CN110109011A - 一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及励磁调差系数范围确定技术领域，具体涉及一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，具体步骤包括：得到在系统故障条件下、在负荷波动条件下、对应于不同励磁器类型、对应于不同地理位置的机组励磁调差系数的可变化范围，并对所取得的各个机组励磁调差系数的可变化范围去交集，最好进行修正，本发明使对发电机励磁调差系数的计算有了统一、适用的方法，形成了统一的、操作性强的分析计算体系。本发明提出的方法对发电机励磁调差系数的确定工作具有明确的指导作用，可以做到参数的确定有明确依据，可操作性强，且能够大幅度提高励磁调差系数的整定计算工作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及励磁调差系数范围确定技术领域，具体涉及一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法。
背景技术
励磁系统是发电机系统中重要的组成部分，通过对励磁系统参数（主要是励磁电流）进行调节，调整发电机出口电压、电流以及无功功率，进而实现对发电机运行状态的调整和改变。发电机运行状态的改变，又会对整个电力系统的运行和状态产生重要的影响。
电力系统在运行过程中，负荷处于持续变化的过程，具有较强的随机性和波动性，同时系统中还有可能出现故障及扰动，这些状态均会造成系统无功功率的显著变化（特别是无功功率增加的情况），若发电机励磁系统不进行调整，还维持励磁电流恒定，则会造成发电机出口电压的降低。因此需要根据发电机出口电压的变化，对励磁系统的励磁电流进行调节，以使发电机组出口电压维持在设定值。
发电机励磁调差系数是反映发电机无功电压外特性的重要指标，即反映的是发电机机端电压对无功变化的变化率。发电机励磁调差系数可用如下公式描述：
；
依据发电机励磁调差系数的变化范围，可将其分为3类，即：正调差、副调差及零调差，如图2所示。
发电机励磁调差系数整定的合理与否会对机组乃至系统的稳定运行产生重要的影响。若设置不合理，当系统波动造成无功变化时，机组电压的变化有可能会对系统波动起助增作用，影响机组及系统的安全稳定。
当前发电机组的调差系数多由励磁系统厂家提供设定，直接给出的是一个单一、固定的数值，由运行部门结合系统运行的实际情况后再进行适当调整。当前采用的这种发电机励磁调差系数定值的确定方法存在的缺点是定值的计算缺乏明确的计算依据，即计算方法不成体系，缺乏普遍适用性，发电机组励磁调差系数的设定不具有较强的可操作性。同时，在事故过后也只能依据故障录波数据及现场运行的经验对定值进行适当调整，对于定值的合理性、有效性及相关影响因素难以进行系统、有效的评估。
近年来对发电机励磁调差系数的研究多集中在对参数的优化计算以及励磁调差系数对其他因素的影响方面。如：“基于电网运行数据集的发电机励磁系统调差系数优化整定[J]. 电网技术,2017,41(2):508-513.”提出了基于电网运行数据集的发电机励磁系统调差系数优化整定方法、“励磁系统调差系数优化整定存在的风险分析[J].电力系统自动化,2015,39(20):141-145.”对采用负调差对机组的安全稳定运行带来的潜在风险进行了全面梳理和研究、“同步发电机励磁调差系数对电力系统影响分析及其优化配置方法研究[J]. 湖北电力,2016,40(12):43-48.”提出了调差系数的优化配置方法，即单元制接线机组应设置负调差，以提升机组对系统的无功支撑能力，而对于机端并列机组应采用正调差，以保证机组间无功合理稳定分配、“提高电网电压水平的发电机励磁系统调差系数优化整定研究[D] .吉林：东北电力大学，2014.”从提高电网电压水平的角度出发，以电压波动最小为目标函数，以电网潮流为约束条件进行发电机励磁调差系数的计算、“改善发电机阻尼的励磁系统调差系数优化设计[J].制造业自动化,2018,40(11):69-71.” 提出了一种基于改善发电机动态阻尼的励磁系统调差系数优化方法。
以上文献的研究内容均涉及发电机励磁调差系数的计算，方法多从电网的角度对发电机励磁调差系数进行研究，并未考虑不同类型励磁的发电机组在运行特性及动态响应上的差异性，即未考虑发电机组自身存在的显著差异性因素。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，具体技术方案如下：
