勵磁系統實測模型參數對山東電網穩定計算的影響

賈善杰 ，吳奎華 ，梁 榮 ，王 宏

（1.山東電力經濟技術研究院，山東 濟南 250001；2.山東蓬萊東海熱電有限公司，山東 煙臺 265609）

隨著勵磁系統建模工作的開展，實測勵磁模型參數已逐步應用于電力系統的穩定計算，并用以指導電力生產。使用實測勵磁模型參數必然會給電網的穩定計算結果帶來較大影響［1-2］。因此，有必要對這種影響進行定量分析，以更好地服務于電網安全穩定運行。

在計算研究中，采用中國版BPA穩定計算程序，計算數據為某年山東電網夏季最大運行方式數據。以山東電網兩個功率斷面為例，比較發電機采用 E′q恒定模型和采用 E″d、E″q變化及實測勵磁模型參數對靜態穩定極限和暫態穩定極限的影響。功率斷面1為一個局部斷面，如圖1所示。包括聊城—長清兩條500 kV輸電線路，是聊城與山東電網其余部分的輸電通道。功率斷面2如圖2所示。為一個完整斷面，包括以下幾條500 kV線路：淄博—濰坊，一回；淄川—益都，兩回；魯中—瑯琊，一回；棗莊—沂蒙，兩回。

圖1 山東電網功率斷面1

圖2 山東電網功率斷面2

1 勵磁系統模型參數對靜態穩定的影響

1.1 勵磁控制對靜態穩定的作用機理

靜態穩定是指電力系統受到小干擾后，不發生非周期性失步，自動恢復到起始運行狀態的能力。以一個單機無窮大系統為例，如圖3所示。

圖3 單機無窮大系統

發電機輸送功率可以表示為

設Ut=1.0，Us=1.0，發電機并網后運行人員不再調整勵磁。 將 Xd蒡、X′d蒡、X蒡分別代入式（1）（2）（3），則無電壓調節器時的靜穩極限小于能維持E′恒定的調壓器時的靜穩極限小于能維持發電機端電壓恒定的調壓器時的靜穩極限。可見，當勵磁控制系統能夠維持發電機端電壓為恒定值時，靜態穩定極限都能夠達到線路極限。維持發電機電壓水平的能力與勵磁控制系統的開環放大倍數密切相關，開環放大倍數越大維持發電機電壓水平的能力越強，降低開環放大倍數不但達不到國標提出的對發電機端電壓靜差率的技術指標要求，而且會降低電力系統靜態穩定極限［3］。

1.2 山東電網功率斷面靜態穩定仿真分析

1.2.1 功率斷面1

發電機分別采用 E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型（使用實測勵磁模型參數），對聊城外送斷面兩回500 kV線路的靜態穩定極限進行比較研究。采用實用靜穩定極限分析方法，在無任何故障情況下，將聊城地區部分機組連續快開汽門，山東電網其余部分機組連續快關汽門，使聊城—長清兩回500 kV輸電線路功率連續增加。觀察輸電線路功率變化曲線，線路輸送功率超過極限值后失去穩定，線路功率曲線上升到頂后開始迅速下降，該頂值處的功率即是該線路的靜態穩定極限。計算結果見圖 4、圖 5、表 1。

圖4 E′q恒定模型斷面1靜穩極限

圖5 勵磁實測模型斷面1靜穩極限

表1 采用E′q恒定模型和勵磁實測模型的靜穩極限比較

在山東電網發電機全部采用E′q恒定模型時，斷面1的靜穩極限是2935 MW，在山東電網發電機全部采用E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數時，斷面1的靜穩極限是3871 MW。 采用E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數的靜穩極限比采用E′q恒定模型的靜穩極限增加936 MW，提高了31.9%。

1.2.2 功率斷面2

采用與1.2.1相同的方法，對斷面2各條線路的靜態穩定極限進行了比較研究。計算結果見圖6、圖 7、表 2。

圖6 E′q恒定模型斷面2500 kV線路靜穩極限

圖7 勵磁實測模型斷面2500 kV線路靜穩極限

表2 采用E′q恒定模型和勵磁實測模型的靜穩極限比較

在山東電網發電機全部采用E′q恒定模型時，斷面2的靜穩極限是6187 MW，在山東電網發電機全部采用E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數時，斷面 2 的靜穩極限是 7436 MW。采用 E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數的靜穩極限比采用E′q恒定模型的靜穩極限增加1249 MW，提高了20.2%。

