張兆冰
(茂名熱電廠(chǎng),廣東 茂名 525000)
隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展和電網(wǎng)的日益擴(kuò)大以及自動(dòng)化系統(tǒng)程度的不斷提高,在電力系統(tǒng)中計(jì)算和控制問(wèn)題等也日益復(fù)雜,在進(jìn)行電力試驗(yàn)時(shí)直接從技術(shù)和安全上考慮可能性很小。因此,運(yùn)用電力仿真來(lái)解決這些問(wèn)題非常迫切。本文作者主要通過(guò)MATLAB對(duì)發(fā)電廠(chǎng)單機(jī)并網(wǎng)后,在發(fā)電廠(chǎng)的同步發(fā)電機(jī)發(fā)生小擾動(dòng)及短路故障情況下應(yīng)如何使發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)重新回到穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行了模擬,同時(shí)就發(fā)電機(jī)在故障情況下應(yīng)如何進(jìn)行處理進(jìn)行了分析。
1.1 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的接線(xiàn)如附圖1:
附圖1
1.2 發(fā)電機(jī)選定
(1)選取汽輪發(fā)電機(jī)QFQ-50-2,給定參數(shù)如下:額定容量(MW):50,額定電壓(kV):10.5,額定電流(A):3440(2)查出發(fā)電機(jī)參數(shù)并將計(jì)算出的標(biāo)么值輸入。
1.3 ①選擇 110kV雙卷變?yōu)椋篠FP7-63000/110 (接線(xiàn)組別:YN,d11)②查出變壓器參數(shù)并計(jì)算出標(biāo)么值輸入。(折算到低壓側(cè))
1.4 廠(chǎng)用電的選擇
選定廠(chǎng)用電負(fù)荷的容量為6.25MVA。功率因數(shù)cosФ=0.8。同步發(fā)電機(jī)故障運(yùn)行狀況分析:在 MATLAB中可設(shè)置各種短路故障,用示波器觀(guān)測(cè)短路故障時(shí)的電流、電壓、同步發(fā)電機(jī)輸出各參數(shù)等受到的影響,以此來(lái)分析系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)及電廠(chǎng)的影響。本次主要以三相短路故障
2.1 故障的快速切除
快速切除故障在提高暫態(tài)穩(wěn)定性方面起著首要的,決定性的作用。由于快速切除故障,減小了加速面積,增加了減速面積,提高了發(fā)電廠(chǎng)之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí),故障的快速切除,使電動(dòng)機(jī)的端電壓迅速回升,減小了電動(dòng)機(jī)失速、停頓的危險(xiǎn),提高了負(fù)荷的穩(wěn)定性。目前,可做到短路發(fā)生后0.06秒切除故障,其中,0.02秒是保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間,0.04秒為斷路器動(dòng)作時(shí)間。
2.2 自動(dòng)重合閘的采用
由于系統(tǒng)中的故障,特別是超高壓輸電線(xiàn)路的故障,絕大多數(shù)是短路故障,采用自動(dòng)重合閘裝置,在故障發(fā)生后切除故障線(xiàn)路,待消失后自動(dòng)重新將這線(xiàn)路投入,以提高供電的可靠性,成功率很高。
上述兩種方法,多用在從系統(tǒng)方面消除故障。
2.3 強(qiáng)行勵(lì)磁和快速關(guān)閉汽門(mén)
這是兩種從自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)入手,借減少功率或能量的差額提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施。非常經(jīng)濟(jì)有效。
(1)快速關(guān)閉汽門(mén)。所謂快速關(guān)閉汽門(mén),按目前技術(shù)水平可以達(dá)到的指標(biāo)大致指油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)不大于0.1秒,汽容時(shí)間常數(shù)也不大于0.1秒。其中,以汽容時(shí)間常數(shù)更難減小,限制了快速關(guān)閉汽門(mén)的效果。所以改為強(qiáng)行勵(lì)磁是目前比較有效且能實(shí)施的手段。
(2)強(qiáng)行勵(lì)磁。強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)提高發(fā)電廠(chǎng)并列運(yùn)行和負(fù)荷的暫態(tài)穩(wěn)定性都很有利。它的作用隨勵(lì)磁電壓增長(zhǎng)速度和強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù)的增大而愈益顯著。將強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù)不斷增大,原來(lái)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)就轉(zhuǎn)而可保持暫態(tài)穩(wěn)定。