程前，陳厚合，孫聞，張俊峰，付聰

(1. 東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080)

考慮限制功能的勵磁系統(tǒng)仿真模型優(yōu)化研究

程前1，陳厚合1，孫聞2，張俊峰2，付聰2

(1. 東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080)

針對電力系統(tǒng)仿真計(jì)算模型與現(xiàn)場發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器模型不一致而導(dǎo)致仿真出現(xiàn)機(jī)端電壓越限不合理的結(jié)果，提出一種考慮限制功能的改進(jìn)型勵磁系統(tǒng)仿真模型。介紹勵磁系統(tǒng)頂值約束的模型結(jié)構(gòu)及作用，通過機(jī)電-電磁混合仿真軟件(dynamic simulation program, DSP)自定義模塊對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并在實(shí)時數(shù)字模擬器(real time digital simulator，RTDS)和PSD-BPA中搭建單機(jī)無窮大系統(tǒng)，對模型的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行驗(yàn)證。最后，利用廣東電網(wǎng)實(shí)際系統(tǒng)動態(tài)仿真進(jìn)行比較，證明所提勵磁模型可以有效抑制電壓越限問題。

電力系統(tǒng)仿真；機(jī)端電壓；勵磁限制；自定義模塊；實(shí)時數(shù)字模擬器

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)重要的無功電源，對系統(tǒng)的無功支撐分為兩部分：一是機(jī)組作為電源，其電壓和系統(tǒng)電壓存在電壓差時，瞬時輸出無功功率；二是機(jī)端電壓降低時，勵磁系統(tǒng)為恒定機(jī)端電壓運(yùn)行方式，檢測機(jī)端電壓降低，增大勵磁電流進(jìn)行強(qiáng)勵，對系統(tǒng)提供更多動態(tài)無功支撐[1]。合理調(diào)控?zé)o功電源是保證系統(tǒng)穩(wěn)定及電壓水平的重要措施[2-5]。勵磁系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)提供勵磁功率，起著調(diào)節(jié)電壓、保持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定的作用，控制并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)的無功功率分配。它對發(fā)電機(jī)動態(tài)運(yùn)行有很大的影響，可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定極限[6-8]，因此在電力系統(tǒng)仿真中建立正確的勵磁系統(tǒng)模型至關(guān)重要[9-11]。

發(fā)電機(jī)勵磁控制必須滿足相應(yīng)的約束條件，其中機(jī)端電壓約束是一個重要環(huán)節(jié)[12]。為維持發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，勵磁調(diào)節(jié)器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其具備必要限制單元，而這些限制單元的功能是為了防止發(fā)電機(jī)超出設(shè)計(jì)的出力范圍而損壞設(shè)備，現(xiàn)代發(fā)電機(jī)勵磁有全面的保護(hù)系統(tǒng)，其中包括最低勵磁限制、過勵限制、電壓/頻率限制、端電壓過高限制、無功功率控制及電壓互感器斷線保護(hù)等[13-15]。機(jī)端電壓過高或過低都可能導(dǎo)致保護(hù)動作，從而影響控制效果甚至導(dǎo)致控制失效，影響系統(tǒng)運(yùn)行安全，因此機(jī)端電壓的保護(hù)限制是不可避免的問題。如何在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，將機(jī)端電壓限制在指定范圍內(nèi)是值得深入研究的[16]。

現(xiàn)有電力系統(tǒng)仿真軟件提供了多種發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，但沒能包括實(shí)用中的所有勵磁系統(tǒng)，并且隨著電力技術(shù)的進(jìn)步和新型控制裝置的投入，標(biāo)準(zhǔn)模型庫已不能滿足要求。在實(shí)際電網(wǎng)計(jì)算仿真時因勵磁系統(tǒng)模型不準(zhǔn)確而造成發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓越限情況，本文針對電網(wǎng)母線長時間低電壓的嚴(yán)重故障下存在的電壓越限問題，建立一種能夠考慮頂值約束的勵磁系統(tǒng)模型，在可能越限的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)中加入勵磁限制環(huán)節(jié)，研究考慮限制功能的勵磁系統(tǒng)仿真模型在實(shí)際電網(wǎng)電壓跌落期間的響應(yīng)狀況。

