王茂松徐海東

（1.山東科技大學(xué)大唐魯北發(fā)電廠(chǎng)，青島 266510；2.山東科技大學(xué)，青島 266510）

1 引言

電網(wǎng)“四大參數(shù)”中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的重要組成部分，要獲得準(zhǔn)確、可信度高的模型和參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是重要的環(huán)節(jié)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁參數(shù)測(cè)試確認(rèn)試驗(yàn)的內(nèi)容包括：①發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)；②勵(lì)磁系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)測(cè)試；③發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)測(cè)試；④發(fā)電機(jī)空載時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)階躍響應(yīng)試驗(yàn)；⑤發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)等。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，針對(duì)制造廠(chǎng)提供的AVR等模型參數(shù)，采用仿真程序或其他手段，驗(yàn)證原始模型的正確性，在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換為符合電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序格式要求的數(shù)學(xué)模型，為電力系統(tǒng)計(jì)算部門(mén)提供勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)。

2 概述

大唐魯北發(fā)電廠(chǎng) 330MW 機(jī)組采用機(jī)端自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，采用北京四方吉思電氣有限公司生產(chǎn)的GEC-300型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。本次試驗(yàn)的目的，是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真后與實(shí)際曲線(xiàn)相比較，最后得出切合實(shí)際的模型參數(shù)。此次試驗(yàn)用到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

3 發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)

3.1 發(fā)電機(jī)空載特性

單方向增磁，先做上升特性曲線(xiàn)，然后單方向減磁再做下降特性曲線(xiàn)，上升時(shí)電壓升至發(fā)電機(jī)空載額定值的105%（21kV），其定子電壓和勵(lì)磁電流的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1 發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁變壓器參數(shù)

表2 AVR的PID參數(shù)及PSS參數(shù)

發(fā)電機(jī)空載特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)電機(jī)空載特性曲線(xiàn)

由圖1可以看出，由于受磁路飽和的影響，發(fā)電機(jī)的定子電壓并不隨著轉(zhuǎn)子電流的增加而線(xiàn)性增大，兩者之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的。

3.2 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓階躍響應(yīng)試驗(yàn)及與仿真波形的對(duì)比

用WFLC型便攜式電量記錄分析儀記錄在±5%額定機(jī)端電壓階躍響應(yīng)時(shí)勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，并用Matlab進(jìn)行仿真，見(jiàn)圖4。試驗(yàn)記錄：階躍量為發(fā)電機(jī)額定電壓的±5%，超調(diào)量為階躍量的4.5%，振蕩次數(shù)小于1次，上升時(shí)間為小于0.309s，調(diào)節(jié)時(shí)間小于1.0s。

仿真記錄：階躍量為發(fā)電機(jī)額定電壓的±5%，超調(diào)量為階躍量的0.5%，振蕩次數(shù)為0次，上升時(shí)間為小于0.4s，調(diào)節(jié)時(shí)間小于1.0s。

國(guó)標(biāo)要求：階躍量為發(fā)電機(jī)額定電壓的±5%，超調(diào)量不大于階躍量的30%，振蕩次數(shù)不大于3次，上升時(shí)間不大于0.6s，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于5s。

試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)波形與仿真波形基本相符合，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)于國(guó)標(biāo)。

4 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算、模型及其仿真

4.1 發(fā)電機(jī)飽和系數(shù)與基準(zhǔn)值的計(jì)算

計(jì)算中所用的發(fā)電機(jī)空載特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

根據(jù)空載氣隙線(xiàn)上空載額定電壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的勵(lì)磁電流值作為勵(lì)磁電流標(biāo)么基值，由圖5可知：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流基準(zhǔn)值為Ifb=821.6A，并由Rfb=Ufn/Ifn=420/2376=0.177Ω得到勵(lì)磁繞組的電阻值，由Ufb=Rfb×Ifb=821.6×0.177=145.4V得到勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值。發(fā)電機(jī)飽和系數(shù)：SG1.0=0.1505，SG1.2=0.498，a=1，b=0.1505372，n=7.5673。

4.2 換弧系數(shù)（以下所用到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1）

4.3 調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計(jì)算

調(diào)節(jié)器輸出限幅值由控制角限制值決定，他勵(lì)電源工況下（由6kV母線(xiàn)帶勵(lì)磁變運(yùn)行方式），±20%階躍試驗(yàn)見(jiàn)圖6。

由圖 6可知，勵(lì)磁電壓最大Uf=316.7V，最小勵(lì)磁電壓Uf=-222V，在6kV母線(xiàn)帶勵(lì)磁變運(yùn)行時(shí)，計(jì)算可得整流柜陽(yáng)極電壓U=255V。由此計(jì)算得到：αmax=130，αmin=23

圖3 發(fā)電機(jī)空載±5%階躍響應(yīng)曲線(xiàn)

圖4 ±5%階躍響應(yīng)仿真（上面的為勵(lì)磁電壓波形，下面的為機(jī)端電壓波形）

圖5 發(fā)電機(jī)空載特性曲線(xiàn)

圖6 ±20%階躍錄波圖

由理論計(jì)算可得：

綜上所述，限幅值滿(mǎn)足要求。

4.4 發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)測(cè)量

在6kV母線(xiàn)帶勵(lì)磁變他勵(lì)方式運(yùn)行斷開(kāi)6kV母線(xiàn)電源時(shí)，錄取調(diào)節(jié)器定角度階躍試驗(yàn)的波形見(jiàn)圖7。

圖7 斷開(kāi)6kV母線(xiàn)電源調(diào)節(jié)器定角度階躍波形

一般情況下，發(fā)電機(jī)定子電壓上升至躍變量的63.2%或下降到躍變量的36.8%所需時(shí)間就是發(fā)電機(jī)的時(shí)間常數(shù)。由圖7波形可測(cè)量發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)Td0’=9.33S。

4.5 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR模型參數(shù)的確定及仿真

大唐魯北發(fā)電廠(chǎng)采用北京吉思電氣有限公司的GEC-300型自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)模型見(jiàn)圖8。

圖8 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR傳遞函數(shù)模型

檢查各極限參數(shù)下的調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)，如在發(fā)電機(jī)電壓和頻率極值、同步電壓和頻率極值、勵(lì)磁電壓和電流極值等情況下調(diào)節(jié)器工作邏輯正常。進(jìn)行常規(guī)項(xiàng)目試驗(yàn)：零起升壓、發(fā)電機(jī)空載階躍試驗(yàn)、自動(dòng)手動(dòng)調(diào)節(jié)范圍、起勵(lì)、調(diào)節(jié)通道切換、手自動(dòng)切換、滅磁、V/F限制、低勵(lì)限制、過(guò)勵(lì)限制、PSS參數(shù)預(yù)整定等，要求滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件。檢查電力系統(tǒng)故障和勵(lì)磁系統(tǒng)故障時(shí)調(diào)節(jié)器的反應(yīng)快速且正確，通過(guò)上述的各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證確定AVR模型參數(shù)如下：T1=0，T2=0.02，Ti=5，Kp=40，TR=0.02。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大唐魯北發(fā)電廠(chǎng) 330MW 機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試結(jié)果的計(jì)算分析及對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)的仿真結(jié)果的對(duì)比，本論文提出的模型參數(shù)精度滿(mǎn)足要求，可供電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計(jì)算使用。

[1]GB/T7409.3-1997.同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng).大中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求.

[2]DL/T650-1998.大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件.

[3]竺士章.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[4]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.