大唐魯北發(fā)電廠330MW機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)確認(rèn)試驗及仿真的分析

王茂松徐海東

（1.山東科技大學(xué)大唐魯北發(fā)電廠，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)電機勵磁系統(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)場測試是重要的環(huán)節(jié)。發(fā)電機勵磁參數(shù)測試確認(rèn)試驗的內(nèi)容包括：①發(fā)電機空載特性試驗；②勵磁系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)測試；③發(fā)電機時間常數(shù)測試；④發(fā)電機空載時勵磁系統(tǒng)階躍響應(yīng)試驗；⑤發(fā)電機負(fù)載時勵磁系統(tǒng)試驗等?，F(xiàn)場試驗結(jié)束后根據(jù)測試結(jié)果，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計算，針對制造廠提供的AVR等模型參數(shù)，采用仿真程序或其他手段，驗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)計算部門提供勵磁系統(tǒng)參數(shù)。

2 概述

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

3 發(fā)電機空載試驗

3.1 發(fā)電機空載特性

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

圖1 發(fā)電機空載特性試驗數(shù)據(jù)

表1 發(fā)電機及勵磁變壓器參數(shù)

表2 AVR的PID參數(shù)及PSS參數(shù)

發(fā)電機空載特性曲線見圖2。

圖2 發(fā)電機空載特性曲線

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

3.2 發(fā)電機機端電壓階躍響應(yīng)試驗及與仿真波形的對比

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

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

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

試驗結(jié)論：試驗波形與仿真波形基本相符合，且試驗數(shù)據(jù)優(yōu)于國標(biāo)。

4 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的參數(shù)計算、模型及其仿真

4.1 發(fā)電機飽和系數(shù)與基準(zhǔn)值的計算

計算中所用的發(fā)電機空載特性曲線見圖5。

根據(jù)空載氣隙線上空載額定電壓對應(yīng)點的勵磁電流值作為勵磁電流標(biāo)么基值，由圖5可知：發(fā)電機的勵磁電流基準(zhǔn)值為Ifb=821.6A，并由Rfb=Ufn/Ifn=420/2376=0.177Ω得到勵磁繞組的電阻值，由Ufb=Rfb×Ifb=821.6×0.177=145.4V得到勵磁電壓的基準(zhǔn)值。發(fā)電機飽和系數(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)見表1）

4.3 調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計算

調(diào)節(jié)器輸出限幅值由控制角限制值決定，他勵電源工況下（由6kV母線帶勵磁變運行方式），±20%階躍試驗見圖6。

由圖 6可知，勵磁電壓最大Uf=316.7V，最小勵磁電壓Uf=-222V，在6kV母線帶勵磁變運行時，計算可得整流柜陽極電壓U=255V。由此計算得到：αmax=130，αmin=23

圖3 發(fā)電機空載±5%階躍響應(yīng)曲線

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

圖5 發(fā)電機空載特性曲線

圖6 ±20%階躍錄波圖

由理論計算可得：

綜上所述，限幅值滿足要求。

4.4 發(fā)電機時間常數(shù)測量

在6kV母線帶勵磁變他勵方式運行斷開6kV母線電源時，錄取調(diào)節(jié)器定角度階躍試驗的波形見圖7。

圖7 斷開6kV母線電源調(diào)節(jié)器定角度階躍波形

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

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

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

圖8 勵磁調(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)電機電壓和頻率極值、同步電壓和頻率極值、勵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)項目試驗：零起升壓、發(fā)電機空載階躍試驗、自動手動調(diào)節(jié)范圍、起勵、調(diào)節(jié)通道切換、手自動切換、滅磁、V/F限制、低勵限制、過勵限制、PSS參數(shù)預(yù)整定等，要求滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件。檢查電力系統(tǒng)故障和勵磁系統(tǒng)故障時調(diào)節(jié)器的反應(yīng)快速且正確，通過上述的各項試驗驗證確定AVR模型參數(shù)如下：T1=0，T2=0.02，Ti=5，Kp=40，TR=0.02。

5 結(jié)論

通過對大唐魯北發(fā)電廠 330MW 機組勵磁系統(tǒng)參數(shù)測試結(jié)果的計算分析及對勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)的仿真結(jié)果的對比，本論文提出的模型參數(shù)精度滿足要求，可供電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算使用。

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

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

[3]竺士章.發(fā)電機勵磁系統(tǒng)試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[4]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2002.