1 現(xiàn)有模型問題分析

在國內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，目前普遍采用PSD-BPA潮流穩(wěn)定計(jì)算軟件作為電網(wǎng)量化計(jì)算的支撐工具。通過電網(wǎng)大量實(shí)驗(yàn)仿真發(fā)現(xiàn)，在負(fù)荷端持續(xù)低電壓的情況下，發(fā)電機(jī)輸出將不受限制的增長，甚至超過額定容量的幾倍，機(jī)端電壓也超過國標(biāo)規(guī)定的1.1倍系統(tǒng)額定電壓，大大降低仿真結(jié)果的可信度，甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定與不穩(wěn)定的關(guān)鍵性判斷。

現(xiàn)以50%比例電動機(jī)模型的廣東電網(wǎng)2013年豐大極限運(yùn)行方式下使用PSD-BPA軟件(版本4.2)北郊變電站三相短路單相斷路器拒動故障為例進(jìn)行分析計(jì)算，此時負(fù)荷端持續(xù)的低電壓特性曲線如圖1所示。

圖1 220 kV鹿鳴變電站母線電壓曲線

圖1表明北郊-花都線路故障發(fā)生后，220 kV鹿鳴變電站母線電壓存在明顯的電壓延遲恢復(fù)問題。電網(wǎng)擾動后，系統(tǒng)中某些母線發(fā)生電壓跌落，母線附近發(fā)電機(jī)應(yīng)迅速啟動無功控制，補(bǔ)償系統(tǒng)中的無功不足[17]。廣州抽水蓄能電廠(以下簡稱“廣蓄電廠”)1號發(fā)電機(jī)(機(jī)組容量334 MW)機(jī)組作為北郊變電附近的電源，其機(jī)端電壓曲線和無功功率輸出曲線如圖2和圖3所示。

圖2 廣蓄電廠1號發(fā)電機(jī)故障下的機(jī)端電壓曲線

圖3 廣蓄電廠1號發(fā)電機(jī)故障下的無功功率曲線

由圖2和圖3的仿真結(jié)果可見，廣蓄電廠1號機(jī)組機(jī)端電壓達(dá)到額定值的1.2倍，無功出力遠(yuǎn)超額定視在容量，機(jī)端電壓和無功功率不受限制的增長，機(jī)組嚴(yán)重過載，與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相差較大，仿真結(jié)果存在失真。根據(jù)國標(biāo)SD 325—1989《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》和GB/T 7064—2002《透平型同步電機(jī)技術(shù)要求》，上述機(jī)端電壓已超出了導(dǎo)則規(guī)定的“在系統(tǒng)發(fā)生事故后發(fā)電廠和變電所的母線電壓允許偏差值為系統(tǒng)額定電壓的±10%”的標(biāo)準(zhǔn)[18-19]。

勵磁調(diào)節(jié)器的主要目的就是精確控制和調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)端電壓，經(jīng)過分析可知，由于仿真軟件未能準(zhǔn)確模擬實(shí)際發(fā)電機(jī)的外特性，其勵磁系統(tǒng)模型不完善，引起機(jī)組仿真出現(xiàn)過激磁現(xiàn)象并無法通過調(diào)節(jié)勵磁達(dá)到抑制機(jī)端電壓越限的目的，導(dǎo)致仿真結(jié)果失真，因此在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮電壓限制和過電壓保護(hù)功能。

2 勵磁限制模型及原理

2.1 電壓頻率限制模型簡介

發(fā)電機(jī)勵磁頂值限制是電力系統(tǒng)重要的非線性環(huán)節(jié)[20]，勵磁調(diào)節(jié)器作為勵磁系統(tǒng)的控制中樞，隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，目前勵磁調(diào)節(jié)器主要以數(shù)字式調(diào)節(jié)器為主。用于延時動作或反時限的電壓頻率限制(voltage frequency limit, VFL)模型如圖4所示，該模型參考多個廠家設(shè)備經(jīng)修改簡化而得，具有一定代表意義。

