賈善杰 ，吳奎華 ，梁 榮 ，王 宏

（1.山東電力經(jīng)濟技術(shù)研究院，山東 濟南 250001；2.山東蓬萊東海熱電有限公司，山東 煙臺 265609）

隨著勵磁系統(tǒng)建模工作的開展，實測勵磁模型參數(shù)已逐步應用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計算，并用以指導電力生產(chǎn)。使用實測勵磁模型參數(shù)必然會給電網(wǎng)的穩(wěn)定計算結(jié)果帶來較大影響［1-2］。因此，有必要對這種影響進行定量分析，以更好地服務(wù)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

在計算研究中，采用中國版BPA穩(wěn)定計算程序，計算數(shù)據(jù)為某年山東電網(wǎng)夏季最大運行方式數(shù)據(jù)。以山東電網(wǎng)兩個功率斷面為例，比較發(fā)電機采用 E′q恒定模型和采用 E″d、E″q變化及實測勵磁模型參數(shù)對靜態(tài)穩(wěn)定極限和暫態(tài)穩(wěn)定極限的影響。功率斷面1為一個局部斷面，如圖1所示。包括聊城—長清兩條500 kV輸電線路，是聊城與山東電網(wǎng)其余部分的輸電通道。功率斷面2如圖2所示。為一個完整斷面，包括以下幾條500 kV線路：淄博—濰坊，一回；淄川—益都，兩回；魯中—瑯琊，一回；棗莊—沂蒙，兩回。

圖1 山東電網(wǎng)功率斷面1

圖2 山東電網(wǎng)功率斷面2

1 勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)對靜態(tài)穩(wěn)定的影響

1.1 勵磁控制對靜態(tài)穩(wěn)定的作用機理

靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復到起始運行狀態(tài)的能力。以一個單機無窮大系統(tǒng)為例，如圖3所示。

圖3 單機無窮大系統(tǒng)

發(fā)電機輸送功率可以表示為

設(shè)Ut=1.0，Us=1.0，發(fā)電機并網(wǎng)后運行人員不再調(diào)整勵磁。 將 Xd蒡、X′d蒡、X蒡分別代入式（1）（2）（3），則無電壓調(diào)節(jié)器時的靜穩(wěn)極限小于能維持E′恒定的調(diào)壓器時的靜穩(wěn)極限小于能維持發(fā)電機端電壓恒定的調(diào)壓器時的靜穩(wěn)極限。可見，當勵磁控制系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機端電壓為恒定值時，靜態(tài)穩(wěn)定極限都能夠達到線路極限。維持發(fā)電機電壓水平的能力與勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)密切相關(guān)，開環(huán)放大倍數(shù)越大維持發(fā)電機電壓水平的能力越強，降低開環(huán)放大倍數(shù)不但達不到國標提出的對發(fā)電機端電壓靜差率的技術(shù)指標要求，而且會降低電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限［3］。

1.2 山東電網(wǎng)功率斷面靜態(tài)穩(wěn)定仿真分析

1.2.1 功率斷面1

發(fā)電機分別采用 E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型（使用實測勵磁模型參數(shù)），對聊城外送斷面兩回500 kV線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限進行比較研究。采用實用靜穩(wěn)定極限分析方法，在無任何故障情況下，將聊城地區(qū)部分機組連續(xù)快開汽門，山東電網(wǎng)其余部分機組連續(xù)快關(guān)汽門，使聊城—長清兩回500 kV輸電線路功率連續(xù)增加。觀察輸電線路功率變化曲線，線路輸送功率超過極限值后失去穩(wěn)定，線路功率曲線上升到頂后開始迅速下降，該頂值處的功率即是該線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限。計算結(jié)果見圖 4、圖 5、表 1。

圖4 E′q恒定模型斷面1靜穩(wěn)極限

圖5 勵磁實測模型斷面1靜穩(wěn)極限

表1 采用E′q恒定模型和勵磁實測模型的靜穩(wěn)極限比較

在山東電網(wǎng)發(fā)電機全部采用E′q恒定模型時，斷面1的靜穩(wěn)極限是2935 MW，在山東電網(wǎng)發(fā)電機全部采用E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數(shù)時，斷面1的靜穩(wěn)極限是3871 MW。 采用E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數(shù)的靜穩(wěn)極限比采用E′q恒定模型的靜穩(wěn)極限增加936 MW，提高了31.9%。

1.2.2 功率斷面2

采用與1.2.1相同的方法，對斷面2各條線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限進行了比較研究。計算結(jié)果見圖6、圖 7、表 2。

圖6 E′q恒定模型斷面2500 kV線路靜穩(wěn)極限

圖7 勵磁實測模型斷面2500 kV線路靜穩(wěn)極限

表2 采用E′q恒定模型和勵磁實測模型的靜穩(wěn)極限比較

在山東電網(wǎng)發(fā)電機全部采用E′q恒定模型時，斷面2的靜穩(wěn)極限是6187 MW，在山東電網(wǎng)發(fā)電機全部采用E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數(shù)時，斷面 2 的靜穩(wěn)極限是 7436 MW。采用 E″d、E″q變化模型和實測勵磁參數(shù)的靜穩(wěn)極限比采用E′q恒定模型的靜穩(wěn)極限增加1249 MW，提高了20.2%。

