发电机组励磁系统参数整定研究分析

2021-02-14陈智杰

应用能源技术 2021年12期

陈智杰

(广西桂能科技发展有限公司，南宁 530007)

0 引言

发电机励磁控制系统对电力系统的静态稳定、动态稳定性和临时稳定性有重要影响。如果使用不同的励磁系统模型和参数来计算电力系统的稳定性，计算结果会有很大差异，因此，要使计算结果真实可靠，必须正确反映数学模型和实际运行方式的参数[1]。

在过去，大多数电网采用的是 E、Q恒定发电机模型或励磁系统模型，计算参数与实际情况相差甚远。随着国电力系统工程的不断扩大，对电力系统稳定性计算提出了更高的要求。新的稳定性指南要求发电机采用准确的模型，并要求在计算中使用实际励磁系统模型和参数[2]。

发电机励磁系统的性能对电力系统的稳定性有很大的影响。励磁系统的性能取决于其参数的设置。正确的参数设置可以提高系统的稳定性，励磁系统动态性能技术指标主要包括电力系统中PID和PSS环节参数优化整定[3]。在电力系统仿真计算中存在的问题如：电力系统设计初阶段，拟建机组励磁系统的模型和参数未知；电力系统运行阶段中，实际励磁系统的模型和参数难于获取；此外，由于采用电力系统分析计算软件的励磁系统模型和参数不一致等以上情况均需设计性能符合电力系统标准的励磁系统模型和参数。

为解决上述问题本文提出一种励磁系统参数整定方法本文以EXC9100型励磁调节器的PID和PSS模型为例，对励磁系统参数进行识别和优化，并给出一组符合国家标准的动态性能参数进行仿真计算或研究[4]。仿真结果表明，本文提出的励磁系统参数整定方法是有效可行的。

1 设备现状

该厂发电机励磁系统采用自并励励磁系统装置。励磁系统由励磁变、整流器、AVR调节装置、启励装置、灭磁开关、过电压保护等组成。励磁系统正常灭磁为逆变灭磁，事故情况下，由于保护动作联跳灭磁开关，发电机的灭磁只能通过非线性电阻灭磁，发电机励磁系统规范见表1。

表1 发电机励磁系统规范

2 PID及PSS 模型

该电厂#3发电机励磁系统是自并励励磁系统，励磁调节器为广州擎天实业有限公司生产的EXC9100型励磁调节器。虽然该厂的PID参数能够满足发电机空载阶跃响应性能，但是由于PSS处于低频段的正阻尼作用不理想消弱了阻尼，为了满足励磁系统动态相应特性和增强抑制低频震荡，所以需要进一步进行PID和PSS参数整定研究工作。励磁调节器PID模型框图如图1所示，PSS框图如图2所示。

图1 发电机励磁系统PID模型框图

图2 发电机励磁调节器PSS框图

3 励磁调节器AVR参数优化整定分析

3.1 励磁调节器AVR 中的 PID参数优化

目前，电力系统的情况大不相同。根据发电机空载试验和PID参数的确定，在发电机并网后PID参数需进一步优化，励磁调节器AVR中的PID参数优化主要考虑发电机组并网时PID调速器设计参数的优化和整定，使励磁控制系统能更好地适应电网的运行，保证电力系统更好的稳定性[5]。

当发电机组并网时，通过在发电机末端应用一个小的无功阶跃符号来研究机组电压和功率的动态响应。优化励磁调节器AVR 中的 PID参数的目的是：在发电机组并网时调整测量在线的PID参数，为了更好的优化并网连接机组动态时域响应的超额调节量、时间增加、调整时间、振荡频次和阻尼比等指标达到最佳[6]。

3.2 励磁系统的电力系统稳定器(PSS)参数优化

目前，电力系统抑制低颇振荡最佳的可靠措施仍然是加装电力系统稳定器(PSS)，而在电力系统低频振荡分析中较理想的算法是采用普罗尼算法能够估算给定信号的频率、衰减、幅值、阻尼因子、相位等。文中对该厂某时段仿真结果进行分析对优化后的励磁调节器AVR中的PID参数开展励磁系统的电力系统稳定器(PSS)参数优化整定分析[7]。