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摘自《电力系统稳定性及发电机励磁控制》 刘取 低励限制部分,详情可查看原文
当测得电功率P及电压Ut时,即可查表得出此时最大允许的无功功率值,它相当于一个参考值,将该值与实测无功功率Q作比较,如果它大于实测无功功率,就将差值(注意:此时差值为正号)经过一比例积分环节,送到调节器(AVR)中,一般励磁调节器中设有一个高电平或门(即或门中两个输入信号,任何一个信号电压高过另一个,则高电压信号可以通过),当低励限制信号高于电压调节器输入信号时,则切断电压调节器,用低励限制信号去控制发电机励磁电压,以达到无功功率不超过最大允许值的目标。反过来,若参考值小于实测的无功功率,则比例—积分输出为零,或门自动切换到正常电压控制。采用比例积分的好处就是可以准确保持在最大允许值上,不需要再设置储备或裕度,低励限制输入电压调节有三种方式;
一是在AVR后面,如图8-7中UELA,二是在AVR前面,如UELB;
另一种是输入到电压调节器参考电压上,如UELC。前两种不同的是,低励限制的比例放大倍数不同,但是当低励限制动作时,都会把电压调节器切断,并连同电力系统稳定器通道一起切断。
第三种方式,则在低励限制动作时,仍保持电压控制通道及电力系统稳定器通道。它的优点在于点阿姨调节器及电力系统稳定器的作用仍保持,能够保证在欠励工况下的发电机稳定性。但是要考虑低励的控制作用与电压调节器与稳定器之间的协调。
经高电平或门接入的低励限制,一旦投入并产生作用,它就将电压调节器及稳定器通道切断,形成以Qref作为参考量的独立闭环系统,参数整定的原则是保持上述闭环系统本身的稳定性。
低励限制与电压调节系统的协调,可以用个模拟软件来校验、调整。为了迫使发电机工作到欠励状态且超过最大允许吸收的无功功率,试验用扰动足够大。模拟电力系统如下:
试验用扰动为:在2s时,参考电压的阶跃扰动为-0.06,同时咋机端突然投入300MVA的电容。图8.10所示是受扰动后的发电机动态过程。
如图(a)可见:由于调节器电压下降到0.94(阶跃-0.06),发电机电压及调节器输出电压,大约用了2s时间下降到0.94,中间进过大约2个半周的摆动,而低励限制的输出,因突然投入电容器,瞬间有脉冲式的输出,但因未超过调节器的输出,所以或门并没有切换至低励限制的输出,至到2s后,才发生切换,改由低励限制来控制励磁。
由图(b)可见,当投入300MW电容及参考电压的降低,瞬间发电机吸收的无功功率突然增加,显然该无功功率已超越允许吸收的无功功率的区域,进过约2s,低励限制的控制作用,使得励磁逐渐增加,吸收的无功功率逐渐减小,回到允许工作范围之内,并稳定在340Mvar左右,从过程开始到新的稳定状态大约用了8s时间,中间功角、有功功率都有摆动的现象,如图(c)、(d)。
通过以上软件模拟,可以确定上述案例中低励限制的参数选择是合理,与电压调节器协调工作时正常的。
当低励参数整定不当,或控制系统结构不合理时,低励限制投入工作时,会与电压调节器多次相互切换,而造成振荡。
上述现象实是在巴西的一个电厂出现的,电厂容量3200MW,经500kV线路接入到巴西主网,当一条线路断开,造成两个区域间失去同步,在东北部系统内缺失了1000MW,相当于系统容量的20%的处理,频率急剧下降,该电厂调速器动作,快速增大机组有功,但该电厂采用电功率的稳定器,机械功率的增大,造成励磁反调,即急剧减小励磁,同时由于低频减载动作,切除了一部分负荷,造成系统传输无功功率过剩,因而发电机进入大量吸收无功功率的状态,进过大约5s,吸收的无功功率跨过了允许的最大无功功率的边界,无功功率限制取代了电压调节器去调节励磁,但是很快励磁控制又切换回电压控制调节回路,如此在两者间切换,造成系统振荡,直到18s时,恢复正常电压调节,低励限制不再投入了,电压控制与低励限制之间的振荡如图8.12所示。
该电厂采用了已下两项措施,解决了上述问题
(1)降低了励磁限制中的比例—积分回路的增益。
(2)取消了低励限制中的积分,将其输出点移到电压调节器中比例—积分环节的前面。
这种方式下的参数整定原则就是,把电压调节包括稳定器控制与低励限制在作用时间段上,或者说频域内分开,电压调节针对机电过度过程,作用时间较快,频率较高;而低励限制是在更长的时间段,更低的频域内起作用,因此,低励限制中的时间滞后比较大。
如图是对上述低励限制的现场试验,试验是在一台150MVA的燃气发电机上进行的,试验前发电机无功功率为0,先将最大允许无功功率调到-5Mvar,然后在参考点上加-3%的阶跃。若没有低励限制,发电机无功功率标幺值△Q=-△U/xe,xe为等效外电抗,这里xe=0.2,所以△Q=0.15×150=23Mvar,大大超过了5Mvar的极限值。由图可见,当参考电压突然降低后,发电机吸收无功功率增大,约经过5s,低励限制起作用,将无功减小到零左右,整个过程平稳,只有很小的反调。
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