發(fā)電廠勵(lì)磁系統(tǒng)涉網(wǎng)試驗(yàn)分析研究

曹慧明

摘要：電網(wǎng)系統(tǒng)作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目之一，在電網(wǎng)的發(fā)展中也發(fā)現(xiàn)了不少的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙，個(gè)別問(wèn)題甚至?xí)绊懻麄€(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此本文探討了對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行控制的勵(lì)磁系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng);PSS 試驗(yàn);進(jìn)相試驗(yàn)

前言：

為了強(qiáng)化控制電網(wǎng)力度，相關(guān)的技術(shù)人員設(shè)計(jì)了能夠解決電力系統(tǒng)故 障問(wèn)題的勵(lì)磁系統(tǒng)，能夠在極大限度上保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

一、勵(lì)磁系統(tǒng)概述

勵(lì)磁系統(tǒng)的作用主要就是供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的直流電源。同步發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等部分組成。勵(lì)磁功率單元 包括整流裝置及其交流電源，它向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁功率;勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，感受發(fā)電機(jī)電壓及運(yùn)行工況的變化，自動(dòng)地調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單 元輸出勵(lì)磁電流的大小，以滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行要求。

二、勵(lì)磁系統(tǒng)涉網(wǎng)試驗(yàn)

1.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)試及 PSS 試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)試及 PSS 試驗(yàn)對(duì)電網(wǎng)以及機(jī)組的穩(wěn)定可靠 運(yùn)行極為重要。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS） 能有效抑制低頻振蕩，提高電力系 統(tǒng)穩(wěn)定性，試驗(yàn)?zāi)康脑谟隍?yàn)證 PSS 對(duì)低頻振蕩的抑制效果，并確定抑制作 用最大化的參數(shù)整定值。

2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)試

（1）發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)的空載特性試驗(yàn)是指發(fā)電機(jī)在額定空載轉(zhuǎn)速下，獲取發(fā)電機(jī)機(jī) 端電壓隨勵(lì)磁電流變化關(guān)系曲線(xiàn)的試驗(yàn)。通過(guò)空載特性試驗(yàn)可以檢查定子 三相電壓的對(duì)稱(chēng)性，觀察勵(lì)磁系統(tǒng)的工作情況。利用發(fā)電機(jī)空載額定勵(lì)磁 電壓、勵(lì)磁電流和機(jī)端電壓等數(shù)據(jù)，為勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)幺值計(jì)算和發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)的確定提供依據(jù)。

（2）發(fā)電機(jī)空載時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)

在發(fā)電機(jī)空載條件下，將發(fā)電機(jī)電壓升至 70%，然后切斷可控硅整流 橋控制脈沖電源，用 WFLC 電量記錄分析儀測(cè)錄發(fā)電機(jī)電壓變化曲線(xiàn)，計(jì)算發(fā)電機(jī)空載時(shí)間常數(shù)。

（3）靜態(tài)放大倍數(shù)測(cè)量

發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)空載，將發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、 勵(lì)磁電流接入 WFLC 電量記錄分析儀。退出調(diào)節(jié)器積分環(huán)節(jié)，降低比例放 大倍數(shù)，逐漸改變給定電壓，同時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、給定電壓。

（4）發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)

用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器升壓到發(fā)電機(jī)空載額定值的 95%，進(jìn)行±5%階躍響應(yīng)試 驗(yàn)，用電量記錄分析儀記錄發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)子電壓和電流即發(fā)電機(jī)空載階 躍響應(yīng)曲線(xiàn)，調(diào)整勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 PID 參數(shù)應(yīng)該使發(fā)電機(jī)電壓階躍響應(yīng)的超調(diào)量、振蕩次數(shù)等性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求。（調(diào)節(jié)器的 PID 參數(shù)一般不做調(diào)整）

（5）最大/最小?角試驗(yàn)

通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓為 50%額定電壓進(jìn)行±20%階躍試 驗(yàn)。用 WFLC 電量記錄分析儀測(cè)錄發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流。

（6）調(diào)差極性校驗(yàn)

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，保持給定電壓不變，逐步改變 AVR 調(diào)差系數(shù)。分 別在特定的調(diào)差系數(shù)記錄發(fā)電機(jī)無(wú)功功率、發(fā)電機(jī)電壓等值。發(fā)電機(jī)無(wú)功 功率、發(fā)電機(jī)電壓應(yīng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

