蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)建模與分析

楊東升，田豐源，于永良

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)建模與分析

楊東升，田豐源，于永良

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

介紹了遼寧蒲石河水電站的勵(lì)磁系統(tǒng)建模試驗(yàn)，通過(guò)發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和后期的建模仿真校驗(yàn)，改善了勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)性能，并采用辨識(shí)技術(shù)得到可靠實(shí)際的勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)。

勵(lì)磁系統(tǒng)；建模；仿真

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用主要是供給同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組的直流電源，它對(duì)同步電機(jī)的作用可以從以下2方面體現(xiàn)：首先是調(diào)節(jié)勵(lì)磁維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，其次可以使各臺(tái)機(jī)組間無(wú)功功率合理分配，對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定性都有顯著的影響。采用完善的勵(lì)磁系統(tǒng)及其自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，可以提高輸送功率極限，擴(kuò)大靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的范圍，但穩(wěn)定計(jì)算中采用不同的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)［1］，其計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的差異。在暫態(tài)過(guò)程中，同步電機(jī)的行為在很大程度上取決于勵(lì)磁系統(tǒng)的性能，因此如果想正確反映實(shí)際運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，使計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠，就必須通過(guò)對(duì)上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)查和測(cè)試計(jì)算［2］，為電網(wǎng)穩(wěn)定分析及日常生產(chǎn)調(diào)度提供準(zhǔn)確參數(shù)是保證提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和電網(wǎng)安全運(yùn)行的有效方法，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。作為東北地區(qū)第一座抽水蓄能電站的遼寧蒲石河抽水蓄能電站，其300 MW水電機(jī)組采用法國(guó)ALSTOM公司生產(chǎn)的SFD300－18／7410型水輪發(fā)電機(jī)，為機(jī)端自并勵(lì)勵(lì)磁方式，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為法國(guó)ALSTOM公司生產(chǎn)的P320型勵(lì)磁控制器。通過(guò)對(duì)蒲石河抽水蓄能電站4臺(tái)機(jī)組進(jìn)行的電機(jī)空載特性、發(fā)電機(jī)階躍響應(yīng)等特性試驗(yàn)和參數(shù)整定，最終完使AVR安全穩(wěn)定的投入運(yùn)行。本文以1號(hào)機(jī)為例介紹蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)PID參數(shù)建模過(guò)程。

1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

1.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)（見表1）

表1 發(fā)電機(jī)基本參數(shù)

1.2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的AVR模型

法國(guó)ALSTOM公司生產(chǎn)的P320型數(shù)字式AVR為雙通道AVR，AVR控制方式采用的是串聯(lián)型PID＋PSS控制，采用余弦移相原理。

2 PID參數(shù)整定試驗(yàn)

2.1 發(fā)電機(jī)空載特性

首先試驗(yàn)開始前保證發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行并維持額定轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁測(cè)量回路良好，發(fā)電機(jī)過(guò)壓保護(hù)定值整定在1.3倍額定電壓值。平穩(wěn)調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流使發(fā)電機(jī)電壓上升至105%額定電壓，當(dāng)遇到發(fā)電機(jī)出口與主變之間有開關(guān)并且可以斷開時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓應(yīng)升至120%額定電壓，再降到最低，記錄轉(zhuǎn)子電流與發(fā)電機(jī)電壓上升和下降曲線。測(cè)試結(jié)果見表2，發(fā)電機(jī)空載特性及其氣隙曲線見圖1。

表2 發(fā)電機(jī)空載特性數(shù)據(jù)

圖1 發(fā)電機(jī)空載特性及其氣隙曲線

2.2 發(fā)電機(jī)空載小階越試驗(yàn)

當(dāng)發(fā)電機(jī)保持在空載額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，自動(dòng)AVR在自動(dòng)方式時(shí)，用自動(dòng)AVR調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓為95%額定電壓，進(jìn)行5%（上、下）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、調(diào)節(jié)器輸出電壓和電流等變化量。5%階躍響應(yīng)曲線見圖2。

圖2 發(fā)電機(jī)空載5%階躍響應(yīng)曲線

在行標(biāo)DL／T 650—1998中4.8項(xiàng)要求有這樣的規(guī)定，勵(lì)磁控制系統(tǒng)電壓給定階躍響應(yīng)應(yīng)滿足以下要求：當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)階躍響應(yīng)，階躍量為發(fā)電機(jī)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(shí)間不大于0.6 s，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于5s［3］。從曲線上看蒲石河1號(hào)機(jī)的AVR這些指標(biāo)都是滿足的。

2.3 發(fā)電機(jī)空載20%階躍試驗(yàn)

用自動(dòng)AVR調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓為70%額定電壓，進(jìn)行20%階躍（上、下）試驗(yàn)，用WFLC電量記錄分析儀測(cè)錄發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)子電壓和電流、調(diào)節(jié)器輸出電壓和電流。20%階躍響應(yīng)曲線見圖3。

