考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用及發(fā)電機(jī)飽和的靜態(tài)穩(wěn)定性

郭 帥，康錦萍，許國(guó)瑞，張志堅(jiān)

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2．國(guó)網(wǎng)北京電力公司，北京 100031)

考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用及發(fā)電機(jī)飽和的靜態(tài)穩(wěn)定性

郭 帥1，康錦萍1，許國(guó)瑞1，張志堅(jiān)2

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2．國(guó)網(wǎng)北京電力公司，北京 100031)

為了研究發(fā)電機(jī)飽和及勵(lì)磁調(diào)節(jié)共同作用時(shí)對(duì)其靜態(tài)穩(wěn)定性的影響,提出了計(jì)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用的功角曲線有限元算法，對(duì)比分析了發(fā)電機(jī)飽和及勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用對(duì)發(fā)電機(jī)極限功率和極限功角的影響。將用該方法計(jì)算的功角曲線用于小擾動(dòng)后勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)的極限值和發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限的確定。結(jié)果表明，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用時(shí)發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)極限要增大，但若同時(shí)考慮同步發(fā)電機(jī)飽和作用，靜穩(wěn)極限要有所減小；發(fā)電機(jī)受到小擾動(dòng)后，考慮同步發(fā)電機(jī)飽和作用時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)范圍明顯減小，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量增大。研究結(jié)果為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真提供必要的理論基礎(chǔ)。

汽輪發(fā)電機(jī)；磁場(chǎng)飽和；有限元；功角曲線；靜態(tài)穩(wěn)定性

0 引 言

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)于發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，而同步電機(jī)飽和作用又影響著發(fā)電機(jī)的運(yùn)行行為，因此需要研究同步電機(jī)飽和及勵(lì)磁調(diào)節(jié)共同作用下的靜態(tài)穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析以系統(tǒng)在某一確定運(yùn)行 點(diǎn)處的線性化模型為基礎(chǔ)，通過(guò)特征分析法對(duì)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算[1]。這種方法通常不考慮發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)處磁場(chǎng)飽和作用的影響。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，磁場(chǎng)飽和作用比較復(fù)雜。已有研究表明發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)存在磁路飽和，磁場(chǎng)畸變，交叉磁化等多個(gè)非線性因素的共同作用[2-4]。因此為了更加準(zhǔn)確的分析法發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性，有必要對(duì)同步發(fā)電機(jī)飽和作用進(jìn)行深入研究。

在傳統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析理論中，以發(fā)電機(jī)功角特性曲線作為輔助方程以推導(dǎo)發(fā)電機(jī)線性化模型，考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用后的發(fā)電機(jī)功角曲線常采用發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)E′q及發(fā)電機(jī)端電壓UG為恒定時(shí)的功角曲線,其中功角曲線一般采用解析法計(jì)算，不能有效地反映同步發(fā)電機(jī)飽和作用的影響。

為了研究同步發(fā)電機(jī)飽和與勵(lì)磁調(diào)節(jié)共同作用對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定性的影響，本文以發(fā)電機(jī)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)為例，提出了計(jì)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用的功角曲線有限元算法，計(jì)算了保持發(fā)電機(jī)電勢(shì)恒定、發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)恒定及發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定時(shí)的功角曲線；然后通過(guò)與解析法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，研究了同步發(fā)電機(jī)飽和作用對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定性的影響，并對(duì)小擾動(dòng)后勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)量進(jìn)行了比較。最后根據(jù)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)計(jì)算了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)的最大極限值和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行極限，對(duì)比了解析法與時(shí)步有限元法計(jì)算結(jié)果的差異。研究結(jié)果為考慮發(fā)電機(jī)飽和作用下的靜態(tài)穩(wěn)定性分析提供必要的理論基礎(chǔ)。

1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用下的功角曲線計(jì)算

本文以單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)為例來(lái)計(jì)算勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用下的發(fā)電機(jī)功角曲線。系統(tǒng)模型如圖1所示，其中xe為聯(lián)系電抗，U為系統(tǒng)電壓，UG為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。發(fā)電機(jī)的負(fù)載相量圖如圖2所示。

圖1 發(fā)電機(jī)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)Fig.1 Model of one machine infinite-bus system

圖2 負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)相量圖Fig.2 Vector diagram of loading generator