2 勵磁系統(tǒng)模型對暫態(tài)穩(wěn)定功率極限的影響

2.1 勵磁控制對暫態(tài)穩(wěn)定的作用機理

暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大擾動后，各同步機保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。勵磁控制系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定的作用主要由三個因素決定［4］：勵磁系統(tǒng)強勵頂值倍數(shù)、勵磁系統(tǒng)標稱響應、勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的利用程度。

勵磁系統(tǒng)強勵頂值倍數(shù)。提高勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)，可以在需要時為發(fā)電機組提供更高的勵磁電壓，從而更好地維持發(fā)電機端電壓水平，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

勵磁系統(tǒng)標稱響應（勵磁電壓響應比）。勵磁系統(tǒng)標稱響應越大，勵磁系統(tǒng)輸出電壓達到頂值的時間越短，對提高暫態(tài)穩(wěn)定越有利。勵磁電壓響應比，主要由勵磁系統(tǒng)的型式?jīng)Q定。同時，勵磁控制器的控制規(guī)律及參數(shù)對電壓響應比也起到重要作用。增大勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)可以提高勵磁電壓響應比，同時也提高了電壓調(diào)節(jié)精度。

勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的利用程度。充分利用勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)，也是發(fā)揮勵磁系統(tǒng)改善暫態(tài)穩(wěn)定作用的重要因素。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，勵磁系統(tǒng)的輸出電壓達不到頂值，或者維持頂值的時間過短，它的強勵倍數(shù)就沒有得到充分利用，改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果也不好。充分利用勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的措施之一，就是提高勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，開環(huán)放大倍數(shù)越大，強勵倍數(shù)利用越充分，調(diào)壓精度也越高，也就越有利于改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

2.2 山東電網(wǎng)功率斷面暫態(tài)穩(wěn)定仿真分析

2.2.1 功率斷面1

故障方式1：聊城—長清第I回線路，聊城側(cè)三相接地永久性短路故障，1.0 s發(fā)生故障，1.09 s跳開故障線路聊城側(cè)開關(guān)，1.1 s跳開故障線路長清側(cè)開關(guān)。在山東電網(wǎng)發(fā)電機分別采用E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型兩種情況下，對斷面 1 兩回500 kV線路的暫態(tài)穩(wěn)定極限進行比較研究。計算結(jié)果如圖8、9所示。

圖8 E′q恒定模型斷面1暫穩(wěn)極限

圖9 勵磁實測模型斷面1暫穩(wěn)極限

對于故障方式1，采用實測勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)，聊城—長清兩回500 kV線路斷面的暫穩(wěn)極限為2144MW；采用E′q恒定模型，聊城—長清兩回500kV線路斷面的暫穩(wěn)極限為2094 MW。采用實測勵磁系統(tǒng)模型比采用E′q恒定模型，斷面1的暫穩(wěn)極限提高了50 MW，暫穩(wěn)極限提高2.4%。

2.2.2 功率斷面2

故障方式2，棗莊—沂蒙第I回線路，棗莊側(cè)三相接地永久性短路故障，1.0 s發(fā)生故障，1.09 s跳開故障線路棗莊側(cè)開關(guān)，1.1 s跳開故障線路沂蒙側(cè)開關(guān)。山東電網(wǎng)的發(fā)電機分別采用E′q恒定模型和 E″d、E″q變化模型，對斷面 2 的 6 條 500 kV 線路暫穩(wěn)極限進行比較研究。計算結(jié)果如圖10、11所示。

對于故障方式2，采用實測勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)，斷面2的暫穩(wěn)極限為6166 MW；采用E′q恒定模型，斷面2的暫穩(wěn)極限為5644 MW。采用實測勵磁系統(tǒng)模型比采用E′q恒定模型，斷面2的暫穩(wěn)極限提高了522 MW，暫穩(wěn)極限提高9.2%。

圖10 E′q恒定模型斷面2暫穩(wěn)極限

圖11 勵磁實測模型斷面2暫穩(wěn)極限

3 結(jié)語

通過 E′q恒定模型和 E″d、E″q變化及實測勵磁模型參數(shù)對山東電網(wǎng)兩個功率斷面穩(wěn)定計算結(jié)果的影響研究，可以看出采用 E″d、E″q變化模型和實測勵磁系統(tǒng)參數(shù)能夠顯著提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限和暫態(tài)穩(wěn)定功率極限。把其應用于電網(wǎng)運行計算，能夠有效提高電網(wǎng)運行的安全及經(jīng)濟性。

［1］王新，鎖軍，陳宣凱，等.實測勵磁系統(tǒng)模型和參數(shù)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定極限計算的重要性［J］.陜西電力，2007（1）：21-23.

［2］石雪梅，汪志宏，桂國亮，等.發(fā)電機勵磁系統(tǒng)數(shù)學模型及參數(shù)對電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定性分析結(jié)果影響的研究［J］.繼電器，2007，35（21）：22-27.

［3］劉增煌，朱方.華東電網(wǎng)勵磁實測建模校核方法及實測模型應用對華東電網(wǎng)穩(wěn)定水平計算結(jié)果影響研究［R］.中國電力科學研究院技術(shù)報告，2004，8.

［4］李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應用［M］.北京：中國電力出版社，2002.