2 勵磁系統模型對暫態穩定功率極限的影響

2.1 勵磁控制對暫態穩定的作用機理

暫態穩定是指電力系統受到大擾動后，各同步機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩定運行狀態的能力。勵磁控制系統對暫態穩定的作用主要由三個因素決定［4］：勵磁系統強勵頂值倍數、勵磁系統標稱響應、勵磁系統強勵倍數的利用程度。

勵磁系統強勵頂值倍數。提高勵磁系統強勵倍數，可以在需要時為發電機組提供更高的勵磁電壓，從而更好地維持發電機端電壓水平，提高電力系統暫態穩定性。

勵磁系統標稱響應（勵磁電壓響應比）。勵磁系統標稱響應越大，勵磁系統輸出電壓達到頂值的時間越短，對提高暫態穩定越有利。勵磁電壓響應比，主要由勵磁系統的型式決定。同時，勵磁控制器的控制規律及參數對電壓響應比也起到重要作用。增大勵磁控制系統的開環放大倍數可以提高勵磁電壓響應比，同時也提高了電壓調節精度。

勵磁系統強勵倍數的利用程度。充分利用勵磁系統強勵倍數，也是發揮勵磁系統改善暫態穩定作用的重要因素。如果電力系統發生故障，勵磁系統的輸出電壓達不到頂值，或者維持頂值的時間過短，它的強勵倍數就沒有得到充分利用，改善暫態穩定的效果也不好。充分利用勵磁系統強勵倍數的措施之一，就是提高勵磁控制系統的開環放大倍數，開環放大倍數越大，強勵倍數利用越充分，調壓精度也越高，也就越有利于改善電力系統暫態穩定性。

2.2 山東電網功率斷面暫態穩定仿真分析

2.2.1 功率斷面1

故障方式1：聊城—長清第I回線路，聊城側三相接地永久性短路故障，1.0 s發生故障，1.09 s跳開故障線路聊城側開關，1.1 s跳開故障線路長清側開關。在山東電網發電機分別采用E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型兩種情況下，對斷面 1 兩回500 kV線路的暫態穩定極限進行比較研究。計算結果如圖8、9所示。

圖8 E′q恒定模型斷面1暫穩極限

圖9 勵磁實測模型斷面1暫穩極限

對于故障方式1，采用實測勵磁系統模型參數，聊城—長清兩回500 kV線路斷面的暫穩極限為2144MW；采用E′q恒定模型，聊城—長清兩回500kV線路斷面的暫穩極限為2094 MW。采用實測勵磁系統模型比采用E′q恒定模型，斷面1的暫穩極限提高了50 MW，暫穩極限提高2.4%。

2.2.2 功率斷面2

故障方式2，棗莊—沂蒙第I回線路，棗莊側三相接地永久性短路故障，1.0 s發生故障，1.09 s跳開故障線路棗莊側開關，1.1 s跳開故障線路沂蒙側開關。山東電網的發電機分別采用E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型，對斷面 2 的 6 條 500 kV 線路暫穩極限進行比較研究。計算結果如圖10、11所示。

對于故障方式2，采用實測勵磁系統模型參數，斷面2的暫穩極限為6166 MW；采用E′q恒定模型，斷面2的暫穩極限為5644 MW。采用實測勵磁系統模型比采用E′q恒定模型，斷面2的暫穩極限提高了522 MW，暫穩極限提高9.2%。

圖10 E′q恒定模型斷面2暫穩極限

圖11 勵磁實測模型斷面2暫穩極限

3 結語

通過 E′q恒定模型和 E″d、E″q變化及實測勵磁模型參數對山東電網兩個功率斷面穩定計算結果的影響研究，可以看出采用 E″d、E″q變化模型和實測勵磁系統參數能夠顯著提高系統的靜態穩定功率極限和暫態穩定功率極限。把其應用于電網運行計算，能夠有效提高電網運行的安全及經濟性。

［1］王新，鎖軍，陳宣凱，等.實測勵磁系統模型和參數對電力系統穩定極限計算的重要性［J］.陜西電力，2007（1）：21-23.

［2］石雪梅，汪志宏，桂國亮，等.發電機勵磁系統數學模型及參數對電網動態穩定性分析結果影響的研究［J］.繼電器，2007，35（21）：22-27.

［3］劉增煌，朱方.華東電網勵磁實測建模校核方法及實測模型應用對華東電網穩定水平計算結果影響研究［R］.中國電力科學研究院技術報告，2004，8.

［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.