（电气工程专业论文）励磁系统病态的异步化汽轮发电机运行性能的仿真研究.pdf

! ! ：里：里! ! ! 璺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! g 堂g 旦! 堡! 翌! 生 垒堡! ! 垦垒里 a l b s t r a c t a n a s y n c h r o n i z e dt u r b o g e n e r a t o r ( a s t g ) i sc o m p o s e d o fam a c h i n e 谢t 1 1t w o i d a n t i c a lr e v e r s i b l et h y r i s t o rs y s t e m s0 1 1t h er o t o ra sa ne x c i t e ra n dd u a lp a s s a g e e x c i t i n g c o n t r o l l e r t h ea s t gh a sar o t o ro fan e wd e s i g nw i mt w of i e l dw i n d i n g ss h i f t e da ta m e c h a n i c a la n g l eo f n i n e t yd e g r e e s e x c i t a t i o ns y s t e mo fa s y n c h r o n i z e d g e n e r a t o r s c o n s i s t so ff lr e v e r s e t h y r i s t o r c o n v e r t e r ( r t c ) c o n n e c t e dt h r o u g h a l l a d j u s t e d3 - w i n d i n gt r a n s f o r m e r ( t c ) t ot h e s t a t o r o u t p u t a na s y n c h r o n l z e dt u r b o g e n e r a t o r i sd i f f e r e n tf r o mac o n v e n t i o n a l s y n c l i r o n o u st u r b o g e n e r a t o ro nt h er o t o r i td i s p o s e ss y m m e t r i c a l2 - p h a s es y m m e t r i c a l w i n d i n g s o nt h er o t o ra n dc a l lm e e t a n yn e c e s s a r y o r i e n t a t i o no fe x c i t i n gm m f r e l a t i v e l yt ot h er o t o rb o d y b y m e a n so f a d j u s t a b l ec u r r e n t si nt h er o t o rw i n d i n g s i nt h i sd i s s e r t a t i o n , t h eo p e r a t i o n p r i n c i p l eo f a s t g a n dt h ec o n t r o ls t r a t e g yo f t h e e x c i t a t i o ns y s t e ma r ea n a l y z e da sw e l la st h es i m u l a t i o nm o d e l so ft h eg e n e r a t o ra n d e x c i t a t i o nc o n t r o l l e ra r ee s t a b l i s h e db a s e do nt h es a b e rs i m u l a t o r t h ec o n t r o l s t r a t e g y o fa n a s y n c h r o n i z e dt u r b o g e n e r a t o r i nt h i sd i s s e r t a t i o n d e s c r i b e st h em a t h e m a t i c a lm o d e la sw e l la ss t u d i e si t s r e g u l a t i v ec h a r a c t e r i s t i c so f a c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e r s i n d e p e n d e n t l y c o n s i d e r e dt h es p e e dg o v e r n o r a n de x c i t a t i o n r e g u l a t o r t h i s d i s s e r t a t i o ns i m u l a t e st h e p r o c e s s o fa s t gw i t l l p a r t i a l f a u l t s i n e x c i t a t i o ns y s t e ma n dt h ee x c i t a t i o nd o e s n tw o r k e n t i r e l y d u a l p a s s a g ee x c i t a t i o nm o d e li sp r e s e n t e db a s e do nt h ea n a l y s i so fa s t gw i m p a r t i a lf a u l t s i nt h ee x c i t a t i o ns y s t e m c o n s i d e r i n gt h es i m u l a t i o nm o d e l sf o ra s t g i n c l u d i n gt h em o d e lo f r e v e r s et h y r i s t o r si nt h ee x c i t a t i o ns y s t e m8 i - ee s t a b s s h e db y s a b e rs o f t w a r ei nt h i s d i s s e r t a t i o n d u r i n g t h e s t e a d y s t a t e o p e r a t i o n o fa s t g s i m u l a t i o nr e s u l t so ft h e d y n a m i c a lp r o c e s sw h e nt h ew o r k i n gt h y n s t o r so na n y e x c i t a t i o nc i r c u i t sw i l lb e d a m a g e ds u d d e n l y , t h er e g u l a t i v ep r o c e s so f t h ea c t i v ep o w e r a n dt h er e a c t i v