勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)測(cè)模型參數(shù)對(duì)山東電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算的影響

賈善杰 ，吳奎華 ，梁 榮 ，王 宏

（1.山東電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250001；2.山東蓬萊東海熱電有限公司，山東 煙臺(tái) 265609）

隨著勵(lì)磁系統(tǒng)建模工作的開展，實(shí)測(cè)勵(lì)磁模型參數(shù)已逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算，并用以指導(dǎo)電力生產(chǎn)。使用實(shí)測(cè)勵(lì)磁模型參數(shù)必然會(huì)給電網(wǎng)的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果帶來較大影響［1-2］。因此，有必要對(duì)這種影響進(jìn)行定量分析，以更好地服務(wù)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在計(jì)算研究中，采用中國(guó)版BPA穩(wěn)定計(jì)算程序，計(jì)算數(shù)據(jù)為某年山東電網(wǎng)夏季最大運(yùn)行方式數(shù)據(jù)。以山東電網(wǎng)兩個(gè)功率斷面為例，比較發(fā)電機(jī)采用 E′q恒定模型和采用 E″d、E″q變化及實(shí)測(cè)勵(lì)磁模型參數(shù)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定極限和暫態(tài)穩(wěn)定極限的影響。功率斷面1為一個(gè)局部斷面，如圖1所示。包括聊城—長(zhǎng)清兩條500 kV輸電線路，是聊城與山東電網(wǎng)其余部分的輸電通道。功率斷面2如圖2所示。為一個(gè)完整斷面，包括以下幾條500 kV線路：淄博—濰坊，一回；淄川—益都，兩回；魯中—瑯琊，一回；棗莊—沂蒙，兩回。

圖1 山東電網(wǎng)功率斷面1

圖2 山東電網(wǎng)功率斷面2

1 勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響

1.1 勵(lì)磁控制對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的作用機(jī)理

靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。以一個(gè)單機(jī)無窮大系統(tǒng)為例，如圖3所示。

圖3 單機(jī)無窮大系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)輸送功率可以表示為

設(shè)Ut=1.0，Us=1.0，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后運(yùn)行人員不再調(diào)整勵(lì)磁。 將 Xd蒡、X′d蒡、X蒡分別代入式（1）（2）（3），則無電壓調(diào)節(jié)器時(shí)的靜穩(wěn)極限小于能維持E′恒定的調(diào)壓器時(shí)的靜穩(wěn)極限小于能維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定的調(diào)壓器時(shí)的靜穩(wěn)極限。可見，當(dāng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機(jī)端電壓為恒定值時(shí)，靜態(tài)穩(wěn)定極限都能夠達(dá)到線路極限。維持發(fā)電機(jī)電壓水平的能力與勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)密切相關(guān)，開環(huán)放大倍數(shù)越大維持發(fā)電機(jī)電壓水平的能力越強(qiáng)，降低開環(huán)放大倍數(shù)不但達(dá)不到國(guó)標(biāo)提出的對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓靜差率的技術(shù)指標(biāo)要求，而且會(huì)降低電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限［3］。

1.2 山東電網(wǎng)功率斷面靜態(tài)穩(wěn)定仿真分析

1.2.1 功率斷面1

發(fā)電機(jī)分別采用 E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型（使用實(shí)測(cè)勵(lì)磁模型參數(shù)），對(duì)聊城外送斷面兩回500 kV線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限進(jìn)行比較研究。采用實(shí)用靜穩(wěn)定極限分析方法，在無任何故障情況下，將聊城地區(qū)部分機(jī)組連續(xù)快開汽門，山東電網(wǎng)其余部分機(jī)組連續(xù)快關(guān)汽門，使聊城—長(zhǎng)清兩回500 kV輸電線路功率連續(xù)增加。觀察輸電線路功率變化曲線，線路輸送功率超過極限值后失去穩(wěn)定，線路功率曲線上升到頂后開始迅速下降，該頂值處的功率即是該線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限。計(jì)算結(jié)果見圖 4、圖 5、表 1。

圖4 E′q恒定模型斷面1靜穩(wěn)極限

圖5 勵(lì)磁實(shí)測(cè)模型斷面1靜穩(wěn)極限

表1 采用E′q恒定模型和勵(lì)磁實(shí)測(cè)模型的靜穩(wěn)極限比較

在山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)全部采用E′q恒定模型時(shí)，斷面1的靜穩(wěn)極限是2935 MW，在山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)全部采用E″d、E″q變化模型和實(shí)測(cè)勵(lì)磁參數(shù)時(shí)，斷面1的靜穩(wěn)極限是3871 MW。 采用E″d、E″q變化模型和實(shí)測(cè)勵(lì)磁參數(shù)的靜穩(wěn)極限比采用E′q恒定模型的靜穩(wěn)極限增加936 MW，提高了31.9%。

1.2.2 功率斷面2

采用與1.2.1相同的方法，對(duì)斷面2各條線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限進(jìn)行了比較研究。計(jì)算結(jié)果見圖6、圖 7、表 2。

