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基于MATLAB的发电机甩额定无功负荷仿真试验分析

发布于：2015-08-31 10:27:31 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

0 引言

《同步电机励磁系统大中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T7409.3-2007》5.14要求在额定功率因数下，当发电机突然甩额定负荷后，发电机电压超调量不大于15%额定值，振荡次数不超过3次，调节时间应不超过10s。[1]《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件DL/T 650—1998》4.11要求励磁控制系统应保证在发电机甩额定无功功率时发电机电压最大值不大于额定值的115%。[2]上述国标及行标均要求在交接试验时进行发电机甩额定无功负荷试验，但限于现场实际条件及电网运行方式很难在符合上述工况情况下进行发电机甩负荷试验。为此进行发电机甩额定无功负荷仿真以获取发电机甩额定无功负荷后机端电压变化的数据，对于确保发电机安全运行具有非常重要的现实意义。

1 设备概况

内蒙古岱海发电有限责任公司4*600MW机组采用单元接线接入电厂500kV配电装置，500kV配电装置采用一个半断路器接线方式。每台发电机组额定容量为667MVA，额定功率因数为0.9(滞后),额定有功功率为600MW，额定无功功率为290Mvar，发电机机端额定电压为20kV，励磁电流基值为1225.6A，励磁电压基值为122.6V。每台主变额定容量为720MVA，接线组别为YN、d11，电压变比为500/20kV。

2 动态仿真分析

在MATLAB/SIMULINK下用PSB根据如图1所示的单机无穷大系统建立仿真模型。以此模型进行内蒙古岱海发电有限责任公司#3发电机在额定参数下运行突然甩负荷动态过程仿真分析。

图1 单机无穷大系统

2.1 仿真模型介绍

2.1.1 发电机仿真模型

发电机模型采用SIMULINK中的synchronous Machine pu standard模型，考虑到发电机在额定参数下运行突然甩负荷发电机铁芯的饱和，根据现场实测发电机空载特性进行发电机饱和参数设置，其它参数根据上海电机厂提供的QFSN-600-2发电机参数进行设置。

主变采用三相双绕组变压器模型，考虑到主变压器甩额定负荷时的变压器铁芯饱和问题，在模型参数对饱和特性参数进行了设置。主变主要参数设置：Pn=720e6VA， fn=50Hz ，绕组1连接方式为D1(低压侧)，绕组2连接方式为Yg(高压侧)，电压比为20e3/500e3，其余绕组参数及变压器饱和特性参数均采用默认参数。

2.1.3 励磁系统仿真模型

励磁系统模型采用SIMULINK中的excitation system模型，其模型参数根据华北电力科学研究院有限责任公司提供的《岱海电厂3号机励磁系统模型参数确认报告》进行设置。[3]

2.2仿真及其结果分析

进行仿真时power gui初始条件为P=4e7W、Q=2e7W，发电机Pm初始值为4e7W上升斜率为1/6，t=5.034s时发电机达到额定有功、额定无功工况。并网断路器breaker初始状态为合闸，t=10s时breaker跳闸发电机甩额定无功，t=15s仿真结束，仿真算法采用ode23tb。各图中的有功、无功的1pu对应667MW，机端电压的1pu对应20kV，励磁电流1pu对应1225.6A，励磁电压1pu对应122.6V。图2-图4为仿真结果图。

从图2-图4可以计算出，发电机用负荷前有功为0.899*667=599.633MW,无功为0.437*667=291.479Mvar,发电机机端电压为1*20=20kV。t=10s时发电机甩负荷发电机有功变为零，无功突增后迅速变为零，发电机机端电压最大值为1.123pu(为机端电压额定值的112.3%)，振荡次数为0，调节时间小于2s,符合《同步电机励磁系统大中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T7409.3-2007》及《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件DL/T 650—1998》相关要求。

2.3仿真结果与现场实际甩负荷试验结果对比分析

为验证仿真模型及仿真数据的正确性，现利用#3机组交接试验时的甩额定有功时的数据，在仿真模型上进行相同工况的甩额定有功仿真试验并对仿真得出的机端电压数据与交接试验的数据进行比较以确认仿真模型及仿真数据的正确性。

2007年09月26日#3机组交接试验时进行甩额定有功负荷试验，甩负荷前有功负荷为592.3MW，无功负荷为93.1Mvar，机端电压为 19.78kV。甩负荷后有功变为0，无功突增后迅速变为0，机端电压最大值为20.93kV，机端电压的最大值为额定值的104.6%。

依据上述工况调整仿真图中power gui初始条件为P=4e7W、Q=0.5e6W，发电机Pm初始值为4e7W上升斜率为1/6，t=4.968s时发电机达到上述工况。并网断路器 breaker初始状态为合闸，t=10s时breaker跳闸发电机甩负荷，t=15s仿真结束，仿真算法采用ode23tb。各图中的有功、无功的 1pu对应667MW，机端电压的1pu对应20kV，励磁电流1pu对应1225.6A，励磁电压1pu对应122.6V。图5-图7为仿真结果图。

从图5-图7可以计算出，发电机用负荷前有功为0.89*667=593.63MW,无功为0.136*667=90.712Mvar,发电机机端电压为0.986*20=19.72kV。t=10s时发电机甩负荷发电机有功变为零，无功突增后迅速变为零，发电机机端电压最大值为1.052pu(为机端电压额定值的105.2%)，振荡次数为0，调节时间小于1s。机端电压最大值与现场实验数据的误差为(1.052-1.046)/1.046=0.573%，仿真数据与现场具有高度的一致性，应该说利用MATLAB进行发电机甩无功仿真试验的结果是可信的。

3 试验改进方法

根据上述分析可以得出如下结论：只要参数设置合适，利用MATLAB进行发电机甩无功负荷试验，其试验结果与现场试验结果误差可以控制在很小的范围内。今后对于交接试验中的甩额定无功负荷试验可以首先根据现场甩额定有功负荷时的数据进行对应工况的仿真试验校核，如果仿真试验结果与现场试验数据一致，就可以进一步利用MATLAB进行发电机甩额定无功负荷仿真试验。上述甩额定无功负荷仿真试验的数据应该可以作为评判励磁系统是否符合《同步电机励磁系统大中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T7409.3-2007》5.14及《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件DL/T 650—1998》4.11要求的依据，现场交接试验如果不具备甩额定无功负荷的条件可以考虑不做。

4 结束语

以上利用MATLAB进行发电机甩额定无功负荷仿真分析，仿真数据与现场数据基本一致，仿真结果具有较高的可靠性。以上方法为获取部分现场不具备试验条件的试验数据提供了有效途径。