励磁系统实测模型参数对山东电网稳定计算的影响

贾善杰 ，吴奎华 ，梁 荣 ，王 宏

（1.山东电力经济技术研究院，山东 济南 250001；2.山东蓬莱东海热电有限公司，山东 烟台 265609）

随着励磁系统建模工作的开展，实测励磁模型参数已逐步应用于电力系统的稳定计算，并用以指导电力生产。使用实测励磁模型参数必然会给电网的稳定计算结果带来较大影响［1-2］。因此，有必要对这种影响进行定量分析，以更好地服务于电网安全稳定运行。

在计算研究中，采用中国版BPA稳定计算程序，计算数据为某年山东电网夏季最大运行方式数据。以山东电网两个功率断面为例，比较发电机采用 E′q恒定模型和采用 E″d、E″q变化及实测励磁模型参数对静态稳定极限和暂态稳定极限的影响。功率断面1为一个局部断面，如图1所示。包括聊城—长清两条500 kV输电线路，是聊城与山东电网其余部分的输电通道。功率断面2如图2所示。为一个完整断面，包括以下几条500 kV线路：淄博—潍坊，一回；淄川—益都，两回；鲁中—琅琊，一回；枣庄—沂蒙，两回。

图1 山东电网功率断面1

图2 山东电网功率断面2

1 励磁系统模型参数对静态稳定的影响

1.1 励磁控制对静态稳定的作用机理

静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。以一个单机无穷大系统为例，如图3所示。

图3 单机无穷大系统

发电机输送功率可以表示为

设Ut=1.0，Us=1.0，发电机并网后运行人员不再调整励磁。 将 Xd蒡、X′d蒡、X蒡分别代入式（1）（2）（3），则无电压调节器时的静稳极限小于能维持E′恒定的调压器时的静稳极限小于能维持发电机端电压恒定的调压器时的静稳极限。可见，当励磁控制系统能够维持发电机端电压为恒定值时，静态稳定极限都能够达到线路极限。维持发电机电压水平的能力与励磁控制系统的开环放大倍数密切相关，开环放大倍数越大维持发电机电压水平的能力越强，降低开环放大倍数不但达不到国标提出的对发电机端电压静差率的技术指标要求，而且会降低电力系统静态稳定极限［3］。

1.2 山东电网功率断面静态稳定仿真分析

1.2.1 功率断面1

发电机分别采用 E′q恒定模型和 E″d、E″q变化模型（使用实测励磁模型参数），对聊城外送断面两回500 kV线路的静态稳定极限进行比较研究。采用实用静稳定极限分析方法，在无任何故障情况下，将聊城地区部分机组连续快开汽门，山东电网其余部分机组连续快关汽门，使聊城—长清两回500 kV输电线路功率连续增加。观察输电线路功率变化曲线，线路输送功率超过极限值后失去稳定，线路功率曲线上升到顶后开始迅速下降，该顶值处的功率即是该线路的静态稳定极限。计算结果见图 4、图 5、表 1。

图4 E′q恒定模型断面1静稳极限

图5 励磁实测模型断面1静稳极限

表1 采用E′q恒定模型和励磁实测模型的静稳极限比较

在山东电网发电机全部采用E′q恒定模型时，断面1的静稳极限是2935 MW，在山东电网发电机全部采用E″d、E″q变化模型和实测励磁参数时，断面1的静稳极限是3871 MW。 采用E″d、E″q变化模型和实测励磁参数的静稳极限比采用E′q恒定模型的静稳极限增加936 MW，提高了31.9%。

1.2.2 功率断面2

采用与1.2.1相同的方法，对断面2各条线路的静态稳定极限进行了比较研究。计算结果见图6、图 7、表 2。

图6 E′q恒定模型断面2500 kV线路静稳极限

图7 励磁实测模型断面2500 kV线路静稳极限

表2 采用E′q恒定模型和励磁实测模型的静稳极限比较

在山东电网发电机全部采用E′q恒定模型时，断面2的静稳极限是6187 MW，在山东电网发电机全部采用E″d、E″q变化模型和实测励磁参数时，断面 2 的静稳极限是 7436 MW。采用 E″d、E″q变化模型和实测励磁参数的静稳极限比采用E′q恒定模型的静稳极限增加1249 MW，提高了20.2%。