ep o w e ri nt e r m so fr e q u i r e dp o w e rs y s t e mw i l lb ec a r r i e do u t t h e s e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ta s t gc a nr e t u r nt ot h eo r i g i n a l s t e a d ys t a t eo p e r a t i o n w h e n a n yw o r k i n gt h y r i s t o r sw i l lb ed a m a g e ds u d d e n l ya n dt h i sd y n a m i c a lp r o c e s sw i l l b es t a b l e 勰w e l la st h er e g u l a t i v ep e r f o r m a n c e so f t h ea c t i v ep o w e r a n dr e a c t i v ep o w e r f o ra s t gw i t hp a r t i a lf a u l t sa n dt h ee x c i t a t i o ns y s t e mw i l l a p p e a ri ng o o dw o r k i n g o r d e r u s i n g t h et w o - a x e se q u a t i o n so f a s y n c h r o n i z e dt u r b o g e n e r a t o r si nt h i sd i s s e r t a t i o n i i e m p h a s i z e sa l s ot h ec o n t r o ls t r a t e g y a n ds i m u l a t e st h ep r o c e s so f a na s t gw i t hf a u l t s o ft h ed ( q ) a x i sa n dd , qa x e si nt h ee x c r a t i o ns y s t e m t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t , m el o s so fe x c i t a t i o na tb o t hw i n d i n g sa n do no n er o t o rw i n d i n g ，t h ea s y n c h r o n i z e d t u r b o g e n e r a t o r sc a r lb ea u t o m a t i c a l l yd r i v e ni n t oa na s y n c h r o n o u s m o d ea n ds i n g l ea x i s e x c i t a t i o no p e r a t i o nm o d ew i t h o u tap o w e ru n i tt r i p p i n gb ym e a n so f s o m e o p e r a t i o n s t h ec h a r a c t e r i s t i c sf o ra s t gw i t hf a u l t si nt h ee x c i t a t i o ns y s t e mw i l la p p e a ri ng o o d w o r k i n g o r d e r s i m u l a t i o nr e s u l t so fs t e a d y s t a t e o p e r a t i o n a n dt r a n s i e n t p r o c e s s o fa n a s y n c h r o n i z e dt u r b o g e n e r a t o rd e m o n s t r a t et h a t a i la s y n c h r o n i z e dt u r b o g e n e r a t o rh a sa l o to f a d v a n t a g e so v e r t r a d i t i o n a ls y n c h r o n o u s g e n e r a t o r f o r p o w e rs y s t e m k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，a s y n c h r o n i z e dt u r b o g e n e r a t o r s ( a s t g ) ，e x c i t a t i o ns y s t e m ， f a u l t s ，s i m u l a t i o n i l l ! ! ：里：里! ! ! 塑生! ! ! ! 曼! ! ! 婴垒g 旦! ! 竺堕l 土堕生! 堕唑 1i n t r o d u c t i o n 1 1t h em a i n p r o b l e m i nt h em o d e r n p o w e rs y s t e m 1 1 1r e l i a b i l i t yp r o b l e m t h ep r i m a r yf u n c t i o no f a ne l e c t r i cp o w e rs y s t e mi st op r o v i d ee l e c t r i c a le n e r g yt oi t s c u s t o m e r sa se c o n o m i c a l l ya sp o s s i b l ea n dw i t ha na c c e p t a b l ed e g r e eo fc o n t i n u i t ya n d q u a l i t y m o d e r ns o c i e t y h a sc o m et oe x p e c tt h a tt h es u p p l yo fe l e c t r i c a le n e r g yw i l lb e c o n t i n u o u s l y a v a i l a b l eo nd e m a n d t h i si sn o tp o s s i b l ed u et or a n d o mf a i l u r e so f e q u i p m e n ta n dt h es y s t e m a sw ek n o w , e l e c t r i c i t ys u p p l yg e n e r a l l yi n v o l v e sav e r y c o m p l e xa n dh i g h l yi n t e g r a t e ds y s t e m i n19 7 7 n e wy b r kb l a c k o u t t h et o t a lc o s to ft h e b l a c k o u tw a ss u g g e s t e dt ob ea sh i g ha s $ 3 5 0m i