圖3 發(fā)電機(jī)空載20%階躍曲線

2.4 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

2.4.1 勵(lì)磁系統(tǒng)的基值和發(fā)電機(jī)的飽和系數(shù)推算

由發(fā)電機(jī)的空載特性曲線可以計(jì)算出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的模型參數(shù)及計(jì)算基準(zhǔn)值。

a.勵(lì)磁電流的基準(zhǔn)值IFDB

選取發(fā)電機(jī)額定電壓與空載特性曲線氣隙線上相對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流為勵(lì)磁電流的基準(zhǔn)值：

b.勵(lì)磁電阻的基準(zhǔn)值RFDB

選取發(fā)電機(jī)銘牌上的勵(lì)磁電壓與勵(lì)磁電流之比為勵(lì)磁回路繞組電阻的基準(zhǔn)值，即：

c.計(jì)算勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值UFDB

d.根據(jù)發(fā)電機(jī)空載曲線和空載氣隙線可計(jì)算出模型需要的飽和系數(shù)SG

從空載曲線和氣隙曲線上可以得到：空載氣隙曲線上對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓的勵(lì)磁電流IFDB＝820 A，空載曲線上對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓的勵(lì)磁電流IFD0＝1 020 A，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為額定時(shí)發(fā)電機(jī)的飽和系數(shù)：

空載氣隙線上對(duì)應(yīng)為1.2倍發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓的勵(lì)磁電流IFDB1.2＝1 012 A，空載特性曲線上對(duì)應(yīng)1.2倍發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓的勵(lì)磁電流IFD01.2＝1 506 A，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為1.2倍額定時(shí)發(fā)電機(jī)的飽和系數(shù)：

對(duì)應(yīng)PSASP發(fā)電機(jī)卡a＝1、b＝0.244、n＝4.82。

2.4.2 整流器換相壓降系數(shù)Kc的計(jì)算

計(jì)算中用的U、Uk、Sn分別為勵(lì)磁變的二次電壓、短路阻抗和勵(lì)磁變額定容量，UFDB、IFDB發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓及電流基值。

換相電抗的整流器負(fù)載因子Kc（標(biāo)幺值）為

2.4.3 勵(lì)磁系統(tǒng)的最小輸出電壓和最大輸出電壓

對(duì)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，電壓調(diào)節(jié)器所能輸出的Vrmax和輸出的Vrmin也就是勵(lì)磁系統(tǒng)中所能輸出的最大、最小電壓，也是發(fā)電機(jī)端電壓達(dá)到額定值時(shí)所能輸出的最大、最小電壓。

廠家設(shè)置可控硅的最小、最大控制角分別為30°和140°，勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)的電壓為640 V。

計(jì)算最大輸出電壓為

計(jì)算最小輸出電壓為

2.4.4 AVR內(nèi)部所能輸出的最大和最小電壓

調(diào)節(jié)器最大內(nèi)部電壓VAMAX和最小內(nèi)部電壓VAMIN指AVR的PID環(huán)節(jié)總輸入的內(nèi)部限幅值，取VAMAX＝10，VAMIN＝－10。

將算得的參數(shù)填入電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP）中進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載5%階躍仿真，仿真結(jié)果見圖4。

圖4 勵(lì)磁控制系統(tǒng)空載階躍響應(yīng)PSASP仿真曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)遼寧蒲石河抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和仿真校驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果偏差在允許范圍之內(nèi)，該仿真模型能很好地模擬現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)的特性，說(shuō)明歸并的模型和參數(shù)是正確的，該勵(lì)磁系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)需要投入運(yùn)行。

［1］ 徐枋同，李永華.系統(tǒng)辨識(shí)理論與實(shí)踐［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1999.

［2］ 譚有信，方思立.勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試及其分析［J］.中國(guó)電力，1997，31（13）：1－3.

［3］ DL／T 1167—2012，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則［S］.

［4］ 徐景彪，李 翔.勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)性能仿真測(cè)試系統(tǒng)［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（1）：11－13.

［5］ 于同偉，徐海志，周家旭.勵(lì)磁變由臨時(shí)電源供電時(shí)保護(hù)配置及整定［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（12）：31－32.

［6］ 田 豐，吳 滿.GEC－2全數(shù)字微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)安裝與調(diào)試［J］.東北電力技術(shù)，2008，29（3）：35－38.

Modeling and Analysis of Generator Excitation System Parameters of Pushihe Pumped Storage Power Station

YANG Dong?sheng，TIAN Feng?yuan，YU Yong?liang
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Excitation system modeling experiment Liaoning Pushihe hydropower，first pumped storage in northeast region，is intro?duced，through modeling and simulation verification of dynamic test and later the generator no?load condition，it improves performance of power system stability of the excitation system，and gets reliable practical parameter by using identification technology.

Excitation system；Modeling；Simulation

TV743

A

1004－7913（2015）02－0013－03

楊東升（1982—），男，學(xué)士，工程師，主要從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)測(cè)試及變電站微機(jī)保護(hù)工作。

2014－12－12）