強(qiáng)行勵(lì)磁的參數(shù)可以用勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)或等值的勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)和強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù),即最大可能勵(lì)磁電壓與發(fā)電機(jī)在額定條件下運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電壓之比表示。本次模擬實(shí)驗(yàn)選定故障發(fā)生后一個(gè)時(shí)間常數(shù)進(jìn)行增大勵(lì)磁倍數(shù)來(lái)使系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)定。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相對(duì)稱(chēng)短路時(shí) (圖附1中Fault),當(dāng)輸入有功功率不大時(shí),發(fā)生三相短路故障,故障消除后,系統(tǒng)能重新回到穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)輸入有功功率較大時(shí),發(fā)生三相短路故障時(shí),故障消除后,系統(tǒng)回不到穩(wěn)定狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn):(1)當(dāng)輸入有功功率為0.0785較小時(shí),在30s~30.5s內(nèi)發(fā)生三相短路。其電壓及電流波形如圖:由圖可知,在輸入的有功功率較小時(shí),系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障,故障消除后,系統(tǒng)電壓能重新回到穩(wěn)定狀態(tài)。
0~60s的電壓變化曲線(xiàn)圖
由上圖可知,在輸入的有功功率較小時(shí),系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障,故障消除后,系統(tǒng)電流能重新回到穩(wěn)定狀態(tài)。
(2)當(dāng)輸入功率增大時(shí),系統(tǒng)在發(fā)生三相短路后,若不增加勵(lì)磁則系統(tǒng)不能回到穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)驗(yàn):在20秒時(shí)有功功率的輸入由0.0785增到0.8,則電壓及電流如圖:
0~60s的電流變化曲線(xiàn)圖
由上兩圖可知,輸入功率增大時(shí),系統(tǒng)在發(fā)生三相短路后,若不改變勵(lì)磁,則系統(tǒng)不能回到穩(wěn)定狀態(tài)。
(3)當(dāng)有功功率輸入增大時(shí),勵(lì)磁增大值不夠時(shí),當(dāng)出生三相短路時(shí),系統(tǒng)同樣回不到穩(wěn)定狀態(tài)。
0~35s的電壓變化曲線(xiàn)圖
0~35s的電流變化曲線(xiàn)圖
實(shí)驗(yàn):在20秒時(shí)增加有功率的輸入值由0.0785到0.5,勵(lì)磁由0.65增至1.2,短路后勵(lì)磁仍為1.2系統(tǒng)電壓及電流波形如圖:
由圖可以看出,短路故障出現(xiàn)后,勵(lì)磁增加不夠大時(shí),系統(tǒng)還是回不到穩(wěn)定狀態(tài)。
(4)在20秒時(shí),將輸入功率由0.0785增到0.5,當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí),將勵(lì)磁增大2倍以上(在30.3秒輸入2.5),在50秒時(shí)將輸入功率由0.5增大至0.8。系統(tǒng)電壓、電流波形如下圖:
0~35s的電壓變化曲線(xiàn)圖
0~35s的電流變化曲線(xiàn)圖
由圖可以看出,在20秒時(shí),電壓及電流隨著有功輸入的增大而增大,當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí),增大勵(lì)磁至短路前的2倍以上時(shí),系統(tǒng)重新回到穩(wěn)定狀態(tài),在50秒時(shí),輸入功率再一次增大,電壓及電流相應(yīng)發(fā)生振蕩。
0~60s的電壓變化曲線(xiàn)圖
0~60s的電流變化曲線(xiàn)圖
由以上分析可知,勵(lì)磁控制可以提高同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定極限。快速勵(lì)磁系統(tǒng)允許發(fā)電機(jī)在較高的系統(tǒng)電抗下運(yùn)行。這一點(diǎn)很重要,因?yàn)閺牟捎么笕萘繖C(jī)組的趨勢(shì)來(lái)看,大機(jī)組具有大的電抗。對(duì)于執(zhí)行這這種功能的勵(lì)磁機(jī)來(lái)說(shuō),需要有高的放大系數(shù)。串聯(lián)補(bǔ)償使它可以具有高值的直流放大系數(shù),同時(shí)有較低的“暫態(tài)放大系數(shù)”以利于穩(wěn)定運(yùn)行。其它的故障分析也與此相同,只要掌握了MATLAB的運(yùn)用手段,在電力系統(tǒng)分析中可以進(jìn)行無(wú)數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)及分析計(jì)算,對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行破壞性仿真實(shí)驗(yàn)有著極大的幫助。隨著MATLAB的推廣,對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展將起著很大的促進(jìn)作用。
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