l l i o n sw h i c h8 4 w a sa t t r i b u t e dt o i n d i r e c tc o s t i no r d e rt or e d u c et h ep r o b a b i l i t y , f r e q u e n c ya n dd u r a t i o no fa n ye v e n t sa n dt o a m e l i o r a t e 也e i fe f f e c t ，i ti sn e c e s s a r yt oi n c r e a s ei n v e s l r n e n ti nt h ep l a n n i n g ，d e s i g na n d o p e r a t i n gp h a s e s a w h o l es e r i e so f q u e s t i o n sa r i s ef r o mt h i sc o n c e p t ，i n c l u d i n g ： 一h o wm u c hs h o u l db es p e n t ? 一s h o u l dt h er e l i a b i l i t yb ei n c r e a s e d ，m a i n t a i n e da t e x i s t i n gl e v e l s ，o r a l l o w e dt o d e g r a d e ? - v n l os h o u l dd e c i d et h eu t i l i t y ：ar e g u l a t o r , t h ec u s t o m e r 7 o nw h a tb a s i ss h o u l dt h ed e c i s i o nb em a d e ? i ti se v i d e n tt h a tt h ee c o n o m i ca n dr e l i a b i l i t yc o n s t r a i n t sc a nc o n f l i c ta n dl e a dt o d i f f i c u l tm a n a g e r i a ld e c i s i o n t h e s ep r o b l e m sh a v eb e e nl o n gr e c o g n i z e db yp o w e rs y s t e mm a n a g e r s ，d e s i g n e r s ， p l a n n e r s ，a n do p e r a t o r s ，d e s i g n ，p l a r m i n g , a n do p e r a t i n gc r i t e r i aa n dt e c h n i q u e sh a v e b e e nd e v e l o p e do v e rm a n yy e a r si na na t t e m p tt or e s o l v ea n ds a r i s f i , t h ed i l e m m a c r e a t e db yt h ee c o n o m i c ，r e l i a b i l i t y , a n do p e r a t i o n a lc o n s t r a i n t s t h ec r i t e r i aa n d t e c h n i q u e s f i r s tu s e di n p r a c t i c a la p p l i c a t i o n s w e r ea l l d e t e r m i n i s t i c a l l yb a s e da n dm a n yo ft h e s ec r i t e r i aa n dt e c h n i q u e sa r es t i l l u s et o d a y t h e s ei n c l u d ep e r c e n t a g er e s e r v e si ng e n e r a t i o nc a p a c i t yp l a n n i n go rn - 1c o n t i n g e n c y c r i t e r i ai nt r a n s m i s s i o n p l a n n i n g p r o b a b i l i s t i ce v a l u a t i o n o f a p o w e r s y s t e mc a nr e c o g n i z e n o to n l y t h es e v e r i t y o f s t a t e o ra ne v e n ta n di t si m p a c to ns y s t e mb e h a v i o ra n do p e r a t i o n ，b u ta l s ot h el i k e l i h o o do r p r o b a b i l i t yo f i t so c c u r r e n c e a p p r o p r i a t ec o m b i n a t i o no fb o t hs e v e r i t ya n dl i k e l i h o o d c r e a t e si n d i c e st h a tt r u l y r e p r e s e n ts y s t e m r i s k ! 坠堕塑! ! 噬壁竺塑墼望! ! 竖堕 ! 丝! 塑塑 a n dt h e r ea r et w om a i nc a t e g o r i e so ft e c h n i q u e st oe v a l u a t et h er e l i a b i l i t y ：a n a l y t i c a l ( b yu s i n gm a t h e m a t i c a ls o l u t i o n s ) ，a n ds i m u l a t i o 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ev o l t a g ea tv a r i o u ss y s t e mb u s e sm a y g o b e y o n d t h ep r e s c r i b e dl i m i t s i nm o d e r n l a r g ei n t e r c o n n e c t e ds y s t e m ，m a n u a lr e g u l a t i o n i sn o tf e a s i b l e t h ec o n t r o l l e r sa r es e tf o ra p a r t i c u l a ro p e r a t i n gc o n d i t i o na n dt h e yt a k e c a r eo fs m a l lc h a n g e si nl o a dd e m a n dw i t h o u tf r e q u e n c ya n dv o l t a g ee x c e e d i n gt h e p r e s c r i b