蒲石河抽水蓄能電站機組勵磁系統參數建模與分析

楊東升，田豐源，于永良

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

蒲石河抽水蓄能電站機組勵磁系統參數建模與分析

楊東升，田豐源，于永良

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

介紹了遼寧蒲石河水電站的勵磁系統建模試驗，通過發電機空載狀態下的動態試驗和后期的建模仿真校驗，改善了勵磁系統對電網穩定的調節性能，并采用辨識技術得到可靠實際的勵磁系統模型參數。

勵磁系統；建模；仿真

發電機勵磁系統的作用主要是供給同步電機的勵磁繞組的直流電源，它對同步電機的作用可以從以下2方面體現：首先是調節勵磁維持系統電壓穩定，其次可以使各臺機組間無功功率合理分配，對電力系統的靜態穩定、動態穩定和暫態穩定性都有顯著的影響。采用完善的勵磁系統及其自動調節裝置，可以提高輸送功率極限，擴大靜態穩定運行的范圍，但穩定計算中采用不同的勵磁系統模型和參數［1］，其計算結果會產生較大的差異。在暫態過程中，同步電機的行為在很大程度上取決于勵磁系統的性能，因此如果想正確反映實際運行設備運行狀態的數學模型和參數，使計算結果真實可靠，就必須通過對上網的發電機勵磁系統參數進行調查和測試計算［2］，為電網穩定分析及日常生產調度提供準確參數是保證提高勞動生產率和電網安全運行的有效方法，具有重要的社會意義和經濟效益。作為東北地區第一座抽水蓄能電站的遼寧蒲石河抽水蓄能電站，其300 MW水電機組采用法國ALSTOM公司生產的SFD300－18／7410型水輪發電機，為機端自并勵勵磁方式，微機勵磁調節器為法國ALSTOM公司生產的P320型勵磁控制器。通過對蒲石河抽水蓄能電站4臺機組進行的電機空載特性、發電機階躍響應等特性試驗和參數整定，最終完使AVR安全穩定的投入運行。本文以1號機為例介紹蒲石河抽水蓄能電站機組勵磁系統PID參數建模過程。

1 發電機勵磁系統

1.1 發電機參數（見表1）

表1 發電機基本參數

1.2 發電機勵磁系統的AVR模型

法國ALSTOM公司生產的P320型數字式AVR為雙通道AVR，AVR控制方式采用的是串聯型PID＋PSS控制，采用余弦移相原理。

2 PID參數整定試驗

2.1 發電機空載特性

首先試驗開始前保證發電機空載運行并維持額定轉速，勵磁測量回路良好，發電機過壓保護定值整定在1.3倍額定電壓值。平穩調整發電機勵磁電流使發電機電壓上升至105%額定電壓，當遇到發電機出口與主變之間有開關并且可以斷開時，發電機電壓應升至120%額定電壓，再降到最低，記錄轉子電流與發電機電壓上升和下降曲線。測試結果見表2，發電機空載特性及其氣隙曲線見圖1。

表2 發電機空載特性數據

圖1 發電機空載特性及其氣隙曲線

2.2 發電機空載小階越試驗

當發電機保持在空載額定轉速下運行，自動AVR在自動方式時，用自動AVR調整發電機電壓為95%額定電壓，進行5%（上、下）階躍試驗，用WFLC電量記錄分析儀測錄發電機電壓、轉子電壓、轉子電流、調節器輸出電壓和電流等變化量。5%階躍響應曲線見圖2。

圖2 發電機空載5%階躍響應曲線

在行標DL／T 650—1998中4.8項要求有這樣的規定，勵磁控制系統電壓給定階躍響應應滿足以下要求：當發電機空載時階躍響應，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0.6 s，調節時間不大于5s［3］。從曲線上看蒲石河1號機的AVR這些指標都是滿足的。

