王 剛，趙利民，廉 永

(國家電投集團河南電力有限公司沁陽發(fā)電分公司，河南 焦作 454550)

0 引言

近年來，風(fēng)電、光伏等新能源在電力系統(tǒng)中所占比例穩(wěn)步上升，因其波動性較強，對火電廠的調(diào)頻提出了更高要求。部分火電廠利用多余熱能在廠內(nèi)建立小型的背壓發(fā)電機，接入其高壓廠用電系統(tǒng)中，對火電廠的廠用電電壓和調(diào)頻起到一定的改善作用，但背壓發(fā)電機接入后對火電廠內(nèi)部的電壓和頻率穩(wěn)定產(chǎn)生了一定影響。

以某火電廠為例，計算背壓發(fā)電機低勵限制參數(shù)配置，分析背壓發(fā)電機的進相運行能力，研究低勵限制的主要約束因素以及相關(guān)參數(shù)配置與約束條件的配合關(guān)系等，以確保背壓發(fā)電機在進相運行時盡可能挖掘進相潛力，但又不至于過度進相，導(dǎo)致失磁保護動作而影響背壓發(fā)電機的設(shè)備安全，對保障發(fā)電機的安全運行具有一定的參考作用。

1 背壓發(fā)電機主要參數(shù)

接入電廠的背壓發(fā)電機為隱極發(fā)電機，背壓發(fā)電機等值電路為如圖1所示。

圖1 背壓發(fā)電機的等值電路

背壓發(fā)電機直接接入發(fā)電廠10 kV廠用電母線，由于高廠變短路阻抗百分比參數(shù)較大，而主發(fā)電機和電網(wǎng)側(cè)不能等值為無窮大系統(tǒng)。

背壓發(fā)電機接入系統(tǒng)后被等值為如圖1所示的等值電路，左上角為主發(fā)電機與系統(tǒng)合并后的等值發(fā)電機，Xc為等值發(fā)電機的內(nèi)阻，對應(yīng)計算公式為：

其中：XT為升壓變短路阻抗百分比，X12為高廠變高壓側(cè)至背壓發(fā)電機所在側(cè)的穿越阻抗，Xd為主發(fā)電機的d軸同步電抗。

約束背壓發(fā)電機低勵限制的主要條件有靜穩(wěn)極限、功角約束、失磁保護、最大定子電流約束及最小轉(zhuǎn)子電流約束。

2 背壓發(fā)電機低勵限制約束條件

2.1 靜穩(wěn)極限

背壓發(fā)電機的靜穩(wěn)極限是根據(jù)背壓發(fā)電機的內(nèi)電勢Eq和等值機的的內(nèi)部電壓Ut之間的關(guān)系，功角等于90°時對應(yīng)的約束表達式為：

其中：P為背壓發(fā)電機有功，Q為背壓發(fā)電機無功，Xdz為背壓發(fā)電機的d軸同步電抗。

將背壓發(fā)電機參數(shù)值代入公式(2)后，得出背壓發(fā)電機靜穩(wěn)極限的具體值為：

從式(3)可以看出，靜穩(wěn)約束在(P，Q)坐標(biāo)系下是圓曲線，對進相起到主要約束作用的是坐標(biāo)軸第4象限的曲線。Xc越大，對應(yīng)靜穩(wěn)極限圓越小，發(fā)背壓發(fā)電機允許進相的范圍越小。

討論復(fù)合材料補片種類的不同對修復(fù)效果的作用，分別采用硼/環(huán)氧樹脂、碳/環(huán)氧樹脂和玻璃纖維材料的補片對損傷結(jié)構(gòu)進行再制造膠粘修復(fù)。圖7給出復(fù)合材料補片種類對修復(fù)效果的作用，圖8所示為補片種類作為變量時裂紋尖端半橢圓中心角α為0°和90°處對應(yīng)的修復(fù)效果。

2.2 功角約束

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1523—2016《同步發(fā)電機進相試驗導(dǎo)則》的規(guī)定，功角的計算公式為：

其中：δ為背壓發(fā)電機功角。

根據(jù)GB/T 7064—2008《隱極同步電機技術(shù)要求》規(guī)定，進相運行時發(fā)電機功角不宜大于70°，取進相運行時允許運行的最低機端電壓為0.9 p.u.，Xdz取1.89 p.u.，則公式(3)可改寫為：