圖4 用于延時動作或反時限的VFL模型

模型主要分為兩部分：一是電壓輸出環(huán)節(jié)，UVFL-REF為VFL動作參考值，σVFL-Grad為VFL特性斜率，fG為輸入頻率，Ut為輸入機(jī)端電壓，UREF1為自動電壓調(diào)節(jié)器(automatic voltage regulator, AVR)參考電壓,UREF為輸出電壓；二是反時限環(huán)節(jié)，TR為測量時間常數(shù)，TI,VFL為環(huán)節(jié)積分時間常數(shù)，Kexp-VFL為反時限特性指數(shù)系數(shù)，Kto-VFL為固定時限積分常數(shù)，為固定時間的倒數(shù)，Kinv-VFL為反時限特性積分常數(shù)，Kc-VFL為冷卻積分時間常數(shù)。

模型輸出采用比較門方式介入電壓控制主環(huán)，其中SEN-VFL是VFL投入許可開關(guān)，1投入，0退出。例如，若系統(tǒng)擾動后發(fā)電機(jī)頻率fG降低，頻率變化量ΔfG<0，則許可開關(guān)SEN-VFL動作，VFL投入，UREF2經(jīng)勵磁限制后降低并小于UREF1。UREF輸出UREF1和UREF2中較小的一個作為輸出電壓，即

2.2 考慮勵磁限制的單機(jī)無窮大模型

為防止發(fā)電機(jī)過電壓，危及機(jī)組的安全，勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)置了機(jī)端電壓限制和過電壓保護(hù)功能單元，當(dāng)機(jī)端電壓值達(dá)到或超過限制值時，通過修改給定值管理等方式，維持或適當(dāng)減小當(dāng)前勵磁電流，以確保機(jī)端電壓維持在限制值及以下。伏/赫(V/Hz)限制是發(fā)電機(jī)電壓和頻率的比值限制，起到防止發(fā)電機(jī)和主變壓器發(fā)生激磁的作用。

已知發(fā)電機(jī)電壓與繞組的匝數(shù)及所鏈的磁通成正比，即Ut=4.44fWφ(f為系統(tǒng)頻率；φ為磁通；W為繞組匝數(shù))，因匝數(shù)固定，可得

(1)

由式(1)可知，磁通φ與電壓頻率比U/f成正比，電壓升高或頻率下降都將造成φ的增大，引起機(jī)組過磁通，與發(fā)電機(jī)相連的變壓器等設(shè)備磁通也會增大，造成繞組、鐵心過熱，渦流損耗增加，損壞設(shè)備絕緣。過激磁倍數(shù)

(2)

式中：UN為機(jī)組額定電壓；φN為額定磁通；fN為系統(tǒng)額定頻率；n取值一般約在1.0至1.5，代表機(jī)組過激磁的嚴(yán)重程度，V/Hz限制可抑制這一情況，防止機(jī)組電壓升高或頻率降低。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時，由于發(fā)電機(jī)頻率為系統(tǒng)頻率，所以實(shí)際V/Hz限制主要為機(jī)端電壓限制。

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器中一般都設(shè)有限制環(huán)節(jié)，以實(shí)時數(shù)字模擬仿真系統(tǒng)(real time digital simulator，RTDS)為仿真平臺，搭建考慮勵磁限制的單機(jī)無窮大系統(tǒng)，模擬實(shí)際調(diào)節(jié)器裝置限制效果，具體仿真結(jié)果分析見第三章單機(jī)模型仿真驗(yàn)證。V/Hz限制在單機(jī)無窮大系統(tǒng)主環(huán)中的具體位置如圖5所示[21]。

