《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(jìn)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(jìn)行發(fā)電機甩負(fù)荷試驗。為此進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行設(shè)置。[3]
進(jìn)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(dá)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)榱悖瑹o功突增后迅速變?yōu)榱悖l(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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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)榱悖瑹o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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步利用MATLAB進(jìn)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(jìn)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(xiàn)]
[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