從式(5)可看出，在最大功角約束條件下，背壓發(fā)電機的有功和無功呈一次線性關(guān)系，P=0時，對應(yīng)的最大無功進相值為-0.4073 p.u.。當(dāng)Q=0時，P=1.12 p.u.。該曲線與發(fā)電機勵磁規(guī)范中推薦的默認進相曲線基本一致，說明該曲線在一定程度上代表背壓發(fā)電機的進相規(guī)律。

2.3 最大定子電流約束

背壓發(fā)電機定子電流的表達式為：

背壓發(fā)電機在進相運行時定子電流不應(yīng)該大于1.05 p.u.，考慮機端電壓為最小值0.9 p.u.，則式(6)對應(yīng)有功和無功約束條件為：

從式(7)可看出，在最大定子電流約束條件下，進相的有功和無功約束條件為圓，圓心為原點，圓的半徑為1.0 p.u.左右。

2.3 最小轉(zhuǎn)子電流約束

其中：If為背壓發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流。

進相運行時要求發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流最小值為0.1倍額定轉(zhuǎn)子電流。將式(8)進行變形可得：

從式(9)可以看出，在最小勵磁電流約束條件下，背壓發(fā)電機的有功和無功呈現(xiàn)圓特性，圓心在Q軸的負半軸，半徑為0.1倍額定空載轉(zhuǎn)子電流。

將背壓發(fā)電機參數(shù)值代入式(9)中，可得最小勵磁電流的約束條件為：

2.4 失磁保護約束

發(fā)電機失磁保護定值一般使用(R，X)坐標(biāo)整定，但實際勵磁限制曲線在(P，Q)坐標(biāo)下，因此需要將兩者進行轉(zhuǎn)化，失磁保護異步失穩(wěn)圓轉(zhuǎn)化到(P，Q)坐標(biāo)系統(tǒng)的約束曲線表達式為：

其中：為背壓發(fā)電機d軸瞬態(tài)電抗，將背壓發(fā)電機參數(shù)代入式(11)，可得出式(11)對應(yīng)圓的具體數(shù)值為：

可知，在失磁保護約束條件下，背壓發(fā)電機的有功和無功呈現(xiàn)圓的特性，圓心在Q軸的負半軸，半徑為發(fā)電機參數(shù)和機端電壓組成的函數(shù)。

2.5 仿真分析

根據(jù)上述幾種約束條件后，可得出低勵限制參數(shù)的大致選擇范圍?？傮w而言，低勵限制的約束條件可以分為3類。

(1) 第一類為內(nèi)部圓約束，如靜穩(wěn)極限和最大定子電流，該類約束的特點是穩(wěn)定條件為封閉圓圈，超過圓外的范圍認為是低勵限制的不可行條件。

(2) 第二類為直線約束，如最大功角限制，此類約束的特點是開放性直線，將(P，Q)界面劃分為兩部分，低勵限制需要在該直流的左上方，如在直線的右下方則認為是不可接受的低勵限制范圍。

(3) 第三類也是圓約束，如最小勵磁電流和失磁保護，圓外為不安全的低勵限制運行范圍，圓內(nèi)則是可接受的低勵限制運行范圍。

根據(jù)公式(2)～(9)，得出對應(yīng)的穩(wěn)定低勵限制運行范圍，對應(yīng)的曲線如圖2所示。

圖2 低勵限制的約束曲線

圖2 中，有功和無功是以背壓發(fā)電機視在功率和額定機端電壓為基準(zhǔn)計算。背壓發(fā)電機約束曲線主要由兩部分組成，在發(fā)電機有功出力很小時，受到最小轉(zhuǎn)子電流約束，其余部分受到最大功角限制。說明小型背壓發(fā)電機在實際進相運行和配置低勵限制參數(shù)時，關(guān)注最大功角即可。背壓發(fā)電機勵磁低勵限制曲線可以配置成與最大功角曲線一致。

3 結(jié)束語

針對背壓發(fā)電機接入火電廠工程的低勵限制約束中靜穩(wěn)極限約束、最大定子電流、最小轉(zhuǎn)子電流、失磁保護、最大功角約束等方面進行了分析計算，確定了背壓發(fā)電機實際運行中的運行約束安全邊界，計算結(jié)果對背壓發(fā)電機的進相運行和低勵限制參數(shù)配置工作提供了一定參考。