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基于MATLAB的發電機甩額定無功負荷仿真試驗分析

2017-09-20 閱讀次數:3988 新聞作者:

0 引言

《同步電機勵磁系統大中型同步發電機勵磁系統技術要求GB/T7409.3-2007》5.14要求在額定功率因數下,當發電機突然甩額定負荷后,發電機電壓超調量不大于15%額定值,振蕩次數不超過3次,調節時間應不超過10s。[1]《大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件DL/T 650—1998》4.11要求勵磁控制系統應保證在發電機甩額定無功功率時發電機電壓最大值不大于額定值的115%。[2]上述國標及行標均要求在交接試驗時進行發電機甩額定無功負荷試驗,但限于現場實際條件及電網運行方式很難在符合上述工況情況下進行發電機甩負荷試驗。為此進行發電機甩額定無功負荷仿真以獲取發電機甩額定無功負荷后機端電壓變化的數據,對于確保發電機安全運行具有非常重要的現實意義。

1 設備概況

內蒙古岱海發電有限責任公司4*600MW機組采用單元接線接入電廠500kV配電裝置,500kV配電裝置采用一個半斷路器接線方式。每臺發電機組額定容量為667MVA,額定功率因數為0.9(滯后),額定有功功率為600MW,額定無功功率為290Mvar,發電機機端額定電壓為20kV,勵磁電流基值為1225.6A,勵磁電壓基值為122.6V。每臺主變額定容量為720MVA,接線組別為YN、d11,電壓變比為500/20kV。

2 動態仿真分析

在MATLAB/SIMULINK下用PSB根據如圖1所示的單機無窮大系統建立仿真模型。以此模型進行內蒙古岱海發電有限責任公司#3發電機在額定參數下運行突然甩負荷動態過程仿真分析。

圖1 單機無窮大系統

圖1 單機無窮大系統

2.1 仿真模型介紹

2.1.1 發電機仿真模型

發電機模型采用SIMULINK中的synchronous Machine pu standard模型,考慮到發電機在額定參數下運行突然甩負荷發電機鐵芯的飽和,根據現場實測發電機空載特性進行發電機飽和參數設置,其它參數根據上海電機廠提供的QFSN-600-2發電機參數進行設置。

表1  發電機飽和參數設置(Ifb=1225.6A,Ugn=20.00kV)

主變采用三相雙繞組變壓器模型,考慮到主變壓器甩額定負荷時的變壓器鐵芯飽和問題,在模型參數對飽和特性參數進行了設置。主變主要參數設置:Pn=720e6VA, fn=50Hz , 繞組1連接方式為D1(低壓側),繞組2連接方式為Yg(高壓側),電壓比為20e3/500e3,其余繞組參數及變壓器飽和特性參數均采用默認參數。

2.1.3 勵磁系統仿真模型

勵磁系統模型采用SIMULINK中的excitation system模型,其模型參數根據華北電力科學研究院有限責任公司提供的《岱海電廠3號機勵磁系統模型參數確認報告》進行設置。[3]

表2  勵磁系統(exc sys)模型參數設置

2.2仿真及其結果分析

進行仿真時power gui初始條件為P=4e7W、Q=2e7W,發電機Pm初始值為4e7W上升斜率為1/6,t=5.034s時發電機達到額定有功、額定無功工況。并網斷路器breaker初始狀態為合閘,t=10s時breaker跳閘發電機甩額定無功,t=15s仿真結束,仿真算法采用ode23tb。各圖中的有功、無功的1pu對應667MW,機端電壓的1pu對應20kV,勵磁電流1pu對應1225.6A,勵磁電壓1pu對應122.6V。圖2-圖4為仿真結果圖。