1.1 功角曲線的有限元計(jì)算方法

對(duì)于電力系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行的發(fā)電機(jī)而言，其運(yùn)行工況主要是由發(fā)電機(jī)的定子電壓、定子電流和發(fā)電機(jī)功角(或功率因數(shù))決定[5]。在有限元計(jì)算中常采用上述狀態(tài)變量作為端點(diǎn)量進(jìn)行迭代計(jì)算。文獻(xiàn)[5]采用端電壓和功角作為端點(diǎn)量進(jìn)行迭代，計(jì)算了不考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用的發(fā)電機(jī)功角特性曲線。由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用，發(fā)電機(jī)受到小擾動(dòng)后的勵(lì)磁電流不再是恒定值，采用端電壓和功角作為端點(diǎn)量不能唯一確定發(fā)電機(jī)狀態(tài)，從而無(wú)法進(jìn)行迭代計(jì)算。本文針對(duì)此問(wèn)題，提出了發(fā)電機(jī)3個(gè)端點(diǎn)量迭代的基于有限元法的功角特性計(jì)算方法。下面以保持發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)恒定時(shí)的功角特性計(jì)算說(shuō)明迭代過(guò)程。

1.2 3個(gè)端點(diǎn)量的迭代算法

在保持勵(lì)磁電流If、相角λ不變的情況下，使電樞電流I有一個(gè)微增量ΔI并進(jìn)行磁場(chǎng)非線性迭代得到新的端點(diǎn)量，利用數(shù)值差分的方法得到新端點(diǎn)量對(duì)I的變化率，記作

同樣分別給定勵(lì)磁電流If和相角λ一個(gè)微增量，進(jìn)行磁場(chǎng)非線性迭代可以得到新的端點(diǎn)量對(duì)If、λ的變化率，分別記作

設(shè)ΔI、Δλ、ΔIf為修正量，將上面的系數(shù)帶入公式(1)：

(1)

圖3 功角特性計(jì)算流程圖Fig.3 Flowchart of calculating power-angle curve

1.3 功角曲線的解析計(jì)算方法

以發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)Eq和電抗xd表示發(fā)電機(jī)，由圖2可得

(2)

其中xdΣ=xd+xe， 將式(2)帶入功率表達(dá)式

(3)

得到以發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)Eq表示的有功功率達(dá)式為

(4)

(5)

(6)

以發(fā)電機(jī)端電壓UG和聯(lián)系電抗xe表示發(fā)電機(jī)，可得此時(shí)的功角特性為

(7)

其中δG為UG與U之間的夾角。

(8)

1.4 基于功角曲線的發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)

本文采用比例式調(diào)節(jié)器為例進(jìn)行分析，發(fā)電機(jī)配置直流機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)[1]，其簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)如圖4，放大系數(shù)為KA，本文不考慮勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的影響，設(shè)TE=0，得到勵(lì)磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)為

(9)

圖4 勵(lì)磁系統(tǒng)框圖Fig.4 Diagram of excitation system

根據(jù)文獻(xiàn)[1]對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)用模型方程和功率方程進(jìn)行線性化處理得到了發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)方程如下：

(10)

其中

消去代數(shù)方程及非狀態(tài)變量，求得發(fā)電機(jī)狀態(tài)方程如下

(12)

根據(jù)發(fā)電機(jī)狀態(tài)方程可以得到對(duì)應(yīng)的特征方程。通過(guò)胡爾維茨判別法，即可獲得保持系統(tǒng)穩(wěn)定的條件[1]。進(jìn)一步對(duì)穩(wěn)定條件進(jìn)行分析可以得到發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)如式(13)所示:

式中：KAmax，KAmin分別為放大系數(shù)最大值和最小值。

為了充分考慮同步電機(jī)的飽和作用，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定判據(jù)中的系數(shù)應(yīng)取飽和參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)定義系數(shù)SEq、REq、SE′q、RE′q、Sug、Rug由功角曲線分別對(duì)功角和對(duì)應(yīng)電勢(shì)求導(dǎo)得到。由于基于有限元法計(jì)算的功角曲線無(wú)法直接進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，本文采用差分法對(duì)功角曲線求取穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)處的各系數(shù)。不計(jì)同步發(fā)電機(jī)飽和作用時(shí)的系數(shù)，通過(guò)功角曲線解析法公式直接求導(dǎo)得到。

2 同步發(fā)電機(jī)飽和及勵(lì)磁調(diào)節(jié)共同作用下靜態(tài)穩(wěn)定極限

以300MW汽輪發(fā)電機(jī)為例，分別運(yùn)用解析法和有限元法計(jì)算發(fā)電機(jī)功角特性曲線，其中解析法不考慮飽和作用，采用1.3節(jié)中的解析法公式計(jì)算，發(fā)電機(jī)電抗取不飽和值；有限元法計(jì)算考慮飽和作用1.1節(jié)中的方法。采用發(fā)電機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 300 MW汽輪發(fā)電機(jī)參數(shù)

