發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算方法的改進

1、第1期(總第152期)吉林電力Feb.2001發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算方法的改進ImprovementofStaticStabilityCalculationMethodonGenerator朱啟貴,田春光(吉林省電力科學研究院,吉林長春130021)摘要:對發(fā)電機變參數(shù)數(shù)學模型進行了改進,使其能夠直接應用于無刷勵磁方式發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定分析中,并提出了發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)的計算模型,簡述了改進的發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算方法的應用情況,其計算結(jié)果達到了較高的計算精度,方便了生產(chǎn)運行部門的應用。關(guān)鍵詞:發(fā)電機;進相運行;靜態(tài)穩(wěn)定;數(shù)學模型;無刷勵磁Keywords:generator;leadingoperatio

2、n;staticstability;mathematicalmodel;non-brushexcition中圖分類號:TM744文獻標識碼:A文章編號:1009-5306(2001)01-0023-03發(fā)電機進相運行是電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)整的重要手段之一,其目的是將發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)過高的運行電壓降到電力設備安全運行的范圍之內(nèi),這種調(diào)壓方法具有簡單易行、安全經(jīng)濟、可連續(xù)調(diào)節(jié)等優(yōu)點,但要實現(xiàn)發(fā)電機進相運行,必須首先對發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性進行試驗和計算,以確定發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定運行的范圍。在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定研究方面,中國電力科學研究院于90年代初取得了重大突破,提出了應用發(fā)電機變參數(shù)數(shù)學模型的計算和試驗方法,并

3、編制了計算軟件,用以確定發(fā)電機的進相運行能力。該方法較好地計入了發(fā)電機在實際運行中飽和的非線性影響,因而具有較高的計算精度,避免了應用傳統(tǒng)數(shù)學模型和不飽和參數(shù)計算導致盲目限制發(fā)電機進相運行能力的結(jié)果;但通過應用發(fā)現(xiàn)該方法無法在無刷勵磁方式發(fā)電機上直接應用及所編制的計算軟件對發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)考慮過于簡單。為此,對方法進行了改進,提出了無刷勵磁方式發(fā)電機的變參數(shù)數(shù)學模型和發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)的計算模型,并成功地在四平熱電有限責任公司3臺無刷勵磁方式發(fā)電機(1臺100MW、2臺60MW)上進行了應用。1發(fā)電機變參數(shù)數(shù)學模型及其確定方法隱極發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的數(shù)學模型可用圖1所示的向量圖表示,且有下式U=E-j

4、IXd=E-jI(X+X )(1)式中U為發(fā)電機定子電壓相量;I為發(fā)電機定子電流相量;E為發(fā)電機勵磁感應電勢相量;X為發(fā)電機電磁感應電抗;X 為發(fā)電機定子漏電抗;Xd為發(fā)電機直軸同步電抗,Xd=X+X。圖1發(fā)電機相量圖在一般情況下可以近似認為X 不受飽和影響而為常數(shù),E為發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流If的比例函數(shù),即(2)If=KE在圖1中,E 為發(fā)電機氣隙感應電勢相量,可以表示為收稿日期:2000-11-02作者簡介:朱啟貴(1962-),男,高級工程師,現(xiàn)在吉林省電力科學研究院系統(tǒng)室工作。第1期(總第152期)吉林電力Feb.2001(3)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流為參量之一的,這就使得該數(shù)學模型無法在無刷勵磁方式

5、發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定計算中直接進行應用。如果要應用可測量發(fā)電機和勵磁機的運行參數(shù)及特性數(shù)據(jù)來計算出發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流,即使能夠求出結(jié)果也是非常繁雜,且計算結(jié)果是否準確不得而知,其精度亦難以保證。那么,能否找到一種簡單易行的方法,解決這一問題呢?我們通過對前述發(fā)電機變參數(shù)數(shù)學模型進行深入的分析研究,得出如下結(jié)論。a.該數(shù)學模型是經(jīng)過大量的試驗和驗證得出的結(jié)果,其中對變參數(shù)X和K的式(5)很難講清其物理意義。b.模型中采用最小二乘法進行參數(shù)回歸求解的變參數(shù)X和K,是來源于測試參量,又反回到測試參量中進行驗證,只要計算精度符合工程要求即可。c.如果能找到一個能夠替代發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的運行參量,進行發(fā)電機變參數(shù)

