大唐魯北發電廠330MW機組勵磁系統模型參數確認試驗及仿真的分析

王茂松徐海東

（1.山東科技大學大唐魯北發電廠，青島 266510；2.山東科技大學，青島 266510）

1 引言

電網“四大參數”中發電機勵磁系統模型和參數是電力系統穩定分析的重要組成部分，要獲得準確、可信度高的模型和參數，現場測試是重要的環節。發電機勵磁參數測試確認試驗的內容包括：①發電機空載特性試驗；②勵磁系統開環放大倍數測試；③發電機時間常數測試；④發電機空載時勵磁系統階躍響應試驗；⑤發電機負載時勵磁系統試驗等。現場試驗結束后根據測試結果，對測試數據進行整理和計算，針對制造廠提供的AVR等模型參數，采用仿真程序或其他手段，驗證原始模型的正確性，在此基礎上轉換為符合電力系統穩定分析程序格式要求的數學模型，為電力系統計算部門提供勵磁系統參數。

2 概述

大唐魯北發電廠 330MW 機組采用機端自并勵勵磁系統，采用北京四方吉思電氣有限公司生產的GEC-300型微機勵磁調節器。本次試驗的目的，是通過現場試驗，確定同步發電機勵磁系統模型和參數，并以此為基礎進行仿真后與實際曲線相比較，最后得出切合實際的模型參數。此次試驗用到的基礎數據見表1、表2。

3 發電機空載試驗

3.1 發電機空載特性

單方向增磁，先做上升特性曲線，然后單方向減磁再做下降特性曲線，上升時電壓升至發電機空載額定值的105%（21kV），其定子電壓和勵磁電流的關系見圖1。

圖1 發電機空載特性試驗數據

表1 發電機及勵磁變壓器參數

表2 AVR的PID參數及PSS參數

發電機空載特性曲線見圖2。

圖2 發電機空載特性曲線

由圖1可以看出，由于受磁路飽和的影響，發電機的定子電壓并不隨著轉子電流的增加而線性增大，兩者之間的關系是非線性的。

3.2 發電機機端電壓階躍響應試驗及與仿真波形的對比

用WFLC型便攜式電量記錄分析儀記錄在±5%額定機端電壓階躍響應時勵磁電壓、勵磁電流變化曲線見圖3，并用Matlab進行仿真，見圖4。試驗記錄：階躍量為發電機額定電壓的±5%，超調量為階躍量的4.5%，振蕩次數小于1次，上升時間為小于0.309s，調節時間小于1.0s。

仿真記錄：階躍量為發電機額定電壓的±5%，超調量為階躍量的0.5%，振蕩次數為0次，上升時間為小于0.4s，調節時間小于1.0s。

國標要求：階躍量為發電機額定電壓的±5%，超調量不大于階躍量的30%，振蕩次數不大于3次，上升時間不大于0.6s，調節時間不大于5s。

試驗結論：試驗波形與仿真波形基本相符合，且試驗數據優于國標。

4 發電機勵磁系統的參數計算、模型及其仿真

4.1 發電機飽和系數與基準值的計算

計算中所用的發電機空載特性曲線見圖5。

根據空載氣隙線上空載額定電壓對應點的勵磁電流值作為勵磁電流標么基值，由圖5可知：發電機的勵磁電流基準值為Ifb=821.6A，并由Rfb=Ufn/Ifn=420/2376=0.177Ω得到勵磁繞組的電阻值，由Ufb=Rfb×Ifb=821.6×0.177=145.4V得到勵磁電壓的基準值。發電機飽和系數：SG1.0=0.1505，SG1.2=0.498，a=1，b=0.1505372，n=7.5673。

4.2 換弧系數（以下所用到的數據見表1）

4.3 調節器輸出限幅值的計算

調節器輸出限幅值由控制角限制值決定，他勵電源工況下（由6kV母線帶勵磁變運行方式），±20%階躍試驗見圖6。

由圖 6可知，勵磁電壓最大Uf=316.7V，最小勵磁電壓Uf=-222V，在6kV母線帶勵磁變運行時，計算可得整流柜陽極電壓U=255V。由此計算得到：αmax=130，αmin=23

圖3 發電機空載±5%階躍響應曲線

圖4 ±5%階躍響應仿真（上面的為勵磁電壓波形，下面的為機端電壓波形）

圖5 發電機空載特性曲線

圖6 ±20%階躍錄波圖

由理論計算可得：

綜上所述，限幅值滿足要求。

4.4 發電機時間常數測量

在6kV母線帶勵磁變他勵方式運行斷開6kV母線電源時，錄取調節器定角度階躍試驗的波形見圖7。

圖7 斷開6kV母線電源調節器定角度階躍波形

一般情況下，發電機定子電壓上升至躍變量的63.2%或下降到躍變量的36.8%所需時間就是發電機的時間常數。由圖7波形可測量發電機時間常數Td0’=9.33S。

4.5 勵磁調節器AVR模型參數的確定及仿真

大唐魯北發電廠采用北京吉思電氣有限公司的GEC-300型自并勵靜止勵磁系統，其傳遞函數模型見圖8。

圖8 勵磁調節器AVR傳遞函數模型

檢查各極限參數下的調節器工作狀態，如在發電機電壓和頻率極值、同步電壓和頻率極值、勵磁電壓和電流極值等情況下調節器工作邏輯正常。進行常規項目試驗：零起升壓、發電機空載階躍試驗、自動手動調節范圍、起勵、調節通道切換、手自動切換、滅磁、V/F限制、低勵限制、過勵限制、PSS參數預整定等，要求滿足相關標準、技術條件。檢查電力系統故障和勵磁系統故障時調節器的反應快速且正確，通過上述的各項試驗驗證確定AVR模型參數如下：T1=0，T2=0.02，Ti=5，Kp=40，TR=0.02。

5 結論

通過對大唐魯北發電廠 330MW 機組勵磁系統參數測試結果的計算分析及對勵磁系統模型參數的仿真結果的對比，本論文提出的模型參數精度滿足要求，可供電力系統穩定分析計算使用。

[1]GB/T7409.3-1997.同步電機勵磁系統.大中型同步發電機勵磁系統技術要求.

[2]DL/T650-1998.大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件.

[3]竺士章.發電機勵磁系統試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[4]李基成.現代同步發電機勵磁系統設計及應用[M].北京:中國電力出版社,2002.