圖2額定工況甩負荷發電機有功功率波形
圖2額定工況甩負荷發電機有功功率波形

圖3額定工況甩負荷發電機無功功率波形
圖3額定工況甩負荷發電機無功功率波形
圖4 額定工況甩負荷發電機機端電壓波形
圖4 額定工況甩負荷發電機機端電壓波形

從圖2-圖4可以計算出,發電機用負荷前有功為0.899*667=599.633MW,無功為0.437*667=291.479Mvar,發電機機端電壓為1*20=20kV。t=10s時發電機甩負荷發電機有功變為零,無功突增后迅速變為零,發電機機端電壓最大值為1.123pu(為機端電壓額定值的112.3%),振蕩次數為0,調節時間小于2s,符合《同步電機勵磁系統大中型同步發電機勵磁系統技術要求GB/T7409.3-2007》及《大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件DL/T 650—1998》相關要求。

2.3仿真結果與現場實際甩負荷試驗結果對比分析

為驗證仿真模型及仿真數據的正確性,現利用#3機組交接試驗時的甩額定有功時的數據,在仿真模型上進行相同工況的甩額定有功仿真試驗并對仿真得出的機端電壓數據與交接試驗的數據進行比較以確認仿真模型及仿真數據的正確性。

2007年09月26日#3機組交接試驗時進行甩額定有功負荷試驗,甩負荷前有功負荷為592.3MW,無功負荷為93.1Mvar,機端電壓為19.78kV。甩負荷后有功變為0,無功突增后迅速變為0,機端電壓最大值為20.93kV,機端電壓的最大值為額定值的104.6%。

依據上述工況調整仿真圖中power gui初始條件為P=4e7W、Q=0.5e6W,發電機Pm初始值為4e7W上升斜率為1/6,t=4.968s時發電機達到上述工況。并網斷路器breaker初始狀態為合閘,t=10s時breaker跳閘發電機甩負荷,t=15s仿真結束,仿真算法采用ode23tb。各圖中的有功、無功的1pu對應667MW,機端電壓的1pu對應20kV,勵磁電流1pu對應1225.6A,勵磁電壓1pu對應122.6V。圖5-圖7為仿真結果圖。

圖5發電機甩負荷有功功率波形
圖5發電機甩負荷有功功率波形
圖6發電機甩負荷無功功率波形
圖6發電機甩負荷無功功率波形
圖7發電機甩負荷機端電壓波形
圖7發電機甩負荷機端電壓波形

從圖5-圖7可以計算出,發電機用負荷前有功為0.89*667=593.63MW,無功為0.136*667=90.712Mvar,發電機機端電壓為0.986*20=19.72kV。t=10s時發電機甩負荷發電機有功變為零,無功突增后迅速變為零,發電機機端電壓最大值為1.052pu(為機端電壓額定值的105.2%),振蕩次數為0,調節時間小于1s。機端電壓最大值與現場實驗數據的誤差為(1.052-1.046)/1.046=0.573%,仿真數據與現場具有高度的一致性,應該說利用MATLAB進行發電機甩無功仿真試驗的結果是可信的。

3 試驗改進方法

根據上述分析可以得出如下結論:只要參數設置合適,利用MATLAB進行發電機甩無功負荷試驗,其試驗結果與現場試驗結果誤差可以控制在很小的范圍內。今后對于交接試驗中的甩額定無功負荷試驗可以首先根據現場甩額定有功負荷時的數據進行對應工況的仿真試驗校核,如果仿真試驗結果與現場試驗數據一致,就可以進一步利用MATLAB進行發電機甩額定無功負荷仿真試驗。上述甩額定無功負荷仿真試驗的數據應該可以作為評判勵磁系統是否符合《同步電機勵磁系統大中型同步發電機勵磁系統技術要求GB/T7409.3-2007》5.14及《大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件DL/T 650—1998》4.11要求的依據,現場交接試驗如果不具備甩額定無功負荷的條件可以考慮不做。

4 結束語

以上利用MATLAB進行發電機甩額定無功負荷仿真分析,仿真數據與現場數據基本一致,仿真結果具有較高的可靠性。以上方法為獲取部分現場不具備試驗條件的試驗數據提供了有效途徑。

[參考文獻]

[1] 同步電機勵磁系統大中型同步發電機勵磁系統技術要求 中國國家標準化管理委員會 2007
[2] 大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件 中華人民共和國電力工業部 1998
[3] 岱海電廠3號機勵磁系統模型參數確認報告 華北電力科學研究院有限責任公司 2007

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