6、的數(shù)據(jù)回歸計算,使發(fā)電機各種運行工況的計算結(jié)果與發(fā)電機的實際運行工況相吻合,即可解決變參數(shù)模型在無刷勵磁方式發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算中應用的這一課題。根據(jù)上述結(jié)論,我們進行了尋找一個能夠替代發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的運行參量的試驗,并把重點放在發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓、勵磁機勵磁電流和勵磁機勵磁電壓3個參量上。經(jīng)過試驗和計算研究,最后認為可以用勵磁機勵磁電流來替代發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流。為此只須將前述數(shù)學模型稍作改動,將式(2)中的發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流If直接替換為勵磁機勵磁電流ILL,即將式(2)改成(9)ILL=KE這樣就可使該數(shù)學模型在無刷勵磁方式發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定計算中應用了。改進后的數(shù)學模型中待定參數(shù)X和K的確定方法與改進前

7、相似,只不過在測試參量中已經(jīng)將發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流換成勵磁機勵磁電流了。(8)采用傳統(tǒng)算法時,忽略發(fā)電機飽和的影響,X和K均為常數(shù),但應用傳統(tǒng)算法進行發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算時,計算結(jié)果與發(fā)電機實際運行情況偏差較大,給出的發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定運行極限偏于保守,不能確切反映發(fā)電機進相運行進行系統(tǒng)調(diào)壓的能力。當計及飽和的非線性影響時,X和K將不再是常數(shù),而是與發(fā)電機運行工況有關(guān)的函數(shù),中國電力科學研究院給出其函數(shù)表達式X=X1+X2I+X3E K=K1+K2I+K3E將式(4)用矩陣形式表示為X=X TK=K T(5)式中X=X1X2X3,K=K1K2K3, =1IE 。從數(shù)學模型中可以看出,待定參數(shù)為X和K,其確

8、定方法如下。通過試驗可以測定發(fā)電機在遲相區(qū)和進相區(qū)任意一個工況的Ui、Ii、cos!i、 i、Ifi(i=1,2,n),將其代入式(1)式(3),便可算出該工況下的Xai和Kai,即Xai=X iT(4)Kai=K iTi=1,2,3,n(6)應用最小二乘法進行參數(shù)回歸,即確定X使殘n差平方和Q=方程組TTi=1(Xai-X iT)2為最小,則X應滿足(7)CCX+CXa=0式中1C=1I1I2E 1E 21InE nXa=Xa1Xa2Xan同理K應滿足方程組CCK+CKa=0式中Ka=Ka1Ka2Kan。TT3發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)的計算模型上述發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算的數(shù)學模型,只是針分別求解式(7)、

9、(8),可得待定參數(shù)X和K。2無刷勵磁方式發(fā)電機組變參數(shù)數(shù)學模型眾所周知,無刷勵磁方式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流通常是無法準確測量的,國內(nèi)現(xiàn)已投運的這種型式的發(fā)電機均沒有測量手段,而前述的變參數(shù)模型是以對發(fā)電機直接接于無窮大系統(tǒng)而言的,但實際上,發(fā)電機不是直接接于無窮大系統(tǒng),而是通過發(fā)電機配套主變壓器和輸電線路接入系統(tǒng)的;而與發(fā)電機連接系統(tǒng)的不同,對發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定運行的范圍影響較大,尤其是對發(fā)電機調(diào)壓運行的范圍影響更大,因第1期(總第152期)吉林電力Feb.2001種計算模型過于粗糙,尤其在有并列發(fā)電機和長輸電線路時,發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限的計算誤差較大。通過研究,提出了如圖2所示的發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)的計算模

10、型。圖2中共設有4條母線,即發(fā)電機母線G、主變壓器高壓側(cè)母線T、相鄰變電所母線M及無窮大系統(tǒng)母線S,計入了主變壓器電抗XT、線路電抗XL和相鄰變電所的系統(tǒng)等值電抗XS,當線路較長時計入線路電納BL。對于發(fā)電機母線G,計入了發(fā)電機出力SG=PG+jQG和發(fā)電機機端負荷SGD=PGD+jQGD(包括發(fā)電機廠用負荷)。對于母線T,計入了并列發(fā)電機組支路STG及負荷STD。如果進行發(fā)電機調(diào)壓運行范圍計算,還計入了母線G、T的電壓限制。根據(jù)上述研究結(jié)果,筆者重新編制了發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算軟件,并在四平熱電有限責任公司3臺無刷勵磁方式發(fā)電機組的靜穩(wěn)研究中進行了應用。在對該公司3臺機組進行了靜態(tài)穩(wěn)定試驗之后,

