發電廠勵磁系統涉網試驗分析研究

曹慧明

摘要：電網系統作為國家重點發展的項目之一，在電網的發展中也發現了不少的問題，這些問題對電網系統的發展產生了阻礙，個別問題甚至會影響整個電網系統的正常運轉，因此本文探討了對電網進行控制的勵磁系統。

關鍵詞：勵磁系統;PSS 試驗;進相試驗

前言：

為了強化控制電網力度，相關的技術人員設計了能夠解決電力系統故 障問題的勵磁系統，能夠在極大限度上保障電網系統的穩定性與安全性。

一、勵磁系統概述

勵磁系統的作用主要就是供給發電機轉子繞組的直流電源。同步發電 機勵磁系統一般由勵磁功率單元和勵磁調節器等部分組成。勵磁功率單元 包括整流裝置及其交流電源，它向發電機的勵磁繞組提供直流勵磁功率;勵磁調節器，感受發電機電壓及運行工況的變化，自動地調節勵磁功率單 元輸出勵磁電流的大小，以滿足系統運行要求。

二、勵磁系統涉網試驗

1.發電機勵磁系統模型參數測試及 PSS 試驗

發電機勵磁系統模型參數測試及 PSS 試驗對電網以及機組的穩定可靠 運行極為重要。電力系統穩定器（PSS） 能有效抑制低頻振蕩，提高電力系 統穩定性，試驗目的在于驗證 PSS 對低頻振蕩的抑制效果，并確定抑制作 用最大化的參數整定值。

2.1 勵磁系統模型參數測試

（1）發電機空載特性試驗

發電機的空載特性試驗是指發電機在額定空載轉速下，獲取發電機機 端電壓隨勵磁電流變化關系曲線的試驗。通過空載特性試驗可以檢查定子 三相電壓的對稱性，觀察勵磁系統的工作情況。利用發電機空載額定勵磁 電壓、勵磁電流和機端電壓等數據，為勵磁系統標幺值計算和發電機時間常數的確定提供依據。

（2）發電機空載時間常數試驗

在發電機空載條件下，將發電機電壓升至 70%，然后切斷可控硅整流 橋控制脈沖電源，用 WFLC 電量記錄分析儀測錄發電機電壓變化曲線，計算發電機空載時間常數。

（3）靜態放大倍數測量

發電機維持額定轉速，發電機空載，將發電機定子電壓、勵磁電壓、 勵磁電流接入 WFLC 電量記錄分析儀。退出調節器積分環節，降低比例放 大倍數，逐漸改變給定電壓，同時測量發電機定子電壓、勵磁電壓、給定電壓。

（4）發電機空載階躍響應試驗

用勵磁調節器升壓到發電機空載額定值的 95%，進行±5%階躍響應試 驗，用電量記錄分析儀記錄發電機電壓、轉子電壓和電流即發電機空載階 躍響應曲線，調整勵磁調節器 PID 參數應該使發電機電壓階躍響應的超調量、振蕩次數等性能指標滿足要求。（調節器的 PID 參數一般不做調整）

（5）最大/最小?角試驗

通過勵磁調節器調整發電機電壓為 50%額定電壓進行±20%階躍試 驗。用 WFLC 電量記錄分析儀測錄發電機電壓、轉子電壓、轉子電流。

（6）調差極性校驗

發電機并網運行，保持給定電壓不變，逐步改變 AVR 調差系數。分 別在特定的調差系數記錄發電機無功功率、發電機電壓等值。發電機無功 功率、發電機電壓應呈現上升趨勢。

2.2 PSS 試驗

（1）勵磁系統無補償特性測試

在 PSS 輸出信號迭加點輸入白噪聲信號（PSS 退出運行），用動態信號 分析儀測量發電機電壓對于 PSS 輸出信號迭加點的相頻特性即勵磁系統無 補償特性。此過程發電機勵磁電壓波動較大（大約 40-50V），其它量無明 顯波動，機端電壓波動小于 1%。

（2）勵磁系統無補償特性測試與 PSS 參數計算

在進行無補償特性試驗時，發電機帶額定有功，無功盡可能小，PSS 退出運行，在 PSS 輸出 AVR 的信號迭加點輸入白噪聲信號，用動態信號分 析儀測量信號疊加點到發電機電壓的相位-頻率特性，即勵磁系統無補償特 性。根據勵磁系統無補償特性和 PSS 的傳遞函數計算 PSS 相位補償特性整 定 PSS 參數。

（3） PSS 臨界增益試驗

實際上，包含發電機、勵磁系統和 PSS 的閉環控制系統具有高階、非 線性的復雜特點，提高 PSS 增益盡管可以增加某些機電振蕩模式的阻尼，但過大的 PSS 增益，也可能導致系統出現不穩定的振蕩現象，因此，PSS 實際存在一個最大增益，即臨界增益。試驗過程中，逐步增加 PSS 的增益，觀察發電機轉子電壓和無功功率的波動情況，直到出現不穩定現象為止，此時的 PSS 增益即為臨界增益。PSS 的實際增益取臨界增益的 20%-30%。