2.1 發(fā)電機(jī)電勢(shì)恒定的功角曲線

發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁下，采用兩種方法計(jì)算的有功功角特性如圖5所示。

圖5 發(fā)電機(jī)功角曲線Fig.5 Turbine generator power-angle curve

從圖5中可以看出解析法和有限元法的計(jì)算結(jié)果很接近，發(fā)電機(jī)的極限功率和極限功角相差都很小，這是由于計(jì)及飽和與不計(jì)飽和時(shí)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率近似相等。文獻(xiàn)[5]中就發(fā)電機(jī)飽和作用對(duì)功角曲線的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析。

表2給出了額定勵(lì)磁電流下，不同系統(tǒng)電壓時(shí)的發(fā)電機(jī)極限功角及極限功率的比較。從表2中可以看出同步發(fā)電機(jī)計(jì)及飽和后，發(fā)電機(jī)功率極限有所減小，在正常運(yùn)行工況下，減小量不超過(guò)4.31%，在非正常工況下，系統(tǒng)電壓變?yōu)?.2時(shí)，減小量不超過(guò)6%?？梢?jiàn)發(fā)電機(jī)飽和對(duì)發(fā)電機(jī)的極限功率影響不大。

2.2 發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)恒定的功角曲線

表2 額定勵(lì)磁下的極限功率和極限功角

圖=c的功角曲線Fig.6 Power-angle curves of =c

圖6中的1、3曲線表明考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用的發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性明顯增加。在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用下，不計(jì)發(fā)電機(jī)飽和時(shí)，發(fā)電機(jī)的極限功率為3.13,極限功角為113°。文獻(xiàn)[8]對(duì)某一300MW機(jī)組進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明裝設(shè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后發(fā)電機(jī)的極限功率出現(xiàn)在功角δ>90°處，進(jìn)入人工穩(wěn)定區(qū)，增大了靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)域的范圍。從1、2曲線中可以看出計(jì)及發(fā)電機(jī)飽和后極限功率變?yōu)?.82，減少了14%，極限功角變?yōu)?10°。

2.3 發(fā)電機(jī)端電壓恒定的功角曲線

仍以圖5中的a點(diǎn)作為發(fā)電機(jī)的初始運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)發(fā)生小擾動(dòng)后，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用可保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定不變，運(yùn)用1.1節(jié)中的有限元計(jì)算方法，對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)功角及系統(tǒng)電壓進(jìn)行迭代，計(jì)算機(jī)端電壓保持恒定的功角曲線如圖7所示。計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)利用有限元法計(jì)算時(shí)功角大于107°之后已經(jīng)不再收斂。這主要是因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)電機(jī)功角較大，處于滿載狀態(tài)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)太大，使得系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)小于零，系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩，從而引起了系統(tǒng)的振蕩失穩(wěn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)功角較小，發(fā)電機(jī)在輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，此時(shí)的系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)大于零，不會(huì)因?yàn)閯?lì)磁調(diào)節(jié)器的投入而失步，功角特性可以收斂[9,10]。

圖7 UG=c的功角曲線Fig.7 Power-angle curve of UG=c

由圖7可以看出在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用下，計(jì)及發(fā)電機(jī)飽和后極限功率、極限功角均減小，發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性降低。

3 算例分析

3.1 同步發(fā)電機(jī)飽和對(duì)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量的影響

以圖5中的a點(diǎn)作為發(fā)電機(jī)初始狀態(tài)，此時(shí)的有功功率P=0.5，當(dāng)發(fā)電機(jī)受到10%的有功功率擾動(dòng)后，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以保持發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)為恒定值，此時(shí)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)由圖6中的a點(diǎn)過(guò)渡到暫態(tài)功角曲線上。表3給出了擾動(dòng)前后勵(lì)磁電流的變化情況并與解析法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。

