汪夏斌

摘 要：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)可以將機(jī)端電壓維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，這對(duì)于保證發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。另外，勵(lì)磁系統(tǒng)還有助于發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定。本文在MATLAB/Simulink試驗(yàn)環(huán)境下搭建了最為典型的單機(jī)——無窮大系統(tǒng)仿真模型，并在此模型的基礎(chǔ)上研究系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，以便為更深刻地理解發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁性能對(duì)電機(jī)本身的影響做好鋪墊。

關(guān)鍵詞 ：MATLAB；同步發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.150

1 引言

同步發(fā)電機(jī)作為電網(wǎng)能量的注入者而注定成為電網(wǎng)中的重要元件，其運(yùn)行性能好壞將直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)是否能夠保持安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]，同步發(fā)電機(jī)的合理控制為此顯得頗為重要。雖然調(diào)節(jié)機(jī)械功率和勵(lì)磁電壓是發(fā)電機(jī)控制的最主要的兩個(gè)方法，但是由于調(diào)節(jié)機(jī)械功率需要調(diào)整過程緩慢的調(diào)速器，因此在研究勵(lì)磁系統(tǒng)的控制時(shí)可以將調(diào)速器認(rèn)為不動(dòng)作。這樣，勵(lì)磁控制和機(jī)械功率控制便可以解耦分析。

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)在維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓水平恒定和合理分配并聯(lián)機(jī)組無功方面具有突出貢獻(xiàn)，并且對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有相當(dāng)重要的作用[2]。三相短路故障已成為公認(rèn)的電網(wǎng)最為嚴(yán)重的事故之一，它一旦發(fā)生便有可能造成大面積停電，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，本文通過仿真研究發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)三相短路過渡過程的影響具有重要意義。

2 仿真模型

本文為了重點(diǎn)研究勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定的影響而簡(jiǎn)化了電力系統(tǒng)模型，在MATLAB/Simulink環(huán)境下構(gòu)建如圖1所示的單機(jī)—無窮大系統(tǒng)仿真模型。

此仿真模型由實(shí)際電網(wǎng)簡(jiǎn)化而來，簡(jiǎn)化后保留了發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁控制系統(tǒng)、變壓器、雙回線路、負(fù)荷和無窮大系統(tǒng)。

3 仿真分析

案例：設(shè)置同步發(fā)電機(jī)在15秒時(shí)刻出線首端發(fā)生三相短路故障，研究勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)三相短路故障過渡過程中的調(diào)節(jié)作用。

由圖3-1可以看出，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)15s時(shí)刻出線首端突然發(fā)生三相短路時(shí)的勵(lì)磁電壓Vf1快速上升到最大電壓值5，這說明了勵(lì)磁系統(tǒng)在三相短路瞬態(tài)進(jìn)行了強(qiáng)勵(lì)調(diào)節(jié)來阻止機(jī)端電壓迅速跌落。另外，還可以看出勵(lì)磁電流Ifd的波形出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，這是由于勵(lì)磁電壓的劇烈變化導(dǎo)致，說明勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程有可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩。

由圖3-2和圖3-3還可以看出，發(fā)電機(jī)出口發(fā)生三相短路瞬間時(shí)功角同樣發(fā)生了振蕩現(xiàn)象，機(jī)端電壓大減，輸出的有功Peo猛減后開始波動(dòng)，15.1s時(shí)刻故障消失，在勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)調(diào)節(jié)作用下輸出的有功Peo在機(jī)端電壓恢復(fù)后也很快恢復(fù)了正常值；機(jī)端線電壓Vt在15s時(shí)刻因?yàn)槎搪饭收隙深~定值1陡降至0.4，之后由于強(qiáng)勵(lì)的啟動(dòng)，機(jī)端線電壓Vt不再急劇下降，而是開始在0.3附近減幅波動(dòng)，15.1s時(shí)刻故障消失后機(jī)端線電壓Vt在強(qiáng)勵(lì)作用下迅速恢復(fù)到額定值1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速W在短路時(shí)由于發(fā)電機(jī)負(fù)載大減，因此開始加速，在強(qiáng)勵(lì)的作用下才被控制住，由于慣性較大經(jīng)15s時(shí)間減幅波動(dòng)才穩(wěn)定在額定值1。

由上述仿真結(jié)果可以看出，勵(lì)磁系統(tǒng)在系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)調(diào)節(jié)能使發(fā)電機(jī)較快地恢復(fù)機(jī)端電壓，并且保持發(fā)電機(jī)有功功率的正常輸送和可以有效提高發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

4 總結(jié)

本文基于MATLAB構(gòu)建了單極-無窮大系統(tǒng)模型并且對(duì)發(fā)電機(jī)出線首端發(fā)生三相短路故障時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明，勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)調(diào)節(jié)可以使三相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓盡快恢復(fù)，并且保證發(fā)電機(jī)有功功率正常輸送，這對(duì)于提高發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性具有較大幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊培宏.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2008.

[2]丁志東，劉國海.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁對(duì)穩(wěn)定性影響的研究[J].大電機(jī)技術(shù)，2007（04）：60-64.