蒲石河抽水蓄能电站机组励磁系统参数建模与分析

杨东升，田丰源，于永良

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

蒲石河抽水蓄能电站机组励磁系统参数建模与分析

杨东升，田丰源，于永良

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

介绍了辽宁蒲石河水电站的励磁系统建模试验，通过发电机空载状态下的动态试验和后期的建模仿真校验，改善了励磁系统对电网稳定的调节性能，并采用辨识技术得到可靠实际的励磁系统模型参数。

励磁系统；建模；仿真

发电机励磁系统的作用主要是供给同步电机的励磁绕组的直流电源，它对同步电机的作用可以从以下2方面体现：首先是调节励磁维持系统电压稳定，其次可以使各台机组间无功功率合理分配，对电力系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定性都有显著的影响。采用完善的励磁系统及其自动调节装置，可以提高输送功率极限，扩大静态稳定运行的范围，但稳定计算中采用不同的励磁系统模型和参数［1］，其计算结果会产生较大的差异。在暂态过程中，同步电机的行为在很大程度上取决于励磁系统的性能，因此如果想正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，使计算结果真实可靠，就必须通过对上网的发电机励磁系统参数进行调查和测试计算［2］，为电网稳定分析及日常生产调度提供准确参数是保证提高劳动生产率和电网安全运行的有效方法，具有重要的社会意义和经济效益。作为东北地区第一座抽水蓄能电站的辽宁蒲石河抽水蓄能电站，其300 MW水电机组采用法国ALSTOM公司生产的SFD300－18／7410型水轮发电机，为机端自并励励磁方式，微机励磁调节器为法国ALSTOM公司生产的P320型励磁控制器。通过对蒲石河抽水蓄能电站4台机组进行的电机空载特性、发电机阶跃响应等特性试验和参数整定，最终完使AVR安全稳定的投入运行。本文以1号机为例介绍蒲石河抽水蓄能电站机组励磁系统PID参数建模过程。

1 发电机励磁系统

1.1 发电机参数（见表1）

表1 发电机基本参数

1.2 发电机励磁系统的AVR模型

法国ALSTOM公司生产的P320型数字式AVR为双通道AVR，AVR控制方式采用的是串联型PID＋PSS控制，采用余弦移相原理。

2 PID参数整定试验

2.1 发电机空载特性

首先试验开始前保证发电机空载运行并维持额定转速，励磁测量回路良好，发电机过压保护定值整定在1.3倍额定电压值。平稳调整发电机励磁电流使发电机电压上升至105%额定电压，当遇到发电机出口与主变之间有开关并且可以断开时，发电机电压应升至120%额定电压，再降到最低，记录转子电流与发电机电压上升和下降曲线。测试结果见表2，发电机空载特性及其气隙曲线见图1。

表2 发电机空载特性数据

图1 发电机空载特性及其气隙曲线

2.2 发电机空载小阶越试验

当发电机保持在空载额定转速下运行，自动AVR在自动方式时，用自动AVR调整发电机电压为95%额定电压，进行5%（上、下）阶跃试验，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压、转子电流、调节器输出电压和电流等变化量。5%阶跃响应曲线见图2。

图2 发电机空载5%阶跃响应曲线

在行标DL／T 650—1998中4.8项要求有这样的规定，励磁控制系统电压给定阶跃响应应满足以下要求：当发电机空载时阶跃响应，阶跃量为发电机额定电压的5%，超调量不大于阶跃量的30%，振荡次数不大于3次，上升时间不大于0.6 s，调节时间不大于5s［3］。从曲线上看蒲石河1号机的AVR这些指标都是满足的。

2.3 发电机空载20%阶跃试验

用自动AVR调整发电机电压为70%额定电压，进行20%阶跃（上、下）试验，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压和电流、调节器输出电压和电流。20%阶跃响应曲线见图3。

图3 发电机空载20%阶跃曲线

2.4 发电机励磁系统参数计算

2.4.1 励磁系统的基值和发电机的饱和系数推算

由发电机的空载特性曲线可以计算出发电机励磁回路的模型参数及计算基准值。

a.励磁电流的基准值IFDB

选取发电机额定电压与空载特性曲线气隙线上相对应的励磁电流为励磁电流的基准值：

b.励磁电阻的基准值RFDB

选取发电机铭牌上的励磁电压与励磁电流之比为励磁回路绕组电阻的基准值，即：

c.计算励磁电压的基准值UFDB

d.根据发电机空载曲线和空载气隙线可计算出模型需要的饱和系数SG

从空载曲线和气隙曲线上可以得到：空载气隙曲线上对应于发电机机端额定电压的励磁电流IFDB＝820 A，空载曲线上对应于发电机机端额定电压的励磁电流IFD0＝1 020 A，所以当发电机机端电压为额定时发电机的饱和系数：

空载气隙线上对应为1.2倍发电机机端额定电压的励磁电流IFDB1.2＝1 012 A，空载特性曲线上对应1.2倍发电机机端额定电压的励磁电流IFD01.2＝1 506 A，所以当发电机机端电压为1.2倍额定时发电机的饱和系数：

对应PSASP发电机卡a＝1、b＝0.244、n＝4.82。

2.4.2 整流器换相压降系数Kc的计算

计算中用的U、Uk、Sn分别为励磁变的二次电压、短路阻抗和励磁变额定容量，UFDB、IFDB发电机励磁电压及电流基值。

换相电抗的整流器负载因子Kc（标幺值）为

2.4.3 励磁系统的最小输出电压和最大输出电压

对自并励励磁系统，电压调节器所能输出的Vrmax和输出的Vrmin也就是励磁系统中所能输出的最大、最小电压，也是发电机端电压达到额定值时所能输出的最大、最小电压。

厂家设置可控硅的最小、最大控制角分别为30°和140°，励磁变压器低压侧的电压为640 V。

计算最大输出电压为

计算最小输出电压为

2.4.4 AVR内部所能输出的最大和最小电压

调节器最大内部电压VAMAX和最小内部电压VAMIN指AVR的PID环节总输入的内部限幅值，取VAMAX＝10，VAMIN＝－10。

将算得的参数填入电力系统分析综合程序（PSASP）中进行发电机空载5%阶跃仿真，仿真结果见图4。

图4 励磁控制系统空载阶跃响应PSASP仿真曲线

3 结束语

通过对辽宁蒲石河抽水蓄能电站发电机励磁系统的动态试验和仿真校验，试验测试结果偏差在允许范围之内，该仿真模型能很好地模拟现场发电机的特性，说明归并的模型和参数是正确的，该励磁系统可以根据电网需要投入运行。

［1］ 徐枋同，李永华.系统辨识理论与实践［M］.北京：中国电力出版社，1999.

［2］ 谭有信，方思立.励磁系统参数测试及其分析［J］.中国电力，1997，31（13）：1－3.

［3］ DL／T 1167—2012，同步发电机励磁系统建模导则［S］.

［4］ 徐景彪，李 翔.励磁调节器动态性能仿真测试系统［J］.东北电力技术，2010，31（1）：11－13.

［5］ 于同伟，徐海志，周家旭.励磁变由临时电源供电时保护配置及整定［J］.东北电力技术，2010，31（12）：31－32.

［6］ 田 丰，吴 满.GEC－2全数字微机励磁系统安装与调试［J］.东北电力技术，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

杨东升（1982—），男，学士，工程师，主要从事发电机励磁系统测试及变电站微机保护工作。

2014－12－12）