發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)小干擾性能

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)小干擾性能----發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)摘要：分析了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求闡明了發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)是檢查發(fā)電機(jī)小干擾性能的主要試驗(yàn)方法以及階躍量對(duì)空載階躍試驗(yàn)正確度的重要影響,建議國標(biāo)對(duì)發(fā)電機(jī)階躍響應(yīng)的階躍量作相應(yīng)的修改。關(guān)鍵詞：勵(lì)磁;階躍響應(yīng);小干擾性能0概述良好的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，要求調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)穩(wěn)定。這對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定是很重要的。勵(lì)磁系統(tǒng)的性能指標(biāo)可分成3類：①勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行及自動(dòng)調(diào)壓的要求，例如調(diào)壓精度、調(diào)壓范圍、調(diào)節(jié)速度、無功分配、備用要求、可靠性等;②大干擾性能指標(biāo)，主要是指強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù)及強(qiáng)勵(lì)時(shí)的勵(lì)磁電壓上升速度；③小干擾性能指標(biāo)，是指在勵(lì)磁控制系統(tǒng)受到小干擾情況下的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等，它對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行有重要的影響。階躍響應(yīng)試驗(yàn)則是考核小干擾性能指標(biāo)的主要試驗(yàn)方法。階躍響應(yīng)試驗(yàn)，是在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入端加入一個(gè)階躍量,測(cè)量其控制量的變化。發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)，是在發(fā)電機(jī)空載情況下,在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入端加入一個(gè)階躍量，測(cè)量發(fā)電機(jī)端電壓的變化。發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍響應(yīng)，是在發(fā)電機(jī)負(fù)載情況下,在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入端加入一個(gè)階躍量,測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出功率的變化。所以階躍響應(yīng)試驗(yàn)中所加階躍量的大小，應(yīng)不造成勵(lì)磁系統(tǒng)任何環(huán)節(jié)的飽和，否則就不能代表小干擾的性能。勵(lì)磁系統(tǒng)國標(biāo)規(guī)定，發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)的階躍量為發(fā)電機(jī)額定電壓值的10%,這在80年代及以前是合適的，因?yàn)槟菚r(shí)的勵(lì)磁系統(tǒng)增益較小，測(cè)量設(shè)備性能差。到80年代后期,特別是90年代,普遍采用了集成電路及數(shù)字式調(diào)節(jié)器，并為了滿足電力系統(tǒng)的要求,勵(lì)磁系統(tǒng)的開環(huán)增益已較過去增大了幾倍甚至幾十倍。10%階躍量已使很多勵(lì)磁系統(tǒng)達(dá)到飽和。因此必須研究減小階躍響應(yīng)時(shí)的階躍量,使其正確代表勵(lì)磁系統(tǒng)工作在線性區(qū)的小干擾性能。1勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以福建后石電廠600MW發(fā)電機(jī)為例,試驗(yàn)分析了階躍量與飽和的關(guān)系。后石電廠的勵(lì)磁系統(tǒng)，為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型如圖1所示。圖1勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型圖1中：電壓放大增益XA=250V/p.u.,功率放大增益Kt=241.1A/V標(biāo)么值換算增益、=0.062p.u./A，勵(lì)磁電流硬負(fù)反饋系數(shù)K,=0.067V/A，勵(lì)磁電流軟負(fù)反饋系數(shù)KD=0.3V/A,勵(lì)磁電流軟負(fù)反饋時(shí)間常數(shù)rD=1s,勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)TE=1.4s；第一級(jí)限幅UAmax=10V，UAmin=-10V;第二級(jí)限幅,URmax=220V,URmin=-150V勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流限幅']x=

150A,￡=。，150A,￡=。，輸出電壓限幅鼠ax=4,E.Fmin=0。圖1中KA及Kt雖然較大，但如將其簡(jiǎn)化,則如圖2簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型所示。Ka.Ke=250x0.062=15.5,勵(lì)磁機(jī)和硬負(fù)反饋K.合并后其增益為14.1,時(shí)間常數(shù)為0.1s,將KaKe與勵(lì)磁機(jī)增益合并得Kt'=15.5x14.1=223.5,Kd'=0.3/15.5=0.019o圖2中的前向增益及反饋系數(shù)是大部分勵(lì)磁系統(tǒng)通常采用的數(shù)值，有一定的代表性。圖2簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型圖中KT'=223.5;KD'=0.019；rE'=0.1s；rD=1s21(K階躍響應(yīng)試驗(yàn)及其性能指標(biāo)采用SME仿真試驗(yàn)程序，研究不同階躍量對(duì)階躍試驗(yàn)的影響，發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入10%階躍響應(yīng)電壓時(shí)的波形見圖3o圖中上升時(shí)間Tr為UT從10%上升到90%AUt的時(shí)間。Tr小，表示勵(lì)磁反應(yīng)速度快，這對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、配PSS后的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定以及抑制甩負(fù)荷等動(dòng)態(tài)過電壓都是很重要的。Ut的最大值UTm與穩(wěn)態(tài)值UTS之差除以階躍量AUt，為超調(diào)凱在同樣的上升速度時(shí)。小，抑制過電壓的能力就強(qiáng)。如果調(diào)節(jié)速度慢。雖然很小，也不能很好的抑制動(dòng)態(tài)過程中的過電壓。因?yàn)檫@些過電壓是由電力系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)造成的，勵(lì)磁響應(yīng)速度快才能減小這些過電壓。對(duì)于振蕩次數(shù)N,規(guī)程規(guī)定心，圖3中振蕩半次即已平息。N小,勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性好，一般現(xiàn)代勵(lì)磁調(diào)節(jié)器N均易滿足要求。對(duì)于已定結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁系統(tǒng)，過分強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)勵(lì)磁系統(tǒng)的阻尼，就意味著減低響應(yīng)速度。如果為了階躍響應(yīng)曲線不振蕩、不超調(diào)而降低響應(yīng)速度這是不可取的，這將犧牲勵(lì)磁系統(tǒng)的性能。調(diào)整勵(lì)磁參數(shù)時(shí)，應(yīng)使其響應(yīng)速度盡可能快，略有超調(diào)才是合理的。調(diào)節(jié)時(shí)間Ts是從階躍開始至％達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。理論上，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間，是指發(fā)電機(jī)端電壓與穩(wěn)態(tài)值之差小于2%AUj的時(shí)間;實(shí)用上，由于階躍量只是基值的一小部分,2%AUj很難識(shí)別，故采用發(fā)電機(jī)端電壓與穩(wěn)態(tài)值之差小于5%AUj作為達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。Ts規(guī)定小于5?10s,一般均能滿足要求。

