[资料&分析] 低励限制与电压调节器多次切换形成振荡案例分析

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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。

比较式低励限制

   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。

叠加式低励限制

   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。