PID為勵磁系統(tǒng)比例-積分-微分，proportion-intergration-differentiation的縮寫。Uref為電壓給定值；UFD為勵磁電壓；Umax為勵磁限制頂值電壓；IFD為勵磁電流；Ut為機(jī)端電壓；P為有功功率；Q為無功功率；ω為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；XC為調(diào)差系數(shù)。圖5 考慮勵磁限制的單機(jī)無窮大模型結(jié)構(gòu)

從圖5的模型可以看出，勵磁限制不僅影響機(jī)端電壓的給定值Uref，同樣影響到調(diào)差系數(shù)XC的作用效果。對于負(fù)調(diào)差來講，隨著發(fā)電機(jī)無功出力的增加，機(jī)端電壓往往會大于給定值Uref，為了限制機(jī)端過電壓，防止損害設(shè)備絕緣，勵磁限制就起到了關(guān)鍵作用。

3 單機(jī)模型仿真驗(yàn)證

本文建立一種考慮勵磁頂值約束的改進(jìn)型勵磁系統(tǒng)模型。后續(xù)研究借助中國南方電網(wǎng)科學(xué)研究院自主研發(fā)的交直流混聯(lián)電網(wǎng)機(jī)電-電磁混合仿真軟件(dynamic simulation program, DSP)進(jìn)行算例模型改進(jìn)的說明。DSP的設(shè)計(jì)與研發(fā)主要基于BPA卡片， 其仿真引擎可用特定的文本格式來定義各種電氣元件和控制模型，具有高度的可擴(kuò)展性，允許用戶遵循指定規(guī)則來定義自身特定的全新模塊。自定義建模流程如圖6所示。

圖6 自定義模型編譯過程

為驗(yàn)證改進(jìn)型勵磁系統(tǒng)模型的正確性，利用DSP搭建與實(shí)時數(shù)字模擬器(real time digital simulator，RTDS)相同的單機(jī)無窮大系統(tǒng)，設(shè)置相同的故障進(jìn)行仿真曲線對比。RTDS仿真系統(tǒng)中采用實(shí)際的勵磁調(diào)節(jié)器裝置(型號為NES6000)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)連續(xù)控制而DSP采用自定義搭建的改進(jìn)型勵磁系統(tǒng)模型。2種仿真平臺同時設(shè)置主變壓器高壓側(cè)50 Ω三相接地短路故障，監(jiān)測機(jī)端電壓和機(jī)組無功功率輸出，驗(yàn)證勵磁調(diào)節(jié)器的限制功能和動作特性。目前機(jī)組的電壓限制動作值一般取1.06～1.1(標(biāo)幺值)，RTDS連接的實(shí)際勵磁調(diào)節(jié)器限制啟動值廠家默認(rèn)為1.1(標(biāo)幺值)，因此設(shè)定機(jī)端電壓限制動作值為1.1(標(biāo)幺值)。單機(jī)無窮大模型的勵磁系統(tǒng)具體參數(shù)分別為K=480，KPI=1，KA=1，KF=0，KC=0，TR=0.02 s ，T1=1 s，T2=10 s，T3=1 s，T4=1s，TA=0.01 s，TF=100 s，UAMAX=50，UAMIN=-50，URMAX=10，URMIN=-10。K為調(diào)節(jié)器增益(標(biāo)幺值)；KPI為比例積分或純積分調(diào)節(jié)器選擇因子；KA為調(diào)節(jié)器增益(標(biāo)幺值)；KF為調(diào)節(jié)器穩(wěn)定回路增益(標(biāo)幺值)；KC為換相電抗的整流器負(fù)載因子；TR為調(diào)節(jié)器輸入濾波器時間常數(shù)；T1、T2、T3、T4為不同電壓調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)；TA為調(diào)節(jié)器放大器時間常數(shù)；TF為調(diào)節(jié)器穩(wěn)定回路時間常數(shù)；UAMAX為調(diào)節(jié)器最大內(nèi)部電壓(標(biāo)幺值)；UAMIN為調(diào)節(jié)器最小內(nèi)部電壓(標(biāo)幺值)；URMAX為電壓調(diào)節(jié)器最大輸出(標(biāo)幺值)；URMIN為電壓調(diào)節(jié)器最小輸出(標(biāo)幺值)。

