余热发电机组励磁与汽门协调控制研究

余热发电机组励磁与汽门协调控制研究

张涛

（天津振兴水泥有限公司天津300400）

摘要：水泥行业是全国的耗能大户，余热发电技术是水泥生产企业节能降耗的关键技术。余热发电系统将水泥煅烧过程中回收的余热转换成电能，作为水泥生产过程所消耗电能的重要补充。由于余热发电系统在工作过程中存在很多不稳定因素，其励磁系统与汽门调节系统的协调控制对余热发电的效率和稳定性影响极大。因此，开展余热发电机组励磁系统与汽门调节系统的协调控制技术研究，对提高水泥生产企业供电稳定性和经济性具有重要意义。

关键词：余热发电机组；励磁系统与汽门调节系统；协调

余热发电系统针对水泥生产线中余热锅炉窑头、窑尾排出的大量废气应用余热回收装置进行回收、换热，得到的低温低压蒸汽推动汽轮机

将热能成功的转换为机械能，然后利用发电机实现电能的转换，供给水泥生产中的负荷使用，水泥厂余热发电系统是应用同步发电机构成汽轮发电机组的。

1余热发电机组数学模型

同步发电机组主要有两种运行方式暂态和稳态，其中暂态运行比较复杂有电磁和机电两种过渡过程，因此可以将同步发电机组运行过程中所有暂态和稳态运行特性的数学模型用一个方程组的形式来描述，所包含的方程式主要有：根据力学规律建立的发电机组转子运动的微分方程、以电压和电流的相互关系所得到的方程式、用其它变量表示的发电机组电磁功率方程、电磁过渡过程的方程式及调速系统的数学表达式。

同步发电机中转子的转动是由汽轮机产生的机械功率带动的，并且在系统存在励磁电流的情况下，由于转子的运动将会产生一个旋转的磁场；另外发电机的定子的电枢在不断切割磁力线时会产生一个三相的电流，该电流也会形成一个旋转的磁场；形成的这两个旋转的磁场具有角速度相等的特性，所产生的转矩分别被称为机械转矩和电磁转矩，若系统忽略损耗，两个转矩数值相等时，系统处于平衡状态，发电机的转速具有固定的数值，其中，同步发电机组的转速n（r/min）、频率f（Hz）及转子的极对数p三个变量的关系可用表达式：=pfn/60描述。

在同步发电机组转子运动方程、功角特性方程和电磁转矩方程的基础上作数学变换推导出同步发电机组励磁控制系统的数学模型。

其中H：发电机组转子惯性常数（单位：S}；Pm：发电机机械功率（单位：p.u；Pe：发电机组输出电磁功率（单位：p.u）；PD阻尼功率（单位：p.u；Eq：暂态电动势（单位：p.u；US：系统为无限大容量的母线电压（单位：p.u）；xT：变压器的电抗（单位：p.u；xz.：输电线路的电抗（单位：p.u）。

设备具体的工作原理为：蒸汽首先通过主汽门和调节汽门到达高压缸，膨胀做功同时转换为中低压，蒸汽经过再热器加热超过一定温度后，在中低压缸内再次膨胀做功，转换后的机械能用以推动发电机发电。发电机组处于机电过渡过程时，将再热器的输出值假设为定值，即忽略再热器中发生压力变化时中低压缸输出功率产生的影响，且只考虑主汽门调节系统的作用。

2余热发电机组励磁与汽门协调控制器设计

由于励磁控制系统会受到励磁电流顶值的限制，过高的励磁电流顶值会严重增加发电机的制造成本；另外发电机组励磁绕组时间常数将影响励磁电流的增长速度；并且随励磁控制器能够提高系统的暂态稳定性和对电压进行调节，但在发电机终端附近发生大的故障时，仅依靠励磁控制可能会使系统无法保持稳定性或者很难达到暂态稳定与电压调节同时满足，而且系统恢复到稳定状态时需要花费很长的时间。若在故障后发电机进入的是去同步状态，转子速度将大于同步转速，应对汽门开度进行控制，降低汽轮机向发电机传送的转矩，即输入发电机的机械功率，恢复同步运行。而且单一的采用励磁或者汽门

因，并根据企业实际情况给出解决办法，从而帮助电力企业在面对线损异常的情况时，可以快速反应，及时整改，减少损失。线损分析的模型主要有三种，分别为：线损偏高模型、线损偏低模型、线损波动异常模型。

2.3建立完善的用电信息采集系统

想要建立完善的信息采集系统，必须从以下几个方面着手：（1）健全配电线路及运行相关信息；（2）健全变压器及运行相关信息；（3）健全无功补偿装置相关信息；（4）健全配电线路理论计算相关信息；（5）健全用户资料

2.4配网关系核查清理

以客服中心为连接点，通过运检部等各部门的相互协调，让技术人员对配网关系以及图纸等进行核查，达到数据共享、统一标准的机制。通过客服进行系统相关数据的更新，由其他相关负责部门落实执行，更新客户资料、图纸信息等，满足线损模型的及时动态分析，从而进行线损核算及处理。[2]

2.5建立科学的线损考核办法

（1）发展部线损综合管理：每三个月就对客服中心等部门线损率完成情况进行考核，并对完成状态通告。

（2）客服中心配网线损管理：对下级单位配网线损指标完成情况进行考核。

（3）县公司负责管辖范围内城配网、农配网线损指标完成情况的分析、检查。

（4）客服中心营业部及电费室四片区、计量室、各供电所为配网线损指标完成的直接责任主体，负责各自管辖范围内的线损指标完成。

三、结语

综上所述，虽然电能在从生产到使用过程中，会在输送过程中不可避免的产生电能浪费，但是通过对科学合理的线损管理体系进行研究，可以有效的降低线路损耗，让企业从管理中要效益，达到低投入高产出。因此，笔者认为在不投入资金更换改造相关输配电设备的情况下，降低电能线路损耗将来主要以降低管理线损为主要方式，技术降低为次要方式，对线损管理体系的研究符合当今发展的潮流，一方面使我国能源的利用效率得到了加强，另一方面让电力企业的成本降低，提升了经济效益，提高了供电可靠性。

参考文献：

[1]缪勇.基于配电网分线分析的长沙供电公司线损管理体系研究[D].华北电力大学,2015.

[2]吕越颖.配电网线损管理建模及其SOA实现研究[D].华北电力大学,2015.