励磁装置对电力系统频率动态行为的影响

增大到135MW，无功负荷由30Mvar增大到45Mvar。 （5）本系统有3个发电机，因为发电机仿真波形十分接近，故本节
选择其中1个发电机为例，展示仿真结果。 3.1 3机9节点系统的仿真波形
1）SEXS励磁器
(a) 发电机功角
图1 SEXS励磁器数学模型
表1 SEXS励磁器参数
TA/TB
TB
K
TE
而当振荡已经在衰减的时候，励磁 系统会提供阻尼来平息振荡，在这个阶段 之前，励磁主要作用于提高电动势来增大
励
磁
装
置
对
电
力
系
统
频
重率
庆 市 三
动 态
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学 校
响
王 丽 娟
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ELECTRONICS WORLD・探索与观察
第一摆的减速面积，来防止发电机失去同步，这对维持系统 的稳定性起着决定性的作用，但有可能引入负阻尼；但当第 一摆过后励磁就会提供系统阻尼来抵消之前负阻尼导致的失 步，使频率振荡逐渐衰减。
据此，若选择合适的励磁调节系统的参数和适当的调节 规律来平衡发电机输出的有功功率与负荷吸收的有功功率， 就能使当励磁装置与调速器协同工作时，就能快速减少相应 时段内Pm和Pe之差，有效抑制频率波动。
2.励磁器数学模型与参数 本文主要针对PSS/E中的SEXS和IEEET1励磁模型进行研
究。SEXS励磁器的模型如图1，参数如表1。IEEET1励磁器 的数学模型如图2，参数如表2。
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本文主要研究系统带有调速器时，大扰动作用下励磁调节 器对电力系统频率动态特性的影响。本文通过观察电网发生三 相短路后，当系统中含有IEEET1、SEXS、SCRX等类型的励磁器 时，发电机转子角、发电机转速以及发电机端电压的变化情况 来分析励磁系统对电网频率的影响。最后借助电力系统仿真软 件PSS/E，对3机9节点系统进行仿真分析，验证了不同类型的励 磁装置对电网频率动态特性的影响。仿真结果表明，励磁器能 够减弱频率的波动，使系统频率更快地达到稳态。
量和多控制参数的系统，它由励磁装置、调速器及发电机组 构成。在控制系统中，调速与励磁之间会存在输入输出信号 间的耦合，而这将会对系统的控制性能产生影响。
交流电的频率是和发电机机组转速直接相对应的电频 率，其关系式为：
(1) 式中，p为发电机极对数，n为机组每分钟转速。 若发电机采用3阶模型，忽略原动机及调速器动态，则系 统的模型为：
以发生三相短路为例，当系统不带励磁 器时，电力系统电压U会突然下降，则由式 (3)可得电磁功率Pe也会突然下降，但机械功 率Pm保持不变，则由式(2)可得Pm和Pe 之间 会出现一个较大的差值，导致电力系统机组 加速度dω/dt 较大，则频率波动也就较大。
而当系统有励磁作用时，短路后电 压调节器的输出会增大，致使励磁电压升 高，励磁电流逐渐增大，从而调节发电机 电压达到额定值，使电磁功率上升，则Pm 和Pe之差将会更快减小，加速度dω/dt 就较 小，频率波动也就较小。
引言：电力系统运行必须要同时满足频率稳定性、电压 稳定性以及功角稳定性。其中，频率稳定性是指电网遭受严 重扰动后，电网中发电机的输出功率于负荷消耗的功率出现 严重不平衡时，系统频率能够保持或恢复到允许的范围内， 不发生频率奔溃的能力。电力系统频率反映了电力系统中发 电机与负荷之间的有功平衡关系。系统频率的变动，会对用 户、发电厂和电力系统本身都产生不利影响，当频率过低 时，甚至会使系统瓦解，造成大面积停电。
尤其是在短路故障切除之后，系统与 发电机间的等值阻抗将大为减小，强励的 作用将大为增强，这时强行励磁可以增大 电磁功率。如果输送功率较大，或者短路 持续时间较长的情况下，那么短路切除之 后发电机的电压将小于额定电压，此时励 磁将继续使电压升高到额定电压。多数情 况下，短路切除的时候发电机电压已经非 常接近额定电压，那么只需要非常短的时 间发电机电压就会达到额定电压，励磁也 就随即会停止作用，虽然作用时间很短， 但励磁控制提高第一摆的暂态稳定基本靠 的就是这个时间段内的作用，即励磁有助 于减小频率振荡的第一摆的幅度。
Emin
Emax
0.1
10
100
0.01
0
4
(b) 励磁电压 (c) 发电机端电压
图2 IEEET1励磁器数学模型
表2 IEEET1励磁器参数
TR
KA
TA
VRmax
VRmin
KE
0
400
0.04
7.3
-7.3
1
KF
TF
SWITCH
E1
SE(E1)
E2
0.03 0.03
0
2.47
பைடு நூலகம்
0.035
4.5
TE 0.8 SE(E2) 0.47
3.仿真算例 本文在PSS/E仿真软件中搭建典型的3机9节点系统，该
(2)
式中， 为发电机纵轴暂态开路时 间常数； 为暂态电动势；Ef为励磁电动 势；M为发电机惯性时间常数（即TJ）；ω 为转子角速度和同步速的偏差；Pm=const. 为机械功率，δ为转子角。电磁功率Pe的表 达式为：
(3)
式中， 为发电机内电势E与系统的 电压U间的系统总电抗（设电阻为零）。
励磁影响电动势E，根据有功功率的 传输公式(3)，从而也影响有功功率的传 输，这样就对机电暂态以至于频率问题产 生影响。如果E为恒值，就意味着励磁系 统性能极佳，可以维持发电机内电动势不 变。但通常情况下，发电机的励磁系统性 能没有那么好，不能维持E不变，有时候 为了保持功率输出而维持端电压U，还需 要强行励磁。
在电力系统频率稳定中，调速器是最重要的调节因素， 而励磁系统的影响并不是最主要的，但是它影响电压，起 着维持电压的作用，继而会影响有功功率的传输。因此，励 磁系统对频率稳定和机电暂态的影响也必须考虑到励磁的作 用，否则将会得到错误的结论。故而，结合调速器，研究大 扰动下不同励磁装置及励磁方式在对电力系统频率动态特性 的影响，选择合适的励磁器，对于如今提高电力系统稳定性 有着理论和实际性的意义。
本文借助电力系统仿真软件PSS/E，在3机9节点系统中 对不同类型的励磁装置进行仿真分析，研究了在系统发生大 扰动情况下励磁装置对于电力系统频率稳定的影响。仿真结 果表明：励磁器能够减弱频率的波动，使系统频率更快地达 到稳态。
1.励磁系统对于电力系统频率特性的影响 电力系统的控制系统的目标变量是频率和电压，为多变