一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，包括以下步骤：
S1：在系统故障条件下对发电机组动态响应特性进行分析，得到不同类型发电机组在实现良好动态性能条件下的励磁调差系数的可变化范围（X1l，X1h）；
S2：在负荷波动条件下对发电机组动态特性进行分析，确定对应该类型发电机组的励磁调差系数的可变化范围（X2l，X2h）；
S3：依据建立的包含不同类型发电机组的区域电网的电磁暂态计算模型，确定对应于不同励磁器类型发电机组分组的励磁调差系数的可变化范围（X31l，X31h），以及对应于不同地理位置发电机组分组的励磁调差系数的可变化范围（X32l，X32h）；
S4：对步骤S1-S3所得到的励磁调差系数的可变化范围进行综合分析，得到满足各种故障、扰动条件下的满足机组励磁器类型差异、地理位置差异的机组励磁调差系数的可变化范围（Xl，Xh）；
S5：对步骤S4得到的励磁调差系数的可变范围（Xl，Xh）进行可靠性校正，得到发电机励磁调差系数的最佳可调范围（Xzl，Xzh）。
优选地，所述步骤S1中是以电磁暂态仿真软件作为分析工具，针对采用特定类型励磁器的发电机组建立单机无穷大系统，设置典型电力系统故障为交流系统三相短路故障；在励磁调差系数可能的设置范围内连续调整其数值，在每个设定的调差系数下分析系统故障过程中由于无功功率输出的变化造成的机端电压动态响应是否有利于维持系统稳定，仅保留可使系统维持稳定的励磁调差系数变化范围（X1h，X1l）。
优选地，所述步骤S2中是在励磁调差系数可能设置的范围内连续调整其数值，分别进行负荷阶跃仿真计算，分析发电机机端正序电压波动峰值是否超过系统运行所允许的电压偏移范围，仅保留未引起发电机机端正序电压波动峰值超过系统运行所允许的电压偏移范围所对应的励磁调差系数变化范围（X2l，X2h）。
优选地，所述步骤S3中根据系统运行的实际情况选定影响系统稳定的薄弱节点，影响系统稳定的薄弱节点由电网运行方式报告中明确，基于步骤S1中所述电磁暂态仿真软件建立包含系统薄弱节点的区域电网仿真分析模型，按机组励磁器类型以及区域内地理位置两个指标分别对区域内的发电机组的励磁调差系数进行可能范围内的统调，仅保留满足薄弱节点电压稳定的情况下所对应的发电机组的励磁调差系数的变化范围（X31l，X31h）及（X32l，X32h）。
优选地，所述步骤S4中得到的机组励磁调差系数的可变化范围（Xl，Xh）为步骤S1-S3中所确定励磁调差系数的可变化范围的交集，即（Xl，Xh）=（X1l，X1h）∩（X2l，X2h）∩（X31l，X31h）∩（X32l，X32h）。
优选地，所述步骤S5中励磁调差系数的最佳可调范围（Xzl，Xzh）= [Xl·(1+K rel)，Xh·(1-K rel)]。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，使对发电机励磁调差系数的计算有了统一、适用的方法，形成了统一的、操作性强的分析计算体系。本发明提出的方法对发电机励磁调差系数的确定工作具有明确的指导作用，可以做到参数的确定有明确依据，可操作性强，且能够大幅度提高励磁调差系数的整定计算工作的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是考虑励磁调差系数的单机无穷大系统仿真模型；
图2是发电机励磁调差特性曲线。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
以一台带有静止自并励励磁系统的发电机组为例介绍本发明的技术方案，一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，包括以下步骤：
S1：在系统故障条件下对发电机组动态响应特性进行分析，得到不同类型发电机组在实现良好动态性能条件下的励磁调差系数的可变化范围（X1l，X1h）。首先以电磁暂态仿真软件作为分析工具，针对采用特定类型励磁器的发电机组建立单机无穷大系统，设置典型电力系统故障为交流系统三相短路故障。单机无穷大系统模型如图1所示，单机无穷大系统模型中发电机、励磁器、主变的参数如表1—表3所示：
表1 发电机运行参数