另外，在BPA搭建同樣電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型，模型采用旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)模型旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)，設(shè)置相同的短路故障作為此次仿真的對照組。單機(jī)無窮大系統(tǒng)仿真結(jié)果對比如圖7、圖8所示。

圖7 BPA與DSP(改進(jìn)勵磁模型前)機(jī)端電壓仿真結(jié)果對比

圖8 RTDS與DSP(改進(jìn)勵磁模型后)機(jī)端電壓仿真結(jié)果對比

圖7、圖8的仿真結(jié)果表明，實(shí)際勵磁調(diào)節(jié)裝置一般都設(shè)有勵磁限制，在DSP改進(jìn)后的勵磁模型中加入這一環(huán)節(jié)，能夠有效地模擬勵磁調(diào)節(jié)器實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。BPA作為仿真對照，由于其發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)模型暫未考慮勵磁限制，導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際勵磁調(diào)節(jié)器結(jié)果存在一定誤差。

從上述算例可以得到如下結(jié)論：

a) 根據(jù)仿真結(jié)果可以看到，在沒有改進(jìn)勵磁系統(tǒng)模型的情況下，DSP仿真結(jié)果與BPA仿真結(jié)果基本吻合，且均存在機(jī)組仿真結(jié)果失真現(xiàn)象；

b) DSP具有自定義修改與建模功能，利用其自定義模塊對現(xiàn)仿真勵磁模型進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化；

c) 改進(jìn)后的勵磁模型，DSP和相同電網(wǎng)模型的RTDS(發(fā)電機(jī)勵磁由實(shí)際勵磁調(diào)節(jié)裝置屏柜提供)仿真曲線吻合情況良好，驗(yàn)證了改進(jìn)型勵磁模型能準(zhǔn)確地模擬發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的動態(tài)仿真過程。

4 多機(jī)系統(tǒng)仿真分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證自定義勵磁系統(tǒng)模型的正確性，本節(jié)仍選用廣東電網(wǎng)2013年豐大極限方式算例進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

故障設(shè)置具體發(fā)生情況：0.1 s時500 kV北郊-花都線路北郊變電站側(cè)發(fā)生三相短路故障，中斷路器單相拒動，0.45 s時同串另一回線路跳閘。算例中負(fù)荷采用50%感應(yīng)電動機(jī)+50%恒阻抗模型，為提高發(fā)電機(jī)對電網(wǎng)電壓的敏感度，機(jī)組采用10%負(fù)調(diào)差[22]，即設(shè)置相關(guān)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)XC=-0.1。

由圖2、圖3也可知道，系統(tǒng)故障后仿真結(jié)果說明廣蓄電廠1號機(jī)組存在機(jī)端電壓越限問題。將廣東電網(wǎng)實(shí)際系統(tǒng)的BPA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DSP數(shù)據(jù)，勵磁系統(tǒng)為FV自并勵靜止勵磁系統(tǒng)模型，在DSP中自定義機(jī)組使用改進(jìn)的勵磁模型。1號機(jī)組勵磁系統(tǒng)加入勵磁限制環(huán)節(jié)之后，利用DSP仿真平臺對新模型算例進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并將仿真結(jié)果與原無勵磁限制的情況進(jìn)行動態(tài)仿真對比分析。圖9與圖10為仿真結(jié)果對比曲線。

圖9 廣蓄電廠1號發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓曲線(改進(jìn)勵磁模型后)

圖10 廣蓄電廠1號機(jī)無功功率曲線(改進(jìn)勵磁模型后)

將改進(jìn)勵磁系統(tǒng)模型仿真結(jié)果與原仿真結(jié)果進(jìn)行對比，可以得到在沒有改進(jìn)勵磁系統(tǒng)模型的情況下機(jī)組機(jī)端電壓存在明顯的越限情況，發(fā)電機(jī)過載嚴(yán)重；改進(jìn)勵磁系統(tǒng)模型后，機(jī)組無功功率和機(jī)端電壓得到有效控制，仿真結(jié)果可信度高，進(jìn)一步說明本文提出的勵磁系統(tǒng)改進(jìn)模型是正確的。