表3 小擾動(dòng)后勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量

從表3中可以看出計(jì)及同步發(fā)電機(jī)飽和作用后勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)幅度更大，擾動(dòng)前后差值達(dá)到6.17%，不計(jì)同步發(fā)電機(jī)飽和作用時(shí)差值只有3.7%。為了進(jìn)一步分析不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)同步發(fā)電機(jī)飽和對(duì)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量的影響，計(jì)算了發(fā)電機(jī)滿載時(shí)P=1.0，發(fā)電機(jī)受到10%的有功功率擾動(dòng)后勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)量，此時(shí)發(fā)電機(jī)運(yùn)行與圖5中的b點(diǎn)。由表3可以看出當(dāng)發(fā)電機(jī)滿載時(shí),計(jì)及同步發(fā)電機(jī)飽和作用后，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量變大，擾動(dòng)前后的相對(duì)差值達(dá)到6.36%。不考慮同步發(fā)電機(jī)飽和作用后，擾動(dòng)前后勵(lì)磁電流的相對(duì)差值減小到4.14%。

3.2 同步發(fā)電機(jī)飽和對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大系數(shù)的影響

根據(jù)式(13)推導(dǎo)的發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)，利用1.4節(jié)中的方法分別計(jì)算計(jì)及與不計(jì)及同步發(fā)電機(jī)飽和作用時(shí)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)，結(jié)果如圖8所示。

圖8 放大系數(shù)最大允許值與運(yùn)行角的關(guān)系Fig.8 The relation of power angle and maximum allowable value of amplification of excitation regulator

從圖8中看出計(jì)及發(fā)電機(jī)飽和之后，在發(fā)電機(jī)功角δ>50°，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了最大允許的放大倍數(shù)；不計(jì)飽和時(shí)在發(fā)電機(jī)功角δ>60°，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了最大允許的放大倍數(shù)。為了說(shuō)明放大系數(shù)最大允許值KAmax對(duì)發(fā)電機(jī)小擾動(dòng)特性的影響，采用Prony[11,12]分析法得到了KAmax選取飽和值與不飽和值時(shí)的小擾動(dòng)特性，并進(jìn)行對(duì)比。圖9給出了發(fā)電機(jī)初始功角δ0=80°，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大系數(shù)取KAmax時(shí)的小擾動(dòng)特性指標(biāo)。表4為通過(guò)Prony分析法得到的自然振蕩頻率和阻尼比等小擾動(dòng)特性指標(biāo)。從圖9中可以看出當(dāng)KAmax取不飽和值時(shí)發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定，取飽和值時(shí)發(fā)電機(jī)處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)。說(shuō)明傳統(tǒng)解析法整定的放大系數(shù)極值偏大。表4的分析結(jié)果與圖9的結(jié)果一致，KAmax取不飽和值時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)方程的特征值出現(xiàn)正實(shí)部系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

圖9 放大系數(shù)飽和值對(duì)小擾動(dòng)角速度的影響Fig.9 Angular velocity with and without saturation of amplification of excitation regulator

表4 小擾動(dòng)特性

3.3 同步發(fā)電機(jī)飽和對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限的影響

以圖5中的a點(diǎn)作為發(fā)電機(jī)初始狀態(tài)，首先整定比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[13]整定保證發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)恒定時(shí)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)為KA=6.02。以KA=6.02作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大系數(shù)的最大臨界值，從圖8中可以得到此時(shí)KA對(duì)應(yīng)的極限功角，從圖6中可以得到極限功角對(duì)應(yīng)的極限功率。表4給出了計(jì)及與不計(jì)及飽和作用的發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限。

表5 發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限

從表4中可以看出計(jì)及飽和作用后的發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限變小，極限功角由104°變?yōu)?00°，極限功率由2.72變?yōu)?.46，下降了9%。

綜上所述，發(fā)電機(jī)飽和對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定及發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限均有一定影響，在對(duì)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行研究時(shí)應(yīng)當(dāng)給予充分考慮。

4 結(jié) 論

本文提出了發(fā)電機(jī)3個(gè)端點(diǎn)量迭代的基于有限元法的功角特性計(jì)算方法，對(duì)比研究了同步發(fā)電機(jī)飽和及勵(lì)磁調(diào)節(jié)共同作用下的靜態(tài)穩(wěn)定性。并得到以下結(jié)論：

(1)計(jì)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用的發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限要增大，但若同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)飽和作用，靜穩(wěn)極限要有所減小。在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器保持暫態(tài)電勢(shì)不變、初始功角為22°的情況下，計(jì)及與不計(jì)及發(fā)電機(jī)飽和作用后的極限功率相差14%，有限元法所得靜態(tài)極限功角為110°，比解析法計(jì)算結(jié)果低3°。