2.2 PSS 試驗(yàn)

（1）勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特性測(cè)試

在 PSS 輸出信號(hào)迭加點(diǎn)輸入白噪聲信號(hào)（PSS 退出運(yùn)行），用動(dòng)態(tài)信號(hào) 分析儀測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓對(duì)于 PSS 輸出信號(hào)迭加點(diǎn)的相頻特性即勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú) 補(bǔ)償特性。此過(guò)程發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓波動(dòng)較大（大約 40-50V），其它量無(wú)明 顯波動(dòng)，機(jī)端電壓波動(dòng)小于 1%。

（2）勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特性測(cè)試與 PSS 參數(shù)計(jì)算

在進(jìn)行無(wú)補(bǔ)償特性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)帶額定有功，無(wú)功盡可能小，PSS 退出運(yùn)行，在 PSS 輸出 AVR 的信號(hào)迭加點(diǎn)輸入白噪聲信號(hào)，用動(dòng)態(tài)信號(hào)分 析儀測(cè)量信號(hào)疊加點(diǎn)到發(fā)電機(jī)電壓的相位-頻率特性，即勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特 性。根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特性和 PSS 的傳遞函數(shù)計(jì)算 PSS 相位補(bǔ)償特性整 定 PSS 參數(shù)。

（3） PSS 臨界增益試驗(yàn)

實(shí)際上，包含發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)和 PSS 的閉環(huán)控制系統(tǒng)具有高階、非 線(xiàn)性的復(fù)雜特點(diǎn)，提高 PSS 增益盡管可以增加某些機(jī)電振蕩模式的阻尼，但過(guò)大的 PSS 增益，也可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的振蕩現(xiàn)象，因此，PSS 實(shí)際存在一個(gè)最大增益，即臨界增益。試驗(yàn)過(guò)程中，逐步增加 PSS 的增益，觀察發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和無(wú)功功率的波動(dòng)情況，直到出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象為止，此時(shí)的 PSS 增益即為臨界增益。PSS 的實(shí)際增益取臨界增益的 20%-30%。

（4） PSS 效果檢驗(yàn)

采用勵(lì)磁系統(tǒng)負(fù)載階躍試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn) PSS 投入效果，即進(jìn)行有、無(wú) PSS 時(shí)的負(fù)載電壓階躍試驗(yàn)，通過(guò)觀察 PSS 投入和退出運(yùn)行時(shí)的有功功率震蕩 情況，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算測(cè)試結(jié)果，用以判斷 PSS 效果并確認(rèn) PSS 運(yùn) 行參數(shù)。此次試驗(yàn)中，分別在 2%、3%、4%的階躍條件下以不同的臨界增 益進(jìn)行 PSS 的投退并錄波，比較 PSS 投入和退出兩種情況下有功功率的波 動(dòng)情況。當(dāng)退出 PSS 出現(xiàn)階躍時(shí)機(jī)端有功功率會(huì)有多次擺動(dòng)，在投入 PSS 時(shí)功率擺動(dòng)幅值以及震蕩次數(shù)會(huì)明顯減少，振蕩頻率應(yīng)無(wú)明顯變化。

（5） PSS 反調(diào)試驗(yàn)

由于勵(lì)磁系統(tǒng)存在負(fù)阻尼現(xiàn)象，在發(fā)電機(jī)有功功率以較快速度增加時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率會(huì)發(fā)生較大的減少，反之亦然，即發(fā)生反調(diào)現(xiàn)象。試驗(yàn) 程中在 PSS 投入的情況下，快速增減有功功率，未見(jiàn)對(duì)勵(lì)磁產(chǎn)生顯著影響，反調(diào)現(xiàn)象在正常范圍內(nèi)，說(shuō)明 PSS-2A 模型功能投入正常，。

2.3 進(jìn)相試驗(yàn)

在發(fā)電機(jī)正常遲相運(yùn)行過(guò)程中，不斷減少發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，會(huì)使發(fā) 電機(jī)的定子電流從滯后于端電壓變?yōu)槌坝诙穗妷?，由向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功變 為向系統(tǒng)吸收無(wú)功，即發(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)。在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī) 的勵(lì)磁電流愈小發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收的無(wú)功愈多，也就是說(shuō)發(fā)電機(jī)進(jìn)相的程 度愈深。發(fā)電機(jī)的進(jìn)相程度在一定范圍內(nèi)，不會(huì)影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā) 電機(jī)仍應(yīng)能夠保持三相電流以及三相電壓的對(duì)稱(chēng)。但進(jìn)相運(yùn)行程度超出發(fā) 電的允許范圍，可能會(huì)導(dǎo)致定子端部鐵芯及其金屬結(jié)構(gòu)件的溫升過(guò)高、定 子電流過(guò)高、廠用電電壓嚴(yán)重下降等一系列問(wèn)題。

