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摘要：发电机励磁控制系统深刻的影响着电力系统的静态稳定以及动态稳定，同时也对瞬时稳定性产生一定的影响。电力系统稳定计算中，计算的结果跟励磁系统模型、参数具有明显的相关性，以上两指标不同的情况下，计算结果差异性较大。所以，应该要确保所选取的数学模型以及参数可以对运行设备的实际状态正确反映，提升计算结果准确可靠度。本文主要以实际案例的分析方式，探究330MW火力发电机组空载阶跃试验与仿真。
关键词：330MW；火力发电机组；空载阶跃；试验；仿真
我国电力系统全国联网以及西电东送工程在开展着，这对于电力系统稳定计算方面具有更高的标准。新稳定导则提出，发电机运用精确模型，计算期间要运用到实际的励磁系统模型、参数。某电厂2号机励磁系统模型参数测试工作期间，进行识别励磁调节器模型参数以及测量发电机空载特性，实施发电机空载阶跃回应等试验操作，构建起励磁控制系统空载阶跃回应仿真模型，仿真的结果比较起实际空载阶跃回应结果，对于励磁控制系统模型参数精准度进行论证。
1 系统参数
在励磁系统方面。本电厂2号机运用的是SAVR-2000型励磁调节装置（南瑞电控公司生产），有PID、PSS两种主要的调节方式。其中，给定参考电压、发电机电压、比例系数、积分系数、微分系数分别是Vr、Vt、Kp、KI、KD。主调节通道为电压调节通道，涉及到的方面为测量单元和比例、微分并联校正单元以及积分。2号机的整定值KI、KD、TI、TD、Kp分别是4.4、3.67、0、0.08、14。
在发电机和励磁系统设备参数方面。2号发电机（QFSN-300-2-20型，东方电机厂生产）的参数主要包括以下几方面：发电机额定功率是330MW，发电机额定容量是388MVA，额定电压为20kV，额定电流是11.207kA，额定功率因数是0.85（滞后），额定转速3000r/min，空载额定励磁电压为116V，发电机空载额定励磁电流为1093A，定子漏抗是0.117。
2 空载阶跃试验
2.1 核相与相序检查
试验条件就是励磁系统接线查线完毕，通电正常。予以励磁变充电，针对励磁变二次侧、同步变的相位展开测量，对于励磁变温度测量掌握。结果显示，充电期间，测量励磁变二次侧相位就是正序以及具有正确幅值，励磁变二次侧相位关系正确，励磁变温度正常。
2.2 励磁调节器起励试验
检查起励控制的静态以后，已经初步的整定好了励磁调节器的PID参数，发电机转速处于额定转速状态中。之后展开励磁调节器不同通道、远方和就地的起励以及低设定值下起励、额定设定值下起励。
合理的设定录波器参数，合灭磁开关并起励，对于试验波形进行录取，显示自动方式下可以正常的起励，此时发电机电压建压至设定值电压的状态中。此环节各相应指标达到DL/T 1166-2012 要求标准，各方式起励操作均正常。进行低设定值下起励和额定设定值下起励均能正常起励。
2.3 灭磁及转子过电压保护试验
灭磁装置静态检查结束，做好试验测量录波准备。在发电机空载额定电压下按正常停机逆变、单分灭磁开关、远方正常停机操作灭磁、保护动作跳灭磁开关 4 种方式进行灭磁试验，测录发电机端电压、励磁电流和励磁电压衰减曲线，测定灭磁时间常数。结果显示，正常停机逆变时发电机时间常数为 1.75s，发电机励磁电压反向最大值为-1062 V；单分灭磁开关时发电机时间常数为2.77s，发电机励磁电压反向最大值为-628V；试验后检查灭磁开关无明显灼痕，灭磁电阻无损伤，转子过电压保护无动作，发电机励磁电压反向最大值没有超过转子出厂工频耐压试验值的70%，也低于转子过电压保护动作值，满足规程要求。
2.4 发电机空载特性、主励磁机负载特性试验
让发电机维持每分钟在3000r，励磁系统恢复正常接线。采取手动备励柜输出，由0开始，将发电机的电压增加到1.05倍额定电压，然后降低电压至0，对发电机定子电压、励磁电流。励磁电流以及主励磁机励磁电压等进行测录。
2.5 发电机空载时间常数测量
维持发电机在额定的转速，采取自动励磁方式，励磁调节器单柜运行，参数恢复运行参数。发电机空载额定机端电压状态中，励磁调节器逆变灭磁，以WFMC电量记录分析仪，将发电机电压的降低曲线图进行测录，对于发电机空载转子时间常数进行计算。观察显示，常数测值是8.43s，跟厂家设计值8.04s相比基本是相同的。
2.6 励磁调节器比例放大倍数测量
维持发电机维持额定转速，自动励磁方式。励磁调节器PID仅比例放大倍数l0，退出其他的环节，设置最小励磁控制角是75°。让自动励磁调节器输出值在0状态，再以自动励磁调节器将励磁电流提升，对发电机电压展开调节，由10%增加至105%，获取励磁系统比例放大倍数。计算结果显示，此时比例放大倍数是54.9，表明调节器比例环节中存在另一放大倍数即5.49环节（54.9/10），此环节于BPA程序中的体现，通过功率放大倍数KB=5.49显示。
2.7 发电机空载10%大干扰阶跃试验
试验条件：在发电机空载电压状态下进行±10%阶跃量，做好试验测量录波准备。
试验内容：在发电机空载电压下，自动方式运行下进行±10%阶跃量，测录发电机端电压、励磁电流和励磁电压，计算发电机电压上升时间、超调量、振荡次数和调节时间。
检查结果：录取试验波形，由录波图可见，发电机电压上升时间不大于0.5s，震荡次数不超过3 次，调节时间不超过5s，超调量不大于30%，A/B通道各指标基本一致，符合规程要求
2.8 励磁控制系统空载阶跃响应仿真结果
按照所获传递函数框图、阶跃响应试验结果、仿真结果（如下图1），此电厂2号发电机励磁模型的计算用励磁系统模型，可以采取FR型（BPA程序）励磁模型。实测模型参数的发电机空载10%机端电压阶跃响应仿真结果基本上是相同于试验结果的，产生的误差存在于允许范围中。
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图1 10%阶跃响应发电机励磁机励磁电压实测曲线与仿真结果
结语：
本文以某电厂2号机励磁系统模型参数测试工作作为案例，进行探究330MW火力发电机组空载阶跃试验与仿真相关内容，对励磁控制系统模型参数精确性进行论证。经调查以及测试电网典型主力机组中的发电机、调速系统模型以及参数等，提供给系统稳定分析、电网的日常生产调度重要的计算数据指标，促进将电网安全运行可靠度提升，同时提高劳动生产率，经济效益以及社会效益显著。
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