| 电机额定容量 | 31.25 |
| 电机功率因数 | 0.8 |
| 直轴次暂态电抗Xd'' | 0.2074 |
| 交轴次暂态电抗Xq'' | 0.2194 |
| 直轴次暂态时间常数Td0'' | 0.022 |
| 交轴次暂态时间常数Tq0'' | 0.062 |
| 发电机动能（MW*秒） | 88.23 |
| 电机标幺参数的基准容量 | 31.2 |
| 定子电阻（标幺值） | 0 |
| 直轴暂态电抗Xd'(标幺值) | 0.3038 |
| 交轴暂态电抗Xq'(标幺值) | 0.6815 |
| 直轴不饱和同步电抗Xd(标幺值) | 1.086 |
| 交轴不饱和同步电抗Xq(标幺值) | 0.6815 |
| 直轴暂态开路时间常数Td0'(秒) | 5.75 |
| 交轴暂态开路时间常数Tq0'(秒) | 0.15 |
| 定子漏抗(标幺值) | 0 |
| 额定电压时电机饱和系数 | 0.084 |
| 1.2倍额定电压时电机饱和系数 | 0.36 |
| 电机阻尼转矩系数百分数 | 0 |
表2 励磁器运行参数
| 调节器输入滤波器时间常数TR | 0.01 |
| 调节器增益K | 42 |
| 比例积分或纯积分调节选择因子KV | 1 |
| 电压调节器时间常数T1 | 0.01 |
| 电压调节器时间常数T2 | 0.01 |
| 电压调节器时间常数T3 | 1 |
| 电压调节器时间常数T4 | 6.26 |
| 调节器增益KA | 4.71 |
| 调压器放大器的时间常数TA | 0.01 |
| 调压器稳定回路增益KF | 0 |
| 调压器稳定回路时间常数TF | 0.01 |
| 调节器最大内部电压VAMAX | 10 |
| 调压器最小内部电压VAMIN | -10 |
| 电压调节器最大输出VRMAX | 4.33 |
| 电压调节器最小输出VRMIN | -3.7 |
| 换相电抗的整流器负载因子KC | 0.077 |
表3 主变运行参数
在励磁调差系数可能的设置范围内连续调整其数值，励磁调差系数可能的变化范围初定不超出±10%，在此范围内，在每个设定的调差系数下分析系统故障过程中由于无功功率输出的变化造成的机端电压动态响应是否有利于维持系统稳定，仅保留可使系统维持稳定的励磁调差系数变化范围（X1h，X1l），确定有益于系统稳定的调差系数可变化范围为（-10%，-1%）。
S2：在负荷波动条件下对发电机组动态特性进行分析，确定对应该类型发电机组的励磁调差系数的可变化范围（X2l，X2h）。具体为：在励磁调差系数可能设置的范围内连续调整其数值，分别进行负荷阶跃仿真计算，分析发电机机端正序电压波动峰值是否超过系统运行所允许的电压偏移范围，仅保留未引起发电机机端正序电压波动峰值超过系统运行所允许的电压偏移范围所对应的励磁调差系数变化范围（X2l，X2h），通过对负荷扰动过程中机组机端电压波动响应情况分析，满足允许的电压偏移范围下对应的励磁调差系数的可变化范围为（-9%，-5%）。
S3：依据建立的包含不同类型发电机组的区域电网的电磁暂态计算模型，确定对应于不同励磁器类型发电机组分组的励磁调差系数的可变化范围（X31l，X31h），以及对应于不同地理位置发电机组分组的励磁调差系数的可变化范围（X32l，X32h），具体为：根据系统运行的实际情况选定影响系统稳定的薄弱节点，影响系统稳定的薄弱节点由电网运行方式报告中明确，基于步骤S1中所述电磁暂态仿真软件建立包含系统薄弱节点的区域电网仿真分析模型，按机组励磁器类型以及区域内地理位置两个指标分别对区域内的发电机组的励磁调差系数进行可能范围内的统调，仅保留满足薄弱节点电压稳定的情况下所对应的发电机组的励磁调差系数的变化范围（X31l，X31h）及（X32l，X32h）。
S31：建立包含该机组的区域电网仿真分析模型，对区域内的发电机组按励磁器类型分组，在可能的变化范围下分别对每组机组进行调差系数的统调，满足系统电压及功率稳定要求所对应的励磁调差系数的可变化范围为（-7%，-5%）。
S32:对区域内的发电机组按地理位置分组，在可能的变化范围下分别对每组机组进行调差系数的统调，满足系统电压及功率稳定要求所对应的励磁调差系数的可变化范围为（-7%，-4%）。