(2)通過(guò)對(duì)比研究發(fā)電機(jī)發(fā)生小擾動(dòng)后不同因素下勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)量，得到發(fā)電機(jī)飽和及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共同作用的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量要比不計(jì)飽和時(shí)的調(diào)節(jié)量大。當(dāng)發(fā)電機(jī)滿載、發(fā)生10%的有功功率擾動(dòng)時(shí)，兩者共同作用的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)量達(dá)到了6.36%，不考慮發(fā)電機(jī)飽和時(shí)，調(diào)節(jié)量為4.14%。

(3)考慮發(fā)電機(jī)電機(jī)飽和后，運(yùn)用有限元法計(jì)算的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器放大系數(shù)范圍以及發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限均有所減小，發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定域的范圍減小。在對(duì)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行研究時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮飽和作用的影響。本文以比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作為勵(lì)磁系統(tǒng)，沒(méi)有考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用，考慮更為詳細(xì)的勵(lì)磁系統(tǒng)模型后，發(fā)電機(jī)飽和作用對(duì)其靜態(tài)穩(wěn)定性的影響尚需進(jìn)一步研究。

[1] 劉取. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.

[2] 羅應(yīng)立,張新麗,康錦萍,等. 汽輪發(fā)電機(jī)非線性特征的機(jī)理及其與運(yùn)行條件的關(guān)系[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,28(17):144-150.

[3] 羅應(yīng)立,蒙亮,劉曉芳,等. 汽輪發(fā)電機(jī)雙因素非線性特性的研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2005,20(6):1-5.

[4] 康錦萍,劉曉芳,羅應(yīng)立,等. 汽輪發(fā)電機(jī)磁路飽和與磁場(chǎng)畸變共同作用對(duì)運(yùn)行的影響[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010,30(36):41-45.

[5] 康錦萍. 考慮飽和與磁場(chǎng)畸變的汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行行為的研究[D]. 北京：華北電力大學(xué),2010.

[6] 晁暉,李志強(qiáng),羅應(yīng)立,等. 同步電機(jī)場(chǎng)路耦合端點(diǎn)量迭代新算法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2009,29(30):63-69.

[7] 李志強(qiáng),胡笳,祝麗芳,等. 同步發(fā)電機(jī)有限元磁場(chǎng)計(jì)算中端點(diǎn)量迭代的改進(jìn)算法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008,23(12):35-41.

[8] 陳為賢. 300MW機(jī)組勵(lì)磁控制簡(jiǎn)介及其進(jìn)相運(yùn)行分析[J]. 江蘇電機(jī)工程,2007,26(3):64-66.

[9] 吳學(xué)蘋(píng),江寧強(qiáng). 交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中同步發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)的計(jì)算[J]. 電氣技術(shù),2015,16(8):11-14+33.

[10] 丁建順,王青,馬世英,等.發(fā)電機(jī)疊加型低勵(lì)限制對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定影響機(jī)制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2016,40(8):78-84+91.

[11] 許國(guó)瑞,劉曉芳,羅應(yīng)立,等. 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼系統(tǒng)對(duì)小擾動(dòng)特性的影響[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,41(2):20-27.

[12] 曹維,翁斌偉,陳陳. 電力系統(tǒng)暫態(tài)變量的Prony分析[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2000,15(6):56-60.

[13] 何仰贊,溫增銀. 電力系統(tǒng)分析(下)[M]. 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2002.

Static Stability of Synchronous Generator Considering Generator Saturation and Excitation Regulation

GUO Shuai1，KANG Jinping1，XU Guorui1，ZHANG Zhijian2

(1.School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.State Grid Beijing Electric Power Company，Beijing 100031，China)

In order to research the influence of generator saturation and excitation regulation on static stability of synchronous generator, this paper presents a new finite element algorithm of power-angle curve with the effect of excitation regulator. The effect of generator saturation and excitation regulation on limit power of generator and limit power-angle has been analyzed. The power-angle curve calculated by the proposed algorithm can be used to determine the limit value of the amplification of excitation regulator after small disturbance and the operation limit of generator. The results show that the limit of static stability will increase with the effect of excitation regulator; however, it will decrease when generator saturation is also taken into consideration. If there is small disturbance, amplification of excitation regulator will decrease significantly with the consideration of synchronous generator saturation. And the regulating quantity of exciting current will increase. The results provide necessary theoretical foundation for parameter tuning of excitation regulator and system dynamic simulation.

turbine generator; magnetic saturation; finite element; power-angle curve; static stability

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2017.01.09

2016-05-10.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51307049).

TM311

A

1007-2691(2017)01-0058-07

郭帥(1992-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)磁場(chǎng)數(shù)值分析計(jì)算。