一次典型连锁故障分析及发电机励磁性能优化研究

摘要

近年来，大停电事故多是由于系统出现单一故障后引发连锁故障导致的，对我国的电网稳定性及经济造成了重大损失。发电机励磁控制系统是改善电力系统稳定性的重要措施之一，各励磁辅环限制的研究对电力系统稳定性有重要的影响。对发电机励磁调节器及其辅助限制的性能优化技术研究具有重要意义。论文依托于《发电机励磁调节器涉网性能仿真评估技术及功能规范研究》的科技项目。基于某事故，应用仿真软件自定义建模分析事故对电厂的影响，对定子电流限制器动态性能优化技术进行了研究。 首先，对DIgSILENT/PowerFactory进行了基本介绍，阐述了DIgSILENT软件自定义建模的方法和步骤，以自并励励磁系统主环建模为例进行了自定义建模。对所搭建的自定义模型进行仿真，将其结果与实时动态仿真（real time digital simulator，RTDS）数据进行了对比，验证了自定义励磁系统主环建模的有效性。为后续的仿真分析研究奠定了基础。 其次，针对某事故，对事故的起因、过程及事故的主要原因进行了介绍，用武汉中元录波软件对故障录波曲线进行了处理，在 MATLAB 中依据处理的数据绘制出 事 故 曲 线 ，通 过 曲 线 分 析 了 事 故 对 邻 近 发 电 厂的影 响 。 在DIgSILENT/PowerFactory 中搭建了单机无穷大系统和与实际励磁装置相匹配的自定义结构框架，对同步发电机、励磁系统、调速器、电力系统稳定器、定子电流限制器、低励限制器、最小励磁电流限制器进行了模型的搭建。依据事故的实际数据及故障波形，通过仿真，再现了事故波形，通过仿真的波形曲线，分析出系统失稳的原因。 最后，对事故进行了思考，分析了定子电流限制的二次强励环节对系统稳定性的影响，通过分析现有的典型定子电流限制器动作对系统电压稳定的影响，指出其存在无法保护发电机主设备且加剧系统电压崩溃的缺陷，基于单机无穷大系统V形曲线的特性分析，提出了通过发电机机端功率因数角小于系统外功角来识别出定子电流最小值点这一判据，通过具体案例验证，验证了该方法的有效性，对定子电流限制进行了优化。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 研究现状及存在的问题

1.2.1 定子电流限制对系统稳定性的影响

1.2.2 过励限制对系统稳定性的影响

1.2.3 课题目前存在的问题

1.3 本论文主要工作

第2章 基于DIgSILENT/PowerFactory仿真建模

2.1 DIgSILENT/PowerFactory软件的概述

2.2 DIgSILENT/PowerFactory软件中自定义建模

2.2.1 单机无穷大系统

2.2.2 励磁控制系统的搭建

2.2.3 发电机励磁系统自定义建模

2.2.4 励磁系统主环自定义模型有效性验证

2.3 本章小结

第3章 一次典型的连锁故障引发的思考

3.1 某电厂事故介绍

3.2 事故对电厂的影响

3.2.1 系统冲击前机组运行方式

3.2.2 系统冲击发展时序

3.2.3 事故波形处理及分析

3.3 故障波形阶段分析

3.3.1 第一次连锁故障阶段分析

3.3.2 定子电流限制、过励限制动作阶段分析

3.3.3 第二次连锁故障阶段分析

3.3.4 系统失稳阶段分析

3.4 仿真建模

3.4.1 定子电流限制模块的搭建

3.4.2 过励限制模块的搭建

3.5 事故仿真波形分析

3.5.1 第一次连锁故障仿真分析

3.5.2 定子电流限制、过励限制动作阶段仿真分析

3.5.3 第二次连锁故障仿真分析

3.5.4 事故波形分析

3.6 本章小结

第4章 发电机励磁性能优化

4.1 励磁系统简介

4.2 定子电流限制二次强励功能对稳定性的影响

4.3 定子电流限制改进方法

4.3.1 定子电流限制器对大干扰后电压稳定的影响

4.3.2 V形曲线与SCL特性分析

4.3.3 SCL涉网特性优化方法

4.3.4 定子电流限制器动态性能优化的验证

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 论文工作展望

参考文献

附录

附录1 单机无穷大系统发电机的基本方程式及变量含义

附录2 DIgSILENT/PowerFactor软件中搭建的模型

附录3 主环初始化方程

附录4 自并励励磁系统参数

附录5 故障波形处理方式

附录6 SCL和OEL环节参数

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