（4） PSS 效果檢驗

采用勵磁系統負載階躍試驗來檢驗 PSS 投入效果，即進行有、無 PSS 時的負載電壓階躍試驗，通過觀察 PSS 投入和退出運行時的有功功率震蕩 情況，按照相關技術標準計算測試結果，用以判斷 PSS 效果并確認 PSS 運 行參數。此次試驗中，分別在 2%、3%、4%的階躍條件下以不同的臨界增 益進行 PSS 的投退并錄波，比較 PSS 投入和退出兩種情況下有功功率的波 動情況。當退出 PSS 出現階躍時機端有功功率會有多次擺動，在投入 PSS 時功率擺動幅值以及震蕩次數會明顯減少，振蕩頻率應無明顯變化。

（5） PSS 反調試驗

由于勵磁系統存在負阻尼現象，在發電機有功功率以較快速度增加時，發電機的無功功率會發生較大的減少，反之亦然，即發生反調現象。試驗 程中在 PSS 投入的情況下，快速增減有功功率，未見對勵磁產生顯著影響，反調現象在正常范圍內，說明 PSS-2A 模型功能投入正常，。

2.3 進相試驗

在發電機正常遲相運行過程中，不斷減少發電機的勵磁電流，會使發 電機的定子電流從滯后于端電壓變為超前于端電壓，由向系統發出無功變 為向系統吸收無功，即發電機進入進相運行狀態。在進相運行時，發電機 的勵磁電流愈小發電機從系統吸收的無功愈多，也就是說發電機進相的程 度愈深。發電機的進相程度在一定范圍內，不會影響機組的穩定運行，發 電機仍應能夠保持三相電流以及三相電壓的對稱。但進相運行程度超出發 電的允許范圍，可能會導致定子端部鐵芯及其金屬結構件的溫升過高、定 子電流過高、廠用電電壓嚴重下降等一系列問題。

在發電機處于進相運行狀態時，減小勵磁電流的減小使發電機組從系 統吸收的感性無功增大，此時機端電壓會隨之降低，從而也降低了廠用電 電壓。如果發電機組的進相深度過大，可能會導致廠用母線電壓低于規定的最低電壓，因此廠用電電壓限制機組的最大進相深度。廠用電壓一般不進相深度試驗是發電機組進相運行試驗的核心環節，能夠確當發電機組的進相能力。具體方法步驟如下。

（1）由圖 1 發電機 P-Q 曲線示意圖，考慮發電機進相運行的能力和 系統的需要等因素。

（2） 發電機正常開機程序開機并網，保持發電機的額定電壓、額定轉?速，在發電機 P=0、Q=0 情況下，校定發電機零功率角（此時發電機功率?角δ=0），然后按發電機預估進相深度的要求，在機組帶 100%Pn、75%Pn、 50%Pn 和 0%Pn 的各個有功工況下進行進相檢測，在每種工況下讀取發電?機定子、轉子回路電氣量，網絡電壓、廠用母線電壓數值，讀取溫度、振?擺等參數。

（3） 在每一個有功工況進相檢測前，要求機組在遲相狀態下運行，待 讀取各項測量數據后，再緩慢降低勵磁電流，當發電機進相深度達到所要 求的欠勵限制原定值以下，此時欠勵限制動過，停留 15min，觀察發電機 失磁保護動作情況，讀取各溫度測點的溫度值和其它電氣測量值。

（4）監視機組的運行情況，步驟二如果沒有異常，再按照（表 1） 欠 勵限制臨時整定值進行整定，繼續進行發電機進相深度的檢測。應低于額定值 380V 的 95%，即 361V。

（5）做完第一個有功工況下各個進相深度檢測后，即緩慢增加勵磁電 流，待功率因數達到遲相后，緩慢調整發電機的有功功率，使其達到第二 個有功工況的功率值，重復上述第一個工況的檢測步驟，直到做完所有工 況下的進相深度，檢測即結束。

（6）根據進相運行試驗檢測深度情況，檢查發電機無功功率調節情況。在進相檢測的過程中，分別在 100%Pn、75%Pn、50%Pn 和 0%Pn 的條件下，逐次以減少 10Mvar 的無功輸出來進行進相，每次記錄一組數據，得到不同?進相深度對機端電壓、定子電流、轉子電壓、轉子電流等變量的影響關系。

結論：

綜上所述，在本文的研究中，主要對發電廠的勵磁系統的試驗進行研 究，對后續涉網試驗的綜合發展提供更有價值的理論基礎。

參考文獻：

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