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发电机外部故障切除后励磁调节器动态特性仿真研究

更新时间:2016-07-05

在电力系统中,励磁调节器是同步发电机励磁系统的重要组成部分,其实质上是一个闭环比例调节器[1-3],它的输入量为发电机机端电压或线路电压,输出量是励磁机的励磁电流或线路电流。当系统出现事故时,控制发电机的励磁控制方式是一种既经济又有效的手段,因此励磁调节器的性能将在很大程度上影响电力系统的安全稳定运行[4-7]

目前同步发电机的励磁控制系统一般采用自动电压调节器AVR和电力系统稳定器PSS相结合的方式[8-9]。AVR是利用对机端电压的负反馈来保证电压调节的精度,PSS是通过在励磁系统中引入转速、频率等信号,增加系统阻尼来抑制系统振荡。文献[10]指出可将非线性励磁控制器的输出与AVR的输出选用并联接入方式;文献[11]在反馈线性化法设计的非线性励磁调节器中引入电压偏差信号,以改善电压调节精度;文献[12-13]改进了励磁系统的电压闭环控制,引入功角变化量作为偏差信号来修正偏差方程,但其阻尼系数与很多参数有关,很难确定。上述研究都没有考虑自动励磁系统中电流测量值对励磁调节器调整特性的影响。

Everything(that)you learn becomes a part of you and changes you.(做宾语)关系代词在句中做宾语时常常可以省略。

本文首先对自动励磁调节系统中电流的引入方式进行了分析;然后在Matlab/Simulink下分别建立发电机单机运行和并网运行的仿真模型,对比分析两种仿真模型下励磁调节器的动态特性;并利用戴维南等效电路对励磁调节器中的电流进行了分析;最后结合数字仿真进行了验证。

1 自动励磁系统中电流的引入方式

图1为自动励磁调节系统的原理框图,图2为标准励磁系统模型中的发电机电压与电流测量回路的传递函数[14]。图2中,US为发电机定子电压相量;IS为发电机定子电流相量;RS为调差单元的有功电流补偿系数;Xc为调差单元的无功电流补偿系数;KS和KR为检测环节放大倍数;τR为检测环节时间常数;UREF为发电机电压给定值;UERR为电压偏差。

由图1和图2可看出,自动励磁调节系统引入电流测量值的方式,即电流测量值是发电机定子电流通过电流互感器并经过调差单元以阻抗上的压降的形式被引入到自动励磁调节系统中。通过改变阻抗(RS+jXC)的大小可以使引入的电流测量值的大小发生改变。当系统发生故障时,电流测量值经调差单元作用到励磁系统中,将对发电机励磁控制系统的性能造成影响。

图1 自动励磁调节系统的原理框图 Fig.1 Block diagram of the principle of automatic excitation control system

图2 电压信号测量与负载电流补偿模块 Fig.2 Module of voltage signal measurement and load current compensation

2 发电机单机运行和并网运行故障切除后励磁调节器的调整特性

2.1 数学模型的建立

同步发电机的数学模型为

式中:分别为发电机d轴和q轴的暂态电势和次暂态电势;Efd为励磁电压;分别为发电机d轴和q轴的同步电抗、暂态电抗和次暂态电抗;分别为发电机d轴和q轴的暂态时间常数和次暂态时间常数;TJ为发电机惯性常数;Mm和Mc分别为机械力矩和电磁力矩;ω和ω0分别为发电机的角速度和同步转轴角速度;δ为发电机的电势向量与同步转轴之间的夹角;D为阻尼系数。

励磁系统的数学模型如图3所示。图中:Eef为励磁机出口电压;K为各检测环节的放大倍数;τ为各检测环节的时间常数。

图3 励磁系统数学模型 Fig.3 Mathematical model of excitation system

2.2 仿真模型的建立

本文为了研究励磁调节器在发电机单机运行和并网时的调整特性,利用自并励静止晶闸管整流励磁系统,建立了发电机单机运行和并网运行两种仿真模型,发电机单机运行和并网运行时的示意见图4和图5。

图4 发电机单机运行示意 Fig.4 Schematic of generator's unit operation

图5 发电机并网运行示意 Fig.5 Schematic of generator's grid connected operation

在图4中,变压器的高压侧接入了动态负载,建立发电机单机运行模型。在图5中,变压器的高压侧接入可近似认为无穷大系统的电源,建立发电机并网运行模型。当发电机单机运行时,将发电机作为平衡节点,进行潮流计算,在给定动态负载下确定了发电机的机械输入功率和励磁输入电压。当发电机并网运行时,将发电机作为PV节点,无穷大系统作为平衡节点,进行潮流计算,确定了发电机的无功功率和励磁输入电压。

在仿真过程中,以单相接地短路、两相短路、两相接地短路和三相接地短路4种故障类型分别进行仿真。鉴于仿真结果受故障类型的影响不明显,故以三相接地短路仿真结果为例做典型说明。以0.1~0.2 s作为故障时间,确保在第一摇摆周期不失稳。