11、根據(jù)所測得的實際穩(wěn)態(tài)運行工況數(shù)據(jù)首先計算出了3臺發(fā)電機的同步參數(shù)X和K,然后對實測的工況進圖2發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)等效電路入非無窮大系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析的要求,而在實際計算應用中,沒有的環(huán)節(jié)可以刪減。由于當系統(tǒng)電壓比較低時,在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定運行范圍內(nèi),發(fā)電機電壓及主變壓器出口母線電壓不一定滿足運行要求,因此為便于指導發(fā)電機運行,除進行發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限計算之外,還應進行發(fā)電機進相調(diào)壓運行極限的計算,其計算條件是除滿足發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定運行極限外,還必須滿足發(fā)電機電壓及主變壓器出口母線電壓的運行限制。在通常情況下,如果沒有特殊要求,系統(tǒng)等值電抗XS取最小運行方式之值,無窮大系統(tǒng)電壓US取幾個典型電壓水平進行

12、計算。4改進后計算方法的實際應用將以上所考慮的網(wǎng)架進行常規(guī)的潮流計算過程容入發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定計算之中,即可滿足發(fā)電機接行了校核計算,計算結(jié)果與實測結(jié)果的比較情況如表1所示。表1計算結(jié)果與實測結(jié)果比較發(fā)電機編號123型號WX18L-054WX18L-054WX18L-092Pe/MW6060100工況數(shù)115111104 /(°)ILL/%注:Pe為發(fā)電機容量; 為發(fā)電機功角誤差;ILL為勵磁機盛磁電流誤差。從表1數(shù)據(jù)得出,將3臺發(fā)電機工況的計算結(jié)果與實測結(jié)果相比,發(fā)電機功角的最大誤差為3.8°,平均誤差為0.69°,勵磁機勵磁電流的最大誤差為3.4%,平均誤差為0.

13、78%。從而看出,應用改進模型和方法的計算結(jié)果,與中國電力科學研究院提供的靜止勵磁方式發(fā)電機的誤差數(shù)據(jù)相比,盡管功角最大誤差大1°,勵磁機勵磁電流最大誤差比發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流最大誤差大0.6%,但仍較好地計入了發(fā)電機在各種不同工況下飽和程度不同的非線性影響,具有較高的計算精度。3臺發(fā)電機的同步參數(shù)X和K的計算結(jié)果及所測工況下直軸同步電抗的變化范圍如表2所示。由圖2可見,同型號的1、2號機的同步參數(shù)的計算結(jié)果差別不大,3臺發(fā)電機實際的直軸同步電抗Xd均遠小于制造廠家提供的不飽和值,而且隨發(fā)電機運行工況的不同而變化。在計算發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限時,通?？砂垂呛愣?0°作為發(fā)電機靜態(tài)

14、穩(wěn)定運行的極限條件。由試驗測得3臺發(fā)電機穩(wěn)定運行的最大功角分別為1號機72.2°、2號機73.7°、3號機73.9°,均明顯大于70°。在對發(fā)電機功角為70±3°的實際工況進行(下轉(zhuǎn)至52頁)第1期(總第152期)吉林電力Feb.20012試驗驗證加入陰離子表面活性劑后的鉬酸銨溶液和加入防腐劑后的硫酸亞鐵氨溶液能否對水樣的測定結(jié)果有影響?我們在現(xiàn)場進行了試驗。在同一臺在線硅表上分別使用沒有加入陰離子表面活性劑的鉬酸鹽溶液和沒有加入防腐劑的硫酸亞鐵氨溶液(測量值1表示)、用 加入陰離子表面活性劑的鉬酸鹽溶液和沒有加入防腐劑的硫酸亞鐵氨溶