圖6 E′q恒定模型斷面2500 kV線路靜穩(wěn)極限

圖7 勵(lì)磁實(shí)測(cè)模型斷面2500 kV線路靜穩(wěn)極限

表2 采用E′q恒定模型和勵(lì)磁實(shí)測(cè)模型的靜穩(wěn)極限比較

在山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)全部采用E′q恒定模型時(shí)，斷面2的靜穩(wěn)極限是6187 MW，在山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)全部采用E″d、E″q變化模型和實(shí)測(cè)勵(lì)磁參數(shù)時(shí)，斷面 2 的靜穩(wěn)極限是 7436 MW。采用 E″d、E″q變化模型和實(shí)測(cè)勵(lì)磁參數(shù)的靜穩(wěn)極限比采用E′q恒定模型的靜穩(wěn)極限增加1249 MW，提高了20.2%。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)模型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定功率極限的影響

2.1 勵(lì)磁控制對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的作用機(jī)理

暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后，各同步機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的作用主要由三個(gè)因素決定［4］：勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)、勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)稱響應(yīng)、勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的利用程度。

勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)。提高勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，可以在需要時(shí)為發(fā)電機(jī)組提供更高的勵(lì)磁電壓，從而更好地維持發(fā)電機(jī)端電壓水平，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)稱響應(yīng)（勵(lì)磁電壓響應(yīng)比）。勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)稱響應(yīng)越大，勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電壓達(dá)到頂值的時(shí)間越短，對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定越有利。勵(lì)磁電壓響應(yīng)比，主要由勵(lì)磁系統(tǒng)的型式?jīng)Q定。同時(shí)，勵(lì)磁控制器的控制規(guī)律及參數(shù)對(duì)電壓響應(yīng)比也起到重要作用。增大勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)可以提高勵(lì)磁電壓響應(yīng)比，同時(shí)也提高了電壓調(diào)節(jié)精度。

勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的利用程度。充分利用勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，也是發(fā)揮勵(lì)磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定作用的重要因素。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，勵(lì)磁系統(tǒng)的輸出電壓達(dá)不到頂值，或者維持頂值的時(shí)間過短，它的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)就沒有得到充分利用，改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果也不好。充分利用勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的措施之一，就是提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，開環(huán)放大倍數(shù)越大，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)利用越充分，調(diào)壓精度也越高，也就越有利于改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

2.2 山東電網(wǎng)功率斷面暫態(tài)穩(wěn)定仿真分析

2.2.1 功率斷面1

故障方式1：聊城—長(zhǎng)清第I回線路，聊城側(cè)三相接地永久性短路故障，1.0 s發(fā)生故障，1.09 s跳開故障線路聊城側(cè)開關(guān)，1.1 s跳開故障線路長(zhǎng)清側(cè)開關(guān)。在山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)分別采用E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型兩種情況下，對(duì)斷面 1 兩回500 kV線路的暫態(tài)穩(wěn)定極限進(jìn)行比較研究。計(jì)算結(jié)果如圖8、9所示。

圖8 E′q恒定模型斷面1暫穩(wěn)極限

圖9 勵(lì)磁實(shí)測(cè)模型斷面1暫穩(wěn)極限

對(duì)于故障方式1，采用實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)，聊城—長(zhǎng)清兩回500 kV線路斷面的暫穩(wěn)極限為2144MW；采用E′q恒定模型，聊城—長(zhǎng)清兩回500kV線路斷面的暫穩(wěn)極限為2094 MW。采用實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)模型比采用E′q恒定模型，斷面1的暫穩(wěn)極限提高了50 MW，暫穩(wěn)極限提高2.4%。

2.2.2 功率斷面2

故障方式2，棗莊—沂蒙第I回線路，棗莊側(cè)三相接地永久性短路故障，1.0 s發(fā)生故障，1.09 s跳開故障線路棗莊側(cè)開關(guān)，1.1 s跳開故障線路沂蒙側(cè)開關(guān)。山東電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)分別采用E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型，對(duì)斷面 2 的 6 條 500 kV 線路暫穩(wěn)極限進(jìn)行比較研究。計(jì)算結(jié)果如圖10、11所示。

對(duì)于故障方式2，采用實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)，斷面2的暫穩(wěn)極限為6166 MW；采用E′q恒定模型，斷面2的暫穩(wěn)極限為5644 MW。采用實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)模型比采用E′q恒定模型，斷面2的暫穩(wěn)極限提高了522 MW，暫穩(wěn)極限提高9.2%。

圖10 E′q恒定模型斷面2暫穩(wěn)極限

圖11 勵(lì)磁實(shí)測(cè)模型斷面2暫穩(wěn)極限

3 結(jié)語

通過 E′q恒定模型和 E″d、E″q變化及實(shí)測(cè)勵(lì)磁模型參數(shù)對(duì)山東電網(wǎng)兩個(gè)功率斷面穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果的影響研究，可以看出采用 E″d、E″q變化模型和實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)能夠顯著提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限和暫態(tài)穩(wěn)定功率極限。把其應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)算，能夠有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全及經(jīng)濟(jì)性。

［1］王新，鎖軍，陳宣凱，等.實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定極限計(jì)算的重要性［J］.陜西電力，2007（1）：21-23.

［2］石雪梅，汪志宏，桂國(guó)亮，等.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析結(jié)果影響的研究［J］.繼電器，2007，35（21）：22-27.

［3］劉增煌，朱方.華東電網(wǎng)勵(lì)磁實(shí)測(cè)建模校核方法及實(shí)測(cè)模型應(yīng)用對(duì)華東電網(wǎng)穩(wěn)定水平計(jì)算結(jié)果影響研究［R］.中國(guó)電力科學(xué)研究院技術(shù)報(bào)告，2004，8.

［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.