液压油管由于油压变化频繁和油温高,致使管壁张弛频繁,极易出现疲劳折损酿成事故。为有效延长液压油管的使用寿命,最好是用细铁丝烧成弹簧放入油管内作支撑。

2.3 仿真结果分析

仿真结果选取发电机定子电流响应曲线、机端电压响应曲线、功角响应曲线和励磁电压响应曲线这4个量进行对比研究。仿真结果如图6所示。

由图6(a)可见,当发电机单机运行故障切除后,发电机定子电流几乎没有振荡,在0.22 s后恢复稳定;当发电机并网运行故障切除后,发电机定子电流出现振荡,振荡幅值明显,持续时间较长。

由图6(b)可见,当发电机单机运行故障切除后,发电机端电压出现振荡,振荡幅值不明显,在0.6 s后恢复稳定;当发电机并网运行故障切除后,发电机端电压出现振荡,振荡幅值明显,持续时间较长。

图6 发电机单机运行和并网运行系统响应曲线 Fig.6 Response curves of generator's unit operation and grid-connected operation system

由于发电机内部等效电抗近似为常数,故回路电流与开路电压同频变化且相位滞后 90°,是一个脉动电流。

(2)利用戴维南定理进行理论分析可知,当发电机与系统产生振荡时,引入励磁调节器中的电流为幅值振荡的交流电流,近似为开路电压与回路电抗之比,其振荡特性与功角振荡特性相同。该值的引入会加剧发电机与系统间的振荡。

综上所述,励磁调节器在发电机单机运行和并网运行时的调整特性不同,且在发电机并网运行故障切除后,发电机端电压、功角、励磁电压均出现振荡,振荡幅值明显,持续时间较长。

利用大数据就是利用感知设备采集的数据规律的研究结果,根据选矿学、技术经济学知识等优化各部分的参数,制定相应的降本增效措施,调整各环节技术参数,最终使整个生产处于可监控、可调控的最佳工作状态。除此之外,还可以为生产带来极大的便利,为管理提供更有效的解决方案,通过大数据技术的分析,生产状态被相关终端设备直观展现出来,使选矿工作者对选矿生产过程中的生产指标变化规律一目了然,及时发现问题,由选矿专家系统提供解决方案,避免了传统方法通过最终产品指标来分析生产状态的严重滞后性,为选厂的成本降低提供了极为有效的数据支撑。

3 基于戴维南定理的并网发电机等效电路分析

(3)通过比较固定励磁和自动励磁两种励磁控制方式,发现加装自动励磁调节器的发电机在一定程度上对系统低频振荡有助增的效果,还需进一步研究。

图7 戴维南等效电路 Fig.7 Thevenin's equivalent circuit

图8 矢量关系 Fig.8 The relationship of vectors

由图8可知,开路等效电压为

CT检查结果按照直肠外壁光滑度,脂肪密度等对肿瘤侵犯程度进行评价。之后将患者MRI和CT检查结果与手术病理检查结果进行比较。

根据矢量分析可知,当E˙G 与E˙S同相时,有

反相时,有

本研究利用所建立的指标体系和评价方法,从东营市5个系统,定量分析了东营市2007—2016年绿色经济发展的综合水平。2007—2016年东营市绿色经济发展综合得分见表2和图2。

冷凝法是将VOCs气体导入冷凝器中,利用不同温度下各气体蒸汽分压的不同,使VOCs逐步冷凝成液态[15]。冷凝法通常用于VOCs含量高(百分之几)、气体量较小的VOCs的回收处理,主要作为一些气体浓缩工艺的后续配套工艺使用,是回收气体有机物的最终手段。

综上所述,回路电流是一个幅值振荡的交流电流,近似值为开路电压与回路电抗之比,其振荡特性与功角振荡特性相同,该值的引入会加剧发电机与系统间的振荡。

[3]舒印彪,汤涌,孙华东.电力系统安全稳定标准研究[J].中国电机工程学报,2013,33(25):1-9.Shu Yinbiao,Tang Yong,Sun Huadong.Research on power system security and stability standards[J].Proceedings of the CSEE,2013,33(25):1-9(in Chinese).

标准化人员利用PLM系统建立国际、国家、行业和企业标准以及外购件样本数据库,跟踪掌握国际、国家、行业标准和配套厂家产品的最新动态,及时发布,给设计人员提供及时准确的标准信息服务,避免因标准或配套件信息版本更新不及时或版本过多导致的使用错误。设计人员可以通过标准号、标准名称、发布日期、厂家等对标准和样本进行检索,系统还提供标准及样本的电子文本在线阅览、下载等功能。

发电机并网瞬间的回路总电抗为

首先,寻找现场光源。即便在弱光环境下依然会有些许高光区域,利用画面之中的最亮部分进行对焦。其次,寻找对比度高的边界进行对焦。当下不少数码相机依然使用对比检测方式进行对焦,所以在对焦时寻找对比度高的边界,可以发挥相机的优势。最后,利用相机的中心对焦点进行对焦。一般相机的中心对焦点都是对焦能力最强的地方,关闭自动选择对焦物体模式,而采用中心点的单点对焦模式,先对焦再构图,可以加大对焦的成功率。