S4：对步骤S1-S3所得到的励磁调差系数的可变化范围进行综合分析，得到满足各种故障、扰动条件下的满足机组励磁器类型差异、地理位置差异的机组励磁调差系数的可变化范围（Xl，Xh）；得到的机组励磁调差系数的可变化范围（Xl，Xh）为步骤S1-S3中所确定励磁调差系数的可变化范围的交集，即（Xl，Xh）=（X1l，X1h）∩（X2l，X2h）∩（X31l，X31h）∩（X32l，X32h），即得到的励磁调差系数可变化范围为（-7%，-5%）。
S5：对步骤S4得到的励磁调差系数的可变范围（Xl，Xh）进行可靠性校正，得到发电机励磁调差系数的最佳可调范围（Xzl，Xzh）。励磁调差系数的最佳可调范围（Xzl，Xzh）= [Xl·(1+K rel)，Xh·(1-K rel)]。在本实施例中可靠系数为K rel取0.1，则发电机励磁调差系数的最佳可调范围为（-6.3%，-5.5%）。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在系统故障条件下对发电机组动态响应特性进行分析，得到不同类型发电机组在实现良好动态性能条件下的励磁调差系数的可变化范围（X1l，X1h）；
S2：在负荷波动条件下对发电机组动态特性进行分析，确定对应该类型发电机组的励磁调差系数的可变化范围（X2l，X2h）；
S3：依据建立的包含不同类型发电机组的区域电网的电磁暂态计算模型，确定对应于不同励磁器类型发电机组分组的励磁调差系数的可变化范围（X31l，X31h），以及对应于不同地理位置发电机组分组的励磁调差系数的可变化范围（X32l，X32h）；
S4：对步骤S1-S3所得到的励磁调差系数的可变化范围进行综合分析，得到满足各种故障、扰动条件下的满足机组励磁器类型差异、地理位置差异的机组励磁调差系数的可变化范围（Xl，Xh）；
S5：对步骤S4得到的励磁调差系数的可变范围（Xl，Xh）进行可靠性校正，得到发电机励磁调差系数的最佳可调范围（Xzl，Xzh）。
2.根据权利要求1所述的一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，其特征在于：所述步骤S1中是以电磁暂态仿真软件作为分析工具，针对采用特定类型励磁器的发电机组建立单机无穷大系统，设置典型电力系统故障为交流系统三相短路故障；在励磁调差系数可能的设置范围内连续调整其数值，在每个设定的调差系数下分析系统故障过程中由于无功功率输出的变化造成的机端电压动态响应是否有利于维持系统稳定，仅保留可使系统维持稳定的励磁调差系数变化范围（X1h，X1l）。
3.根据权利要求2所述的一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，其特征在于：所述步骤S2中是在励磁调差系数可能设置的范围内连续调整其数值，分别进行负荷阶跃仿真计算，分析发电机机端正序电压波动峰值是否超过系统运行所允许的电压偏移范围，仅保留未引起发电机机端正序电压波动峰值超过系统运行所允许的电压偏移范围所对应的励磁调差系数变化范围（X2l，X2h）。
4.根据权利要求3所述的一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，其特征在于：所述步骤S3中根据系统运行的实际情况选定影响系统稳定的薄弱节点，影响系统稳定的薄弱节点由电网运行方式报告中明确，基于步骤S1中所述电磁暂态仿真软件建立包含系统薄弱节点的区域电网仿真分析模型，按机组励磁器类型以及区域内地理位置两个指标分别对区域内的发电机组的励磁调差系数进行可能范围内的统调，仅保留满足薄弱节点电压稳定的情况下所对应的发电机组的励磁调差系数的变化范围（X31l，X31h）及（X32l，X32h）。
5.根据权利要求1所述的一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，其特征在于：所述步骤S4中得到的机组励磁调差系数的可变化范围（Xl，Xh）为步骤S1-S3中所确定励磁调差系数的可变化范围的交集，即（Xl，Xh）=（X1l，X1h）∩（X2l，X2h）∩（X31l，X31h）∩（X32l，X32h）。
6.根据权利要求1所述的一种确定发电机组励磁调差系数最佳范围的方法，其特征在于：所述步骤S5中励磁调差系数的最佳可调范围（Xzl，Xzh）= [Xl·(1+K rel)，Xh·(1-K rel)]。
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