//5圖3發(fā)電機(jī)空載時(shí)加10%階躍響應(yīng)電壓時(shí)的錄波圖從圖3可見,TR=0.45sQ=12%;從可控硅輸出電壓USCR可見，1。％階躍時(shí)USCR已嚴(yán)重飽和。3階躍量減小時(shí)的階躍響應(yīng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)不同階躍量階躍試驗(yàn)仿真曲線見圖4。0I2 5C7K9t性圖4發(fā)電機(jī)空載時(shí)不同階躍量階躍試驗(yàn)仿真曲線

1-階躍量5%;2-階躍量3%;3-階躍量1%從圖4可見,1%階躍時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)基本沒有飽和，階躍量增加，調(diào)節(jié)器飽和度加深。不同階躍量時(shí)階躍響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果列于表1。表1不同階躍量時(shí)階躍響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果階躍量AUt/%3/%上升下降10.263.530.237450.32815100.451232從表1可見，階躍量增加,tr及^均增大，這是由于調(diào)節(jié)回路飽和，使勵(lì)磁調(diào)節(jié)延遲所造成。因此要正確代表小干擾性能，應(yīng)在完全不飽和情況下進(jìn)行。但1%階躍量太小,實(shí)際試驗(yàn)中容易產(chǎn)生誤差，而3%階躍響應(yīng)結(jié)果與1%階躍試驗(yàn)結(jié)果很近似，可以作為規(guī)定的階躍量。但是考慮到測(cè)量設(shè)備的精度和分辨率以及不同的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)和參數(shù),DL/T650-1998《靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》(簡(jiǎn)稱技術(shù)條件)規(guī)定，階躍量為5%是合適的。雖然對(duì)某些勵(lì)磁系統(tǒng)還有一些飽和，但比原規(guī)定10%已有很大改進(jìn)。從圖3及圖4中可以發(fā)現(xiàn)，飽和主要發(fā)生在SCR輸出，因此提高SCR的電源電壓是減少飽和提高大干擾時(shí)勵(lì)磁響應(yīng)速度的主要方法。原制造廠提供的試驗(yàn)結(jié)果與圖3和圖4仿真試驗(yàn)結(jié)果基本一致。4發(fā)電機(jī)零起升壓有的勵(lì)磁系統(tǒng)裝置技術(shù)條件中，以零起升壓代替階躍響應(yīng)試驗(yàn),這是不合適的。因?yàn)閺牧闫鹕龎菏前l(fā)電機(jī)起勵(lì)后自動(dòng)升壓到額定，其階躍量是100%,不是小干擾，因此不能代表小干擾性能。而且零起升壓起始階段的升壓速度與起勵(lì)回路的參數(shù)有關(guān)，在升壓過程的后期，調(diào)節(jié)器參數(shù)可以自動(dòng)地作適當(dāng)?shù)母淖儯蛊淦椒€(wěn)地達(dá)到額定電壓值,這稱為軟起勵(lì)。對(duì)零起升壓的要求如下：升壓過程的最大過電壓不應(yīng)超過發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行電壓，即110%Um；振蕩次數(shù)N不應(yīng)超過小干擾的規(guī)定，即快速勵(lì)磁3次，常規(guī)勵(lì)磁5次；調(diào)節(jié)時(shí)間允許較長,以利平穩(wěn)地達(dá)到額定電壓。5增益裕度和相角裕度勵(lì)磁反饋控制系統(tǒng)是一個(gè)遲后系統(tǒng)，頻率增大，遲后相位增加,開環(huán)增益減小。如果相位遲后超過180°，開環(huán)增益仍為正值，則系統(tǒng)將成為正反饋而失去穩(wěn)定;相位遲后180°，增益為零是其穩(wěn)定的臨界點(diǎn);相位為180°,增益為負(fù)，系統(tǒng)穩(wěn)