5 結(jié)束語

針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)分析軟件在電網(wǎng)嚴(yán)重故障下可能引起發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓越限等問題進(jìn)行研究，分析其出現(xiàn)機(jī)組仿真結(jié)果失真的原因，然后對仿真采用的自動勵磁調(diào)節(jié)器模型進(jìn)行改進(jìn)，利用DSP自定義模塊建立一種考慮限制功能的改進(jìn)型勵磁仿真模型，以改善機(jī)組在長時間低電壓故障下的仿真特性。通過與實(shí)際勵磁調(diào)節(jié)器屏柜相聯(lián)合的RTDS仿真結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。在實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)中應(yīng)用該模型進(jìn)行計(jì)算并與改進(jìn)前的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明本文提出的方法可以有效抑制嚴(yán)重故障下存在的機(jī)組電壓越限問題。

[1] 竺士章.發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)試驗(yàn)[M]. 北京：中國電力出版社，2005.

[2] IBA K. Reactive Power Optimization by Genetic Algorithm[J]. IEEE Trans. on Power Systems,1994,9(2):685-692.

[3] HISCOCK N, HAZEL T G. Voltage Regulation at Sites with Distributed Generation[J]. IEEE Trans. on Industry Applications, 2008, 44(2):445-454.

[4] 周雙喜，朱凌志，郭錫玖，等.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制[M]. 北京：中國電力出版社，2009.

[5] 趙勇，洪潮，黃河，等.發(fā)電機(jī)組的動態(tài)無功特性及影響因素[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù)，2015,9(2):30-35.

ZHAO Yong, HONG Chao, HUANG He, et al. Dynamic Reactive Power Characteristics of Generator Units and Influencing Factors [J]. Southern Power System Technology,2015,9(2):30-35.

[6] 朱桂萍，王樹民.電能質(zhì)量控制技術(shù)綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2002,26(19):28-31.

ZHU Guiping, WANG Shumin. A Survey on Power Quality Control Technology[J]. Automation of Electric Power Systems, 2002, 26(19):28-31.

[7] 倪以信，陳壽孫，張寶霖，等.動態(tài)電力系統(tǒng)理論和分析[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[8] 蘇永春，程時杰，文勁宇.電力系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定性的解析延拓分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007,27(4):9-14.

SU Yongchun, CHENG Shijie, WEN Jinyu. Power System Dynamic Voltage Stability Analysis and Stability Type Discrimination[J]. Proceedings of the CSEE, 2007, 27(4):9-14.[9] 湯涌，仲悟之，孫華東，等.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定機(jī)理研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010,34(4):24-29.

TANG Yong， ZHONG Wuzhi, SUN Huadong，et al. Study on Mechanism of Power System Voltage Stability[J]. Power System Technology, 2010, 34(4):24-29.

[10] 賀仁睦，沈峰，韓冬，等. 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)建模與參數(shù)辨識綜述[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2007, 31(14):62-66.

HE Renmu, SHEN Feng, HAN Dong,et al. The Study of Generator Excitation System Modeling and Parameters Estimation[J]. Power System Technology, 2007, 31(14):62-66.[11] 湯涌.基于電機(jī)參數(shù)的同步電機(jī)模型[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2007,31(12):47-51.

TANG Yong. A Discussion About Standard Parameter Models of SynChronous Machine[J]. Power System Technology, 2007,31(12):47-51.

[12] 萬黎，鄧長虹，陳允平.考慮機(jī)端電壓限制的多重非線性變結(jié)構(gòu)勵磁控制[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008,28(29): 86-92.

WAN Li, DENG Changhong, CHEN Yunping. Multi-layer Nonlinear Variable Structure Excitation Control Considering Voltage Considering Voltage Limitation[J]. Proceedings of the CSEE, 2008,28(29):86-92.

