《同步電機勵磁系統(tǒng)大中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T7409.3-2007》5.14要求在額定功率因數(shù)下，當(dāng)發(fā)電機突然甩額定負(fù)荷后，發(fā)電機電壓超調(diào)量不大于15%額定值，振蕩次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時間應(yīng)不超過10s。[1]《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件DL/T 650—1998》4.11要求勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)保證在發(fā)電機甩額定無功功率時發(fā)電機電壓最大值不大于額定值的115%。[2]上述國標(biāo)及行標(biāo)均要求在交接試驗時進行發(fā)電機甩額定無功負(fù)荷試驗，但限于現(xiàn)場實際條件及電網(wǎng)運行方式很難在符合上述工況情況下進行發(fā)電機甩負(fù)荷試驗。為此進行發(fā)電機甩額定無功負(fù)荷仿真以獲取發(fā)電機甩額定無功負(fù)荷后機端電壓變化的數(shù)據(jù)，對于確保發(fā)電機安全運行具有非常重要的現(xiàn)實意義。
內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司4*600MW機組采用單元接線接入電廠500kV配電裝置，500kV配電裝置采用一個半斷路器接線方式。每臺發(fā)電機組額定容量為667MVA，額定功率因數(shù)為0.9(滯后),額定有功功率為600MW，額定無功功率為290Mvar，發(fā)電機機端額定電壓為20kV，勵磁電流基值為1225.6A，勵磁電壓基值為122.6V。每臺主變額定容量為720MVA，接線組別為YN、d11，電壓變比為500/20kV。
在MATLAB/SIMULINK下用PSB根據(jù)如圖1所示的單機無窮大系統(tǒng)建立仿真模型。以此模型進行內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司#3發(fā)電機在額定參數(shù)下運行突然甩負(fù)荷動態(tài)過程仿真分析。
發(fā)電機模型采用SIMULINK中的synchronous Machine pu standard模型，考慮到發(fā)電機在額定參數(shù)下運行突然甩負(fù)荷發(fā)電機鐵芯的飽和，根據(jù)現(xiàn)場實測發(fā)電機空載特性進行發(fā)電機飽和參數(shù)設(shè)置，其它參數(shù)根據(jù)上海電機廠提供的QFSN-600-2發(fā)電機參數(shù)進行設(shè)置。
主變采用三相雙繞組變壓器模型，考慮到主變壓器甩額定負(fù)荷時的變壓器鐵芯飽和問題，在模型參數(shù)對飽和特性參數(shù)進行了設(shè)置。主變主要參數(shù)設(shè)置：Pn=720e6VA， fn=50Hz ， 繞組1連接方式為D1（低壓側(cè)），繞組2連接方式為Yg（高壓側(cè)），電壓比為20e3/500e3，其余繞組參數(shù)及變壓器飽和特性參數(shù)均采用默認(rèn)參數(shù)。
勵磁系統(tǒng)模型采用SIMULINK中的excitation system模型，其模型參數(shù)根據(jù)華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司提供的《岱海電廠3號機勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)確認(rèn)報告》進行設(shè)置。[3]
進行仿真時power gui初始條件為P=4e7W、Q=2e7W，發(fā)電機Pm初始值為4e7W上升斜率為1/6，t=5.034s時發(fā)電機達到額定有功、額定無功工況。并網(wǎng)斷路器breaker初始狀態(tài)為合閘，t=10s時breaker跳閘發(fā)電機甩額定無功，t=15s仿真結(jié)束，仿真算法采用ode23tb。各圖中的有功、無功的1pu對應(yīng)667MW，機端電壓的1pu對應(yīng)20kV，勵磁電流1pu對應(yīng)1225.6A，勵磁電壓1pu對應(yīng)122.6V。圖2-圖4為仿真結(jié)果圖。
從圖2-圖4可以計算出，發(fā)電機用負(fù)荷前有功為0.899*667=599.633MW,無功為0.437*667=291.479Mvar,發(fā)電機機端電壓為1*20=20kV。t=10s時發(fā)電機甩負(fù)荷發(fā)電機有功變?yōu)榱?，無功突增后迅速變?yōu)榱?，發(fā)電機機端電壓最大值為1.123pu（為機端電壓額定值的112.3%），振蕩次數(shù)為0，調(diào)節(jié)時間小于2s,符合《同步電機勵磁系統(tǒng)大中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T7409.3-2007》及《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件DL/T 650—1998》相關(guān)要求。
