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人工智能在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)上的應(yīng)用
2017-7-27 閱讀(2402)
1、前言
人工智能(Artificial Inligence，簡(jiǎn)稱AI)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中涉及研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能機(jī)器的一個(gè)分支。人工智能技術(shù)被廣泛地應(yīng)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(shì)。人們現(xiàn)在認(rèn)為人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)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(gè)領(lǐng)域，是一類無需或少人的干預(yù)就能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)控制方式。其研究?jī)?nèi)容包括任務(wù)與世界模型描述、符號(hào)和環(huán)境識(shí)別、推理機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)等。
人工智能在電力系統(tǒng)中已有廣泛的應(yīng)用，發(fā)電機(jī)勵(lì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入不確定性因素和運(yùn)行復(fù)雜性的增加，人工智能控制在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。
2、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)概述
由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元、滅磁過電壓保護(hù)和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)稱為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是控制發(fā)電機(jī)端電壓和無功功率的重要組成部分，重要的實(shí)時(shí)連續(xù)控制系統(tǒng)，對(duì)維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起主要作用，正常運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，讓發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。事故狀態(tài)下，能迅速滅磁及保護(hù)發(fā)電機(jī)不被損壞。所以，它對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。
同步發(fā)電機(jī)勵(lì)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(hù)裝置，共三大部分所組成。勵(lì)磁功率整流單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則應(yīng)用智能控制方法根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出，滅磁過電壓保護(hù)裝置能防止系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓和快速滅磁。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)組穩(wěn)定極限降低的趨勢(shì)，也促使勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展。
同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用有：
1)根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值；2)控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配；3)提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性；4)提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性；5)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；6)根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行zui大勵(lì)磁限制及zui小勵(lì)磁限制。7)在發(fā)電機(jī)出口內(nèi)出現(xiàn)短路故障時(shí)，要提供強(qiáng)行勵(lì)磁。8)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，投入PSS抑制振蕩。
3、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)智能控制原理
3.1電壓的調(diào)節(jié)。該勵(lì)磁系統(tǒng)可以看成為一個(gè)以電壓為被調(diào)量的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。無功負(fù)荷電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓下降的主要原因，當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)，發(fā)電機(jī)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(duì)電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本保持不變，實(shí)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(jī)的勵(lì)磁電流。
3.2無功功率的調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為是與無限大容量電源的母線運(yùn)行，要改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，感應(yīng)電勢(shì)和定子電流也跟著變化，此時(shí)發(fā)電機(jī)的無功電流也跟著變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為了改變發(fā)電機(jī)的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。此時(shí)改變的發(fā)電機(jī)勵(lì)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(fù)荷的分配。并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)根據(jù)各自的額定容量，按比例進(jìn)行無功電流的分配。大容量發(fā)電機(jī)應(yīng)負(fù)擔(dān)較多無功負(fù)荷，而容量較小的則負(fù)擔(dān)提供較少的無功負(fù)荷。為了實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷能自動(dòng)分配，可以通過自動(dòng)高壓調(diào)節(jié)的勵(lì)磁裝置，改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流維持其端電壓不變，還可對(duì)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷的合理分配。
3.4勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)的原理。在改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流中，一般不直接在其轉(zhuǎn)子回路中進(jìn)行，因?yàn)樵摶芈分械碾娏骱艽?，不便于進(jìn)行直接調(diào)節(jié)，通常采用的方法是改變勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的目的。
常用的方法有改變勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路的電阻，改變勵(lì)磁機(jī)的附加勵(lì)磁電流，改變可控硅的導(dǎo)通角等。目前主要采用改變可控硅導(dǎo)通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應(yīng)地改變可控硅整流器的導(dǎo)通角，于是發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流便跟著改變。
4、人工智能控制原理在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的具體實(shí)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(jī)勵(lì)磁設(shè)備來具體分析人工智能在其領(lǐng)域中的應(yīng)用。
國外進(jìn)口勵(lì)磁設(shè)備中GE-EX2100系列和ABB-UNITROL5000系列勵(lì)磁設(shè)備占據(jù)了國內(nèi)市場(chǎng)的很大份額；國內(nèi)自主研發(fā)的勵(lì)磁設(shè)備以其廉價(jià)及性能的不斷完善也迅速的搶占了國內(nèi)部分市場(chǎng)，并有些擠進(jìn)了國外市場(chǎng)，這里以哈爾濱電機(jī)廠2000年左右研發(fā)的HWLT-4系列勵(lì)磁設(shè)備為例。
GE-EX2100系列勵(lì)磁設(shè)備在2007年左右投入市場(chǎng)，該設(shè)備使用Toolbox軟件工具作為系統(tǒng)軟件平臺(tái)。通過Toolbox軟件工具可以進(jìn)行配置各功能塊單獨(dú)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(hào)檢測(cè)器等?？梢院芊奖愕卦O(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行各種運(yùn)行操作，顯示運(yùn)行狀態(tài)和曲線。Toolbox軟件的試驗(yàn)功能可實(shí)現(xiàn)和模擬所有系統(tǒng)試驗(yàn)，*地方便了設(shè)備調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)。其內(nèi)置的錄波功能可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。發(fā)電機(jī)的保護(hù)功能都集成于軟件功能中，包括過勵(lì)限制，低勵(lì)限制，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和伏赫限制等。在勵(lì)磁裝置運(yùn)行中，可以利用Toolbox工具對(duì)各種功能塊進(jìn)行查詢。每一個(gè)功能塊的I/O 動(dòng)態(tài)變化值，可以在線取得，*地幫助了故障查找和及時(shí)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的應(yīng)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)得到了不斷地發(fā)展和完善。在自動(dòng)勵(lì)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。