15、液(用 2表示)、硫酸亞鐵氨溶液中防腐劑的質(zhì)量濃度為100mg/L。由上表可以看出,4種試劑的測試結(jié)果均在儀表的允許誤差范圍內(nèi)(±1.0#g/L),可見加入陰離子表面活性劑的鉬酸鹽溶液和加入防腐劑的硫酸亞鐵氨溶液對儀表的測定結(jié)果沒有任何影響。3小結(jié)我們把加入質(zhì)量濃度為1mg/L陰離子表面活性劑的鉬酸銨溶液和加入質(zhì)量濃度為100mg/L防腐劑的硫酸亞鐵氨溶液分別在2號機的2臺在線硅表上進行了使用,運行半年多以來再沒有發(fā)生過流路堵塞的現(xiàn)象,在一定程度上減輕了檢修人員對儀表的維護量,同時也提高了儀表的投入率和準確率。參考文獻1樓臺芳,潘鈴,吳鈴,等.表面活性劑在火力發(fā)電廠中的應用J.華北電

16、力技術(shù),1999(4):34沒有加入陰離子表面活性劑的鉬酸鹽溶液和加入防腐劑的硫酸亞鐵氨溶液(用 3表示)、既加入陰離子表面活性劑的鉬酸鹽溶液又加入防腐劑的硫酸亞鐵氨溶液(用 4表示)的4種試劑對 (SiO2)=40.0#g/L的SiO2標液進行測定,結(jié)果見表1。表14種試劑測定結(jié)果的比較測量值 1 2 3 4123注:鉬酸銨溶液中陰離子表面活性劑的質(zhì)量濃度為1mg/L,(責任編輯王蘅軍)(上接第25頁)表2X、K的計算結(jié)果及Xd的變化范圍(標么值)發(fā)電機編號123X3K1K2Xd回歸計算時,3臺機計算功角的最大誤差均小于1°。因此認為,按功角恒定為70°作為3臺發(fā)電機靜態(tài)

17、穩(wěn)定運行的極限條件是合適的。根據(jù)前述的發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)的計算模型,方便地計入了系統(tǒng)的網(wǎng)架、發(fā)電機廠用負荷、并列發(fā)電機組的運行工況、主變出口母線負荷以及發(fā)電機電壓和主變壓器出口電壓限制等因素,選定了無窮大系統(tǒng)電壓US為幾個可能的典型電壓水平,分別計算出了3臺發(fā)電機組的靜態(tài)穩(wěn)定運行極限及進相調(diào)壓運行極限曲線,確定了機組的進相能力及深度,計算結(jié)果與試驗結(jié)果相符。a.發(fā)電機變參數(shù)數(shù)學模型的改進,解決了該模型不能夠直接在無刷勵磁方式發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定計算中直接應用的技術(shù)難題,較好地計入了發(fā)電機在各種不同工況下飽和程度不同的非線性影響,通過實際檢驗,其計算結(jié)果達到了較高的計算精度。b.在發(fā)電機進相靜態(tài)穩(wěn)定極限

18、計算中,計入了發(fā)電機相關(guān)系統(tǒng)的計算模型,即考慮了相關(guān)系統(tǒng)對發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限的影響,從而解決了發(fā)電機直接對無窮大系統(tǒng)模式計算上存在的誤差問題,同時還考慮了發(fā)電機組有關(guān)運行電壓的限制,以及計算發(fā)電機進相調(diào)壓運行極限,方便了生產(chǎn)運行部門的應用。(責任編輯李健平)5結(jié)論JPFW-1復合型灰場覆蓋劑由吉林省電力科技有限公司與吉林大學共同開發(fā)研制,1999年末通過了吉林省經(jīng)貿(mào)委組織的新產(chǎn)品鑒定。該產(chǎn)品具有覆蓋層可根據(jù)儲灰場情況進行任意調(diào)整的特點,同時還可以用于公路施工等方面的覆蓋。目前已經(jīng)有部分發(fā)電廠采用該技術(shù)對灰場進行覆蓋,該技術(shù)具有廣闊的應用前景。Y5C-95/178型66kV交流系統(tǒng)用有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器采用單節(jié)式結(jié)構(gòu),有串聯(lián)間隙及并聯(lián)電阻,其電位分布更均勻,額定電壓提高了20kV,與現(xiàn)有的無間隙金屬氧化物避雷器相比,其殘壓降低了20%,是我國66kV電力系統(tǒng)可靠性及保護性能更好的過電壓保護設備。六氟化硫(SF6)電氣設備檢修、調(diào)試專用防護服是防止