2 励磁系统模型对暂态稳定功率极限的影响

2.1 励磁控制对暂态稳定的作用机理

暂态稳定是指电力系统受到大扰动后，各同步机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力。励磁控制系统对暂态稳定的作用主要由三个因素决定［4］：励磁系统强励顶值倍数、励磁系统标称响应、励磁系统强励倍数的利用程度。

励磁系统强励顶值倍数。提高励磁系统强励倍数，可以在需要时为发电机组提供更高的励磁电压，从而更好地维持发电机端电压水平，提高电力系统暂态稳定性。

励磁系统标称响应（励磁电压响应比）。励磁系统标称响应越大，励磁系统输出电压达到顶值的时间越短，对提高暂态稳定越有利。励磁电压响应比，主要由励磁系统的型式决定。同时，励磁控制器的控制规律及参数对电压响应比也起到重要作用。增大励磁控制系统的开环放大倍数可以提高励磁电压响应比，同时也提高了电压调节精度。

励磁系统强励倍数的利用程度。充分利用励磁系统强励倍数，也是发挥励磁系统改善暂态稳定作用的重要因素。如果电力系统发生故障，励磁系统的输出电压达不到顶值，或者维持顶值的时间过短，它的强励倍数就没有得到充分利用，改善暂态稳定的效果也不好。充分利用励磁系统强励倍数的措施之一，就是提高励磁控制系统的开环放大倍数，开环放大倍数越大，强励倍数利用越充分，调压精度也越高，也就越有利于改善电力系统暂态稳定性。

2.2 山东电网功率断面暂态稳定仿真分析

2.2.1 功率断面1

故障方式1：聊城—长清第I回线路，聊城侧三相接地永久性短路故障，1.0 s发生故障，1.09 s跳开故障线路聊城侧开关，1.1 s跳开故障线路长清侧开关。在山东电网发电机分别采用E′q恒定模型和 E″d、E″q变化模型两种情况下，对断面 1 两回500 kV线路的暂态稳定极限进行比较研究。计算结果如图8、9所示。

图8 E′q恒定模型断面1暂稳极限

图9 励磁实测模型断面1暂稳极限

对于故障方式1，采用实测励磁系统模型参数，聊城—长清两回500 kV线路断面的暂稳极限为2144MW；采用E′q恒定模型，聊城—长清两回500kV线路断面的暂稳极限为2094 MW。采用实测励磁系统模型比采用E′q恒定模型，断面1的暂稳极限提高了50 MW，暂稳极限提高2.4%。

2.2.2 功率断面2

故障方式2，枣庄—沂蒙第I回线路，枣庄侧三相接地永久性短路故障，1.0 s发生故障，1.09 s跳开故障线路枣庄侧开关，1.1 s跳开故障线路沂蒙侧开关。山东电网的发电机分别采用E′q恒定模型和 E″d、E″q变化模型，对断面 2 的 6 条 500 kV 线路暂稳极限进行比较研究。计算结果如图10、11所示。

对于故障方式2，采用实测励磁系统模型参数，断面2的暂稳极限为6166 MW；采用E′q恒定模型，断面2的暂稳极限为5644 MW。采用实测励磁系统模型比采用E′q恒定模型，断面2的暂稳极限提高了522 MW，暂稳极限提高9.2%。

图10 E′q恒定模型断面2暂稳极限

图11 励磁实测模型断面2暂稳极限

3 结语

通过 E′q恒定模型和 E″d、E″q变化及实测励磁模型参数对山东电网两个功率断面稳定计算结果的影响研究，可以看出采用 E″d、E″q变化模型和实测励磁系统参数能够显著提高系统的静态稳定功率极限和暂态稳定功率极限。把其应用于电网运行计算，能够有效提高电网运行的安全及经济性。

［1］王新，锁军，陈宣凯，等.实测励磁系统模型和参数对电力系统稳定极限计算的重要性［J］.陕西电力，2007（1）：21-23.

［2］石雪梅，汪志宏，桂国亮，等.发电机励磁系统数学模型及参数对电网动态稳定性分析结果影响的研究［J］.继电器，2007，35（21）：22-27.

［3］刘增煌，朱方.华东电网励磁实测建模校核方法及实测模型应用对华东电网稳定水平计算结果影响研究［R］.中国电力科学研究院技术报告，2004，8.

［4］李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用［M］.北京：中国电力出版社，2002.