在發(fā)電機(jī)處于進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，減小勵(lì)磁電流的減小使發(fā)電機(jī)組從系 統(tǒng)吸收的感性無(wú)功增大，此時(shí)機(jī)端電壓會(huì)隨之降低，從而也降低了廠用電 電壓。如果發(fā)電機(jī)組的進(jìn)相深度過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致廠用母線(xiàn)電壓低于規(guī)定的最低電壓，因此廠用電電壓限制機(jī)組的最大進(jìn)相深度。廠用電壓一般不進(jìn)相深度試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)的核心環(huán)節(jié)，能夠確當(dāng)發(fā)電機(jī)組的進(jìn)相能力。具體方法步驟如下。

（1）由圖 1 發(fā)電機(jī) P-Q 曲線(xiàn)示意圖，考慮發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的能力和 系統(tǒng)的需要等因素。

（2） 發(fā)電機(jī)正常開(kāi)機(jī)程序開(kāi)機(jī)并網(wǎng)，保持發(fā)電機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)?速，在發(fā)電機(jī) P=0、Q=0 情況下，校定發(fā)電機(jī)零功率角（此時(shí)發(fā)電機(jī)功率?角δ=0），然后按發(fā)電機(jī)預(yù)估進(jìn)相深度的要求，在機(jī)組帶 100%Pn、75%Pn、 50%Pn 和 0%Pn 的各個(gè)有功工況下進(jìn)行進(jìn)相檢測(cè)，在每種工況下讀取發(fā)電?機(jī)定子、轉(zhuǎn)子回路電氣量，網(wǎng)絡(luò)電壓、廠用母線(xiàn)電壓數(shù)值，讀取溫度、振?擺等參數(shù)。

（3） 在每一個(gè)有功工況進(jìn)相檢測(cè)前，要求機(jī)組在遲相狀態(tài)下運(yùn)行，待 讀取各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)后，再緩慢降低勵(lì)磁電流，當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度達(dá)到所要 求的欠勵(lì)限制原定值以下，此時(shí)欠勵(lì)限制動(dòng)過(guò)，停留 15min，觀察發(fā)電機(jī) 失磁保護(hù)動(dòng)作情況，讀取各溫度測(cè)點(diǎn)的溫度值和其它電氣測(cè)量值。

（4）監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行情況，步驟二如果沒(méi)有異常，再按照（表 1） 欠 勵(lì)限制臨時(shí)整定值進(jìn)行整定，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度的檢測(cè)。應(yīng)低于額定值 380V 的 95%，即 361V。

（5）做完第一個(gè)有功工況下各個(gè)進(jìn)相深度檢測(cè)后，即緩慢增加勵(lì)磁電 流，待功率因數(shù)達(dá)到遲相后，緩慢調(diào)整發(fā)電機(jī)的有功功率，使其達(dá)到第二 個(gè)有功工況的功率值，重復(fù)上述第一個(gè)工況的檢測(cè)步驟，直到做完所有工 況下的進(jìn)相深度，檢測(cè)即結(jié)束。

（6）根據(jù)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)檢測(cè)深度情況，檢查發(fā)電機(jī)無(wú)功功率調(diào)節(jié)情況。在進(jìn)相檢測(cè)的過(guò)程中，分別在 100%Pn、75%Pn、50%Pn 和 0%Pn 的條件下，逐次以減少 10Mvar 的無(wú)功輸出來(lái)進(jìn)行進(jìn)相，每次記錄一組數(shù)據(jù)，得到不同?進(jìn)相深度對(duì)機(jī)端電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流等變量的影響關(guān)系。

結(jié)論：

綜上所述，在本文的研究中，主要對(duì)發(fā)電廠的勵(lì)磁系統(tǒng)的試驗(yàn)進(jìn)行研 究，對(duì)后續(xù)涉網(wǎng)試驗(yàn)的綜合發(fā)展提供更有價(jià)值的理論基礎(chǔ)。

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