾種類型的同步發(fā)電機勵磁設(shè)備來具體分析人工智能在其領(lǐng)域中的應用。
國外進口勵磁設(shè)備中GE-EX2100系列和ABB-UNITROL5000系列勵磁設(shè)備占據(jù)了國內(nèi)市場的很大份額；國內(nèi)自主研發(fā)的勵磁設(shè)備以其廉價及性能的不斷完善也迅速的搶占了國內(nèi)部分市場，并有些擠進了國外市場，這里以哈爾濱電機廠2000年左右研發(fā)的HWLT-4系列勵磁設(shè)備為例。
GE-EX2100系列勵磁設(shè)備在2007年左右投入市場，該設(shè)備使用Toolbox軟件工具作為系統(tǒng)軟件平臺。通過Toolbox軟件工具可以進行配置各功能塊單獨執(zhí)行特定的功能，例如邏輯門，比例積分調(diào)節(jié)器，函數(shù)生cheng器和信號檢測器等?？梢院芊奖愕卦O(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，進行各種運行操作，顯示運行狀態(tài)和曲線。Toolbox軟件的試驗功能可實現(xiàn)和模擬所有系統(tǒng)試驗，*地方便了設(shè)備調(diào)試和運行維護。其內(nèi)置的錄波功能可自動進行數(shù)據(jù)采集和存儲。發(fā)電機的保護功能都集成于軟件功能中，包括過勵限制，低勵限制，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和伏赫限制等。在勵磁裝置運行中，可以利用Toolbox工具對各種功能塊進行查詢。每一個功能塊的I/O 動態(tài)變化值，可以在線取得，*地幫助了故障查找和及時處理。
5、結(jié)束語
以上舉例說明了人工智能控制原理在同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的應用。由于人工智能控制等新技術(shù)、新工藝和新器件不斷地涌現(xiàn)和使用，使得發(fā)電機勵磁系統(tǒng)得到了不斷地發(fā)展和完善。在自動勵磁調(diào)節(jié)設(shè)備方面，也不斷地研制和推廣使用了許多新型的調(diào)節(jié)裝置。