其中XS≈0,故Zin≈XG,因此发电机并网瞬间回路电流为

由图6(c)可见,当发电机单机运行故障切除后,发电机功角没有出现振荡;当发电机并网运行故障切除后发电机功角出现振荡,振荡幅值明显,持续时间较长。

由式(2)可知,开路等效电压为脉动电压,其幅值变化处于式(3)和式(4)之间,该电压即为发电机并网时的电压,且随θ角变化而变化。其相角差函数为

4 仿真验证

为验证当发电机与系统出现振荡时,电流测量值引入励磁调节器后会加剧发电机与系统间的振荡这一结论,仿真模型采用发电机固定励磁电压的方式,即将上述中的固定。由于几乎不变,此时励磁调节器中的电流变化不明显。与发电机自动励磁调压方式进行对比分析,仿真结果如图9所示。

由图9(a)可见,当故障切除后,在固定励磁控制条件下运行的发电机其定子电流振荡效果明显弱于采用自动励磁系统的发电机。

由图9(b)可见,当故障切除后,在固定励磁控制条件下运行的发电机其机端电压没有出现振荡,在自动励磁控制条件下运行的发电机其机端电压出现明显振荡,且持续时间较长。

由图9(c)可见,当故障切除后,在固定励磁控制条件下运行的发电机其功角振荡效果明显弱于采用自动励磁系统的发电机。

“真”从字面意思来看,是与“假”相对应的反义词,真实就是与客观事实相符合,努力摒弃一切雾障、虚假、伪善等不真实的存在,达到实事求是,一切从实际出发。教育是师生在人际互动中追求最本真最真诚的教学活动,而教育互动合理性的根据就是互动主体间相互同意、普遍赞同、自觉遵守一定规范的交往过程。哈贝马斯论证了理性交往行为必须遵循的三个有效性要求,即判断、陈述的真实性;遵循规范的正当性;表达自我的真诚性。所以说,互动合理性从本质上讲存在于互动的真实之中。在思想政治理论教学过程中,真实良好的互动至少应该包括双主体、内容、形式三个方面的内容。

综上所述,当故障切除后,在固定励磁电压条件下运行的发电机,其励磁电压为恒定电压,而其定子电流、机端电压和功角振荡效果明显弱于采用自动励磁调压系统的发电机。说明当发电机与系统发生振荡时,电流测量值被引入到励磁控制系统后会加剧发电机与系统间的振荡。

图9 发电机固定励磁运行和自动励磁运行系统响应曲线 Fig.9 Response curves of generator's fixed excitation operation and automatic excitation operation

5 结论

(1)通过仿真结果表明,励磁调节器在发电机单机运行和并网运行故障切除后两种调整特性表现不同,且励磁调节器在发电机单机运行时的调整特性比发电机并网运行时的调整特性好。

由图6(d)可见,当发电机单机运行故障切除后,发电机励磁电压出现振荡,振荡幅值不明显,在0.7 s后恢复稳定;当发电机并网运行故障切除后,发电机励磁电压出现振荡,振荡幅值明显,持续时间较长。

为了分析发电机并网运行时励磁调节器中电流的变化特性,根据戴维南定理得到了并网发电机的等效电路,如图7所示,图8为其关系矢量。图中,E˙G 为发电机电势矢量;E˙S为系统电势矢量;U˙OC为开路等效电压;XG为发电机内部等效电抗;XS为系统等效电抗;回路等效电流即为发电机励磁调节系统中的测量电流。

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式中:fG和fS分别为发电机和系统频率;θ0为发电机与系统的初相差;ωs为转差角频率。

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如表1所示,按照从北至南的顺序分别统计小江干流东岸和西岸泥石流沟的流域面积。根据小江水流从南至北走向,结合表1统计数据,可以得出小江干流的中上游分布的泥石流沟的流域面积大于下游,下游分布的都是小型泥石流沟,流域面积小于10 km2,小江下游泥石流发育没有中上游发育异常,且多为一些冲沟。

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利用近红外光谱技术也可检测水稻的品质、口感及其他成分的含量。在运用传统方法对这些指标进行检测时,其他因素的干扰性强,不利于准确的检测。而采用近红外透射光谱分析仪对水稻进行光谱扫描,结合黏度分析仪测定的黏滞特性值消减值及水稻淀粉崩解值十分有效,水平极高,大大促进了对黏滞特性测定的准确度。在研究中利用近红外光谱分析技术对稻谷千粒质量进行测定和研究,选取多种不同种类的水稻进行检测,研究结果显示,近红外光谱分析技术可以对稻谷千粒质量进行高效而准确的检测。

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段俊东,陈家林,谢芸卉
《电源学报》 2018年第02期
《电源学报》2018年第02期文献

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