e dl i m i t s ， o v e r v o l t a g e s o n p o w e rs y s t e m s a r et r a c e a b l et ot h r e eb a s i c c a u s e s ：l i g h t i n g ， s w i t c h i n ga n ds t e a d ys t a t eo p e r a t i o ni nt h el o n gd i s t a n c et r a n s m i s s i o nl i n e t h ep o w e r s y s t e m sd e s i g n e rs e e k s t om i n i m i z et h en u m b e ro ft h e s eo c c u r r e n c e s ，t ol i m i tt h e m a g n i t u d e o ft h ev o l t a g ep r o d u c e d , a n dt oc o n t r o lt h e i re f f e c t so n o p e r a 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h eu n b a l a n c ef o rt h er e a c t i v ep o w e r i nt h ep o w e rs y s t e m s w h e nt h et r a n s m i s s i o nl i n ec a r r i e sat i g h tl o a d t h i si st h ep a u s eo ft h eo v e r v o l t a g eo f t h ep o w e rt r a n s m i s s i o nl i n ea n dt h ep o w e r p l a n t 3 2 3 3 8 7 t h ef o u rp a r a m e t e r sw h i c ha f f e c tt h e p e r f o r m a n c eo fat r a n s m i s s i o nl i n e a s a l l e l e m e n to fap o w e rs y s t e ma r ei n d u c t a n c e ，c a p a c i t a n c e ，r e s i s t a n c e ，a n dc o n d u c t a n c e 2 ! ! ：里：里! ! 墅璺篓! 竺! ! ! ! 竺塾垫! 望! 垒兰竺堡! ! 望塑塑垫! s h u n tc o n d u c t a n c e ，w h i c hi sn o r m a l l yd u et ol e a k a g eo v e rl i n ei n s u l a t o r s ，i sa l m o s t a l w a y sn e g l e c t e d i no v e r h e a dt r a n s m i s s i o nl i n e s i n d u c t a n c ea n dr e s i s t a n c e a r e u n i f o r m l y d i s t r i b u t e da l o n gt h el i n ea n dt h e y t o g e t h e rf o r mt h es e r i e si m p e d a n c e o ft h e l i n e 。i n d u c t a n c ei sb yf a rt h em o s td o m i n a n tl i n ep a r a m e t e r i ti st h ei n d u c t i v er e a c t a n c e w h i c hl i m i t st h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yo f t h el i n e a sw ek n o w , ap r o b l e mo f m a j o ri m p o r t a n c ei np o w e rs y s t e mi sf l o wo f l o a do v e r t r a n s m i s s i o nl i n e ss u c ht h a tt h ev o l t a g ea tv a r i o u sn o d e si sm a i n t a i n e dw i t h i ns p e c i f i e d l i m i t s 1 1 3s t a b i l i t yp r o b l e m so ft h e p o w e rs y s t e m t h es t a b i l i t yo fa ni n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e mi si t s a b i l i t yt o r e t u r nn o r m a lo r s t a b l e o p e r a t i o n a f t e rh a sb e e n s u b j e c t e d t os o m ef o r m so fd i s t u r b a n c e w i t h i n t e r c o n n e c t e d s y s t e m sc o n t i n u a l l yg r o w i n g i ns i z ea n d e x t e n d i n g o v e rv a s t g e o g r a p h i c a l r e g i o i l s ，i t i s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l y m o r ed i f f i c u l tt om a i n t a i n s y n c h r o n i s mo f v a r i o u sp a r t so f ap o w e rs y s t e m a c c o r d i n g l yp o w e rs y s t e m ，s t a b i l i t yp r o b l e m sa r ec l a s s i f i e di n t ot h r e eb a s i ct y p e s ： s t a t i cs t a t e ，d y n a m i ca n dt r a n s i e n t 2 4 2 5 2 6 ，m 咖d yo fs t a t i cs t a t es t a b i l i t yi s b a s i c a l l yc o n c e r n e dw i t l lt h ed e t e r m i n a t i o no ft h eu p p e rl i m i to fm a c h i n el o a d i n g s b e f o r el o s i n gs y n c h r o n i s m d y n a m i ci n s t a b i l i t yi sm