為驗證仿真模型及仿真數(shù)據(jù)的正確性，現(xiàn)利用#3機組交接試驗時的甩額定有功時的數(shù)據(jù)，在仿真模型上進行相同工況的甩額定有功仿真試驗并對仿真得出的機端電壓數(shù)據(jù)與交接試驗的數(shù)據(jù)進行比較以確認(rèn)仿真模型及仿真數(shù)據(jù)的正確性。
2007年09月26日#3機組交接試驗時進行甩額定有功負(fù)荷試驗，甩負(fù)荷前有功負(fù)荷為592.3MW，無功負(fù)荷為93.1Mvar，機端電壓為19.78kV。甩負(fù)荷后有功變?yōu)?，無功突增后迅速變?yōu)?，機端電壓最大值為20.93kV，機端電壓的最大值為額定值的104.6%。
依據(jù)上述工況調(diào)整仿真圖中power gui初始條件為P=4e7W、Q=0.5e6W，發(fā)電機Pm初始值為4e7W上升斜率為1/6，t=4.968s時發(fā)電機達到上述工況。并網(wǎng)斷路器breaker初始狀態(tài)為合閘，t=10s時breaker跳閘發(fā)電機甩負(fù)荷，t=15s仿真結(jié)束，仿真算法采用ode23tb。各圖中的有功、無功的1pu對應(yīng)667MW，機端電壓的1pu對應(yīng)20kV，勵磁電流1pu對應(yīng)1225.6A，勵磁電壓1pu對應(yīng)122.6V。圖5-圖7為仿真結(jié)果圖。
從圖5-圖7可以計算出，發(fā)電機用負(fù)荷前有功為0.89*667=593.63MW,無功為0.136*667=90.712Mvar,發(fā)電機機端電壓為0.986*20=19.72kV。t=10s時發(fā)電機甩負(fù)荷發(fā)電機有功變?yōu)榱?，無功突增后迅速變?yōu)榱悖l(fā)電機機端電壓最大值為1.052pu(為機端電壓額定值的105.2%)，振蕩次數(shù)為0，調(diào)節(jié)時間小于1s。機端電壓最大值與現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)的誤差為（1.052-1.046）/1.046=0.573%，仿真數(shù)據(jù)與現(xiàn)場具有高度的一致性，應(yīng)該說利用MATLAB進行發(fā)電機甩無功仿真試驗的結(jié)果是可信的。
根據(jù)上述分析可以得出如下結(jié)論：只要參數(shù)設(shè)置合適，利用MATLAB進行發(fā)電機甩無功負(fù)荷試驗，其試驗結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果誤差可以控制在很小的范圍內(nèi)。今后對于交接試驗中的甩額定無功負(fù)荷試驗可以首先根據(jù)現(xiàn)場甩額定有功負(fù)荷時的數(shù)據(jù)進行對應(yīng)工況的仿真試驗校核，如果仿真試驗結(jié)果與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)一致，就可以進一步利用MATLAB進行發(fā)電機甩額定無功負(fù)荷仿真試驗。上述甩額定無功負(fù)荷仿真試驗的數(shù)據(jù)應(yīng)該可以作為評判勵磁系統(tǒng)是否符合《同步電機勵磁系統(tǒng)大中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T7409.3-2007》5.14及《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件DL/T 650—1998》4.11要求的依據(jù)，現(xiàn)場交接試驗如果不具備甩額定無功負(fù)荷的條件可以考慮不做。
以上利用MATLAB進行發(fā)電機甩額定無功負(fù)荷仿真分析，仿真數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)基本一致，仿真結(jié)果具有較高的可靠性。以上方法為獲取部分現(xiàn)場不具備試驗條件的試驗數(shù)據(jù)提供了有效途徑。
[參考文獻]
[1] 同步電機勵磁系統(tǒng)大中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會 2007
[2] 大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件 中華人民共和國電力工業(yè)部 1998
[3] 岱海電廠3號機勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)確認(rèn)報告 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 2007