2.3 發電機空載20%階躍試驗

用自動AVR調整發電機電壓為70%額定電壓，進行20%階躍（上、下）試驗，用WFLC電量記錄分析儀測錄發電機電壓、轉子電壓和電流、調節器輸出電壓和電流。20%階躍響應曲線見圖3。

圖3 發電機空載20%階躍曲線

2.4 發電機勵磁系統參數計算

2.4.1 勵磁系統的基值和發電機的飽和系數推算

由發電機的空載特性曲線可以計算出發電機勵磁回路的模型參數及計算基準值。

a.勵磁電流的基準值IFDB

選取發電機額定電壓與空載特性曲線氣隙線上相對應的勵磁電流為勵磁電流的基準值：

b.勵磁電阻的基準值RFDB

選取發電機銘牌上的勵磁電壓與勵磁電流之比為勵磁回路繞組電阻的基準值，即：

c.計算勵磁電壓的基準值UFDB

d.根據發電機空載曲線和空載氣隙線可計算出模型需要的飽和系數SG

從空載曲線和氣隙曲線上可以得到：空載氣隙曲線上對應于發電機機端額定電壓的勵磁電流IFDB＝820 A，空載曲線上對應于發電機機端額定電壓的勵磁電流IFD0＝1 020 A，所以當發電機機端電壓為額定時發電機的飽和系數：

空載氣隙線上對應為1.2倍發電機機端額定電壓的勵磁電流IFDB1.2＝1 012 A，空載特性曲線上對應1.2倍發電機機端額定電壓的勵磁電流IFD01.2＝1 506 A，所以當發電機機端電壓為1.2倍額定時發電機的飽和系數：

對應PSASP發電機卡a＝1、b＝0.244、n＝4.82。

2.4.2 整流器換相壓降系數Kc的計算

計算中用的U、Uk、Sn分別為勵磁變的二次電壓、短路阻抗和勵磁變額定容量，UFDB、IFDB發電機勵磁電壓及電流基值。

換相電抗的整流器負載因子Kc（標幺值）為

2.4.3 勵磁系統的最小輸出電壓和最大輸出電壓

對自并勵勵磁系統，電壓調節器所能輸出的Vrmax和輸出的Vrmin也就是勵磁系統中所能輸出的最大、最小電壓，也是發電機端電壓達到額定值時所能輸出的最大、最小電壓。

廠家設置可控硅的最小、最大控制角分別為30°和140°，勵磁變壓器低壓側的電壓為640 V。

計算最大輸出電壓為

計算最小輸出電壓為

2.4.4 AVR內部所能輸出的最大和最小電壓

調節器最大內部電壓VAMAX和最小內部電壓VAMIN指AVR的PID環節總輸入的內部限幅值，取VAMAX＝10，VAMIN＝－10。

將算得的參數填入電力系統分析綜合程序（PSASP）中進行發電機空載5%階躍仿真，仿真結果見圖4。

圖4 勵磁控制系統空載階躍響應PSASP仿真曲線

3 結束語

通過對遼寧蒲石河抽水蓄能電站發電機勵磁系統的動態試驗和仿真校驗，試驗測試結果偏差在允許范圍之內，該仿真模型能很好地模擬現場發電機的特性，說明歸并的模型和參數是正確的，該勵磁系統可以根據電網需要投入運行。

［1］ 徐枋同，李永華.系統辨識理論與實踐［M］.北京：中國電力出版社，1999.

［2］ 譚有信，方思立.勵磁系統參數測試及其分析［J］.中國電力，1997，31（13）：1－3.

［3］ DL／T 1167—2012，同步發電機勵磁系統建模導則［S］.

［4］ 徐景彪，李 翔.勵磁調節器動態性能仿真測試系統［J］.東北電力技術，2010，31（1）：11－13.

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

［6］ 田 豐，吳 滿.GEC－2全數字微機勵磁系統安裝與調試［J］.東北電力技術，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，學士，工程師，主要從事發電機勵磁系統測試及變電站微機保護工作。

2014－12－12）