o r e p r o b a b l et h a ns t e a d yi n s t a b i l i t y i nad y n a m i c a l l yu n s t a b l es y s t e mt h eo s c i l l a t i o na m p l i t u d ei s l a r g e t h i sk i n do f i n s t a b i l i t yb e h a v i o rc o n s t i t u t e sas e r i o u st h r e a tt os y s t e ms e c u r i t ya n dc r e a t e sv e r y d i f f i c u l to p e r a t i n gc o n d i t i o n s a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o ni st h eo n l ye f f e c t i v em e a n so f s t u d yd y n a m i cs t a b i l i t yp r o b l e m s t h es a m es i m u l a t i o np r o g r a m sa r e ，o fc o u r s e ， a p p l i c a b l e t ot r a n s i e n ts t a b i l i t ys t u d i e s t h ee f f e c to fs h o r tc i r c u i t s ( f a u l t s ) ，t h em o s ts e v e r et y p ed i s t u r b a n c et ow h i c ha p o w e rs y s t e m i ss u b j e c t e d ，m u s tb ed e t e r m i n e di na l ls t a b i l i t ys t u d i e s 4 1 1 1 4 2 1 a sw ek w o nm o d e r np o w e rs y s t e m sh a v em a n yi n t e r c o n n e c t e dg e n e r a t i n gs t a t i o n s ， e a c hw i t hs e v e r a lg e n e r a t o r sa n dm a n yl o a d s t h em a c h i n e sw h i c hl o c a t e da ta n yo n e p o i n ti nas y s t e mn o r m a l l ya c ti nu n i o n i ti st h e r e f o r e ，c o m m o np r a c t i c ei ns t a b i l i t y s t u d i e st oc o n s i d e ra ht h em a c h i n e sa to n ep o i n ta so n cl a r g em a c h i n e a l s om a c h i n e s w h i c ha r en o ts e p a r a t e db yl i n e so f h i g hr e a c t a n c ea r el u m p e dt o g e t h e ra n dc o n s i s t e da s o n e e q u i v a l e n t m a c h i n e a n d s t a b i l i t ys t u d yo f a m u l t i - m a c h i n e s y s t e mm u s tn e c e s s a r i l y b ec a r r i e do u to na d i g i t a lc o m p u t e r 3 2 3 5 1 3 6 1 2a s y n c h r o n i z e d t u r b o g e n e r a t o r s 1 2 1d e v e l o p m e n tb r i e fo f a s t g 3 ! ! ：里：旦! ! ! 塑塑! ! ! 丝! ! ! g ! 坐望垄! 竺生 ! 坐塑垫生! ! t h eo p e r a t i n gp r i n c i p l e so fa s y n c h r o n i z e ds y n c h r o n o u sg e n e r a t o r s a r eb a s e do n d o u b l ea x i se x c i t a t i o ns y n c h r o n o u sg e n e r a t o r i n1 9 3 5 ，t h eg e r m a ne n g i n e e re t u x e n c a r r i e do u ts o m er e s e a r c hw o r k so nd o u b l ea x i sm a c h i n e sa n da c h i e v e dm a n yr e s u l t s b u tb e c a u s eo ft h et e c h n o l o g i c a lp r o b l e m si tw a sd i f f i c u l tf o rh i mt og e tw h a th er e a l l y w a n t e d ( p o w e ra n g l es t a b i l i t y ) s o m e t i m el a t e ge u r o p e a n s c i e n t i s t sf o c u s e dt h e i r a t t e n t i o no nd o u b l ea x i se x c i t a t i o ns y n c h r o n o u s t h i st e m p o r a lp e r i o di n v e s t i g a t i o no n t h ed o u b l ea x i se x c i t a t i o ng e n e r a t o rr e v e a l e dt h ee x i s t e n c eo ft w ok i n d so f g e n e r a t o r ：a t u r k e ya c a d e m i c i a nd os o m e r e s e a r c h e so nd o u b l ea x i se x c i t a t i o nm a c h i n ew h e r e q a x i s w i n d i n g i ss h o r t e dw h e nt h eg e n e r a t o ri si ns t e a d ys t a t eo p e r a t i o na n dt h es y n c h r o n o u s g e n e r a t o r i nt r a n s i e n tp r o c e s si se x c i t e db yq - a x i sa n dda