[13] 劉取.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及發(fā)電機(jī)勵磁控制[M]. 北京：中國電力出版社，2007.

[14] DL/T 684—1999，大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S]. [15] 趙建軍.整定發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)保護(hù)單元定值應(yīng)注意的問題[J]. 華北電力技術(shù)，2006, 35(11)：44-47.

ZHAO Jianjun. Considerable Problems in Setting Protection Unit Set Points of Generator Excitation Control Systems[J]. North China Electric Power, 2006, 35(11)：44-47.

[16] 韓英鐸，謝小榮，崔文進(jìn).同步發(fā)電機(jī)勵磁控制研究的現(xiàn)狀與走向[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001,41(4/5)：142-146.

HAN Yingduo, XIE Xiaorong, CUI Wenjin. Status Quo and Future Trend in Research on Synchronous Generator Excitation Control[J]. Tsinghua Univ.(Sci.&Tech.), 2001,14(4/5):142-146.

[17] 唐景星，孫聞，李曉明.基于WAMS的發(fā)電機(jī)組動態(tài)無功控制策略[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù)，2015(7):82-87.

TANG Jingxing, SUN Wen, LI Xiaoming. Dynamic Reactive Power Control Strategy of Generators Based on WAMS[J]. Southern Power System Technology,2015(7):82-87.

[18] SD 325—1989，電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則[S].

[19] GB/T 7064—2002，透平式同步電機(jī)技術(shù)要求[S].

[20] 舒輝，文勁宇，羅春風(fēng)，等.含有非線性環(huán)節(jié)的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)參數(shù)辨識[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2005,29(6): 66-70.

SHU Hui, WEN Jinyu, LUO Chunfeng, et al. Nonlinear Parameters Identification for Synchronous Generator Excitation Systems[J]. Automation of Electric Power Systems, 2005, 29(6):66-70.

[21] 張俊峰，李鵬，蘇寅生，等.勵磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化整定存在的風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2015,39(20)：141-145.

ZHANG Junfeng, LI Peng, SU Yinsheng, et al. Risk Analysis on Optimization and Setting for System Reactive Current Compensation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(20):141-145.

[22] 安軍，穆鋼，鄭太一，等.改善電網(wǎng)電壓水平的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化策略[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2013,37(23):97-101.

AN Jun, MU Gang, ZHENG Taiyi. Optimization Strategy for Generation Excitation System Adjustment Coefficient in Improving Voltage Level of Power System[J]. Proceedings of the EPSA, 2013,37(23):97-101.

(編輯 王夏慧)

Optimization on Simulation Model for Excitation System Considering Limit Function

CHENG Qian1, CHEN Houhe1, SUN Wen2, ZHANG Junfeng2, FU Cong2

(1.School of Electrical Engineering, Northeast Dianli University, Jilin, Jilin 132012, China; 2. Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510080, China)

In allusion to the problem of unreasonable out-of-limit of terminal voltage in simulation caused by inconsistence of simulation calculation model for power system and field generator excitation regulator model, a kind of improved simulation model for the excitation system considering limit function is presented. This paper introduces model structure and role of top value restriction of the excitation system, and improvement for the system by using dynamic simulation program (DSP) customer module. In real time digital simulator (RTDS) and PSD-BPA, a single-machine infinite-bus system is established for verifying correctness and effectiveness of the model. Finally, by dynamic simulation and comparison for the actual system of Guangdong power grid, it proves that the proposed excitation model can effectively restrict voltage out-of-limit.

power system simulation; terminal voltage; excitation limit; customer module; real time digital simulator

2016-06-06

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.12.012

TM743

A

1007-290X(2016)12-0062-06

程前(1990)，男，江蘇徐州人。在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全性與穩(wěn)定性分析。

陳厚合(1978)，男，江蘇徐州人。副教授，工學(xué)博士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全性與穩(wěn)定性分析。

孫聞(1983)，男，安徽渦陽人。高級工程師，工學(xué)博士，從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制研究。