文档发电机组惯性时间常数的研究

发电机组惯性时间常数的研究邵立明1韩立国2范为21、黑龙江省电力勘察设计研究院黑龙江哈尔滨1500102、广东电网公司湛江供电局广东湛江524005引言长期以来人们对电力系统的认识和研究大都依赖仿真软件的仿真结果。然而仿真轨迹与实测轨迹往往存在较明显的偏差。这使人们反思所建立的仿真系统中所采用模型参数的真实性1。正确的模型参数是仿真成功的基础和关键。汽轮发电机组的惯性时间常数是一个很重要的参数对电力系统暂态稳定有很大影响。目前国内外文献主要是集中于对惯性时间常数在电力系统暂态仿真中的影响进行评价2而对惯性时间常数数值的来源及依据涉及很少对所采用的惯性时间常数数值是否反映了电力系统实际运行时的真实值也未进行探讨因此有必要对惯性时间常数展开深入研究。1惯性时间常数的含义对于转子运动方程式中J是转动转量是机械角速度为净加速转矩其中MT为原动机的转矩Me是发电机的电磁转矩。作适当变换后可得到1式中为以发电机额定容量为基准的惯性时间常数通常称为额定惯性时间常数。下面对式1进行讨论得到惯性时间常数的三个含义。a.取则。将到对式1两边积分有可得到即发电机空载时将原动机将一个数值等于额定转矩的恒定转矩加到转子上则转子从静止状态启动到额定转速所需的时间τ就是发电机组的额定惯性时间常数。这也是惯性时间常数的物理意义。b.由公式由理论力学可知当转子以旋转时其动能是因此TJN是转子在额定转速下的动能的两倍除以基准功率或称之为标幺惯性时间常数。由公式式中nN是额定转速可得式中是额定转矩因此TJN表示了转子的额定转动惯量与额定转矩的相对大小。2惯性时间常数的测取汽轮发电机组惯性时间常数的实测值是通过常规法甩负荷试验获得的。常规法甩负荷试验是发电机主开关直接断开机组与电网解列甩去全部电负荷测量并记录转速动态飞升的全部过程。2.1惯性时间常数的测取原理常规法甩负荷试验测取惯性时间常数的原理是根据转子绕轴运动的微分方程2式中P是轴功率W是转子机械角速度是转动惯量。借助常规法甩负荷试验3利用汽轮机在甩负荷后的较短时间内汽门尚未开始关闭蒸汽驱动功率即机械轴功率保持不变的特性将初始参数Po、、代入上式便可求得转动惯量J惯性时间常数则可由公式求得4。在工程应用中实际可操作的被测参数为发电机出口功率PG转子初始转速n0以及转子转速飞升曲线见图1并相应求取转子初始飞升速率。在线性段计及可将式1转化为3其中是发电机效率。工程计算时由此式即可得到转动惯量进而得到机组的惯性时间常数。2.2常规法甩负荷试验实测数据举例采用900MWSIEMENS汽轮发电机组常规法甩负荷数据进行分析。汽轮机是单轴四缸四排气900MW超临界汽轮机单支点轴系即四缸五个支承故常规法甩负荷试验实测转速涡动频率呈现1/4工频特性对实测频率每四点邻近点取平均消除涡动影响5转速飞升曲线如图2所示。试验前负荷为916.912MWn0为3008r/min为253.27其中20.02Δt0.079s由公式3计算可得J109713kg·m2惯性时间常数TJ11.845。3算例分析本节分别用原动机是电动机的发电机组甩负荷试验数据进行分析。甩负荷试验在动模实验室进行发电机组原动机采用的是Z2-71型直流电动机励磁方式为他励。模拟同步发电机基本参数为极对数p2额定转速n1500额定功率S5kVA。本次试验是甩掉50负载额定功率为800W的电炉3个。记录实验数据采用的是带有精确时标的PMU6。3.1PMU简介PMU基本功能是利用GPS信号对电压、电流同步测量进行分析提供频率、相位和幅值信息。PMU测量数据带有精确的时标因此可以精确定位实验时间。PMU监测数据分辨率为20ms/点100ms/点根据通信方式选择。本次试验检测的是机电暂态过程提供的数据分辨率为20ms/点。3.2实验数据分析本次动模试验甩负荷功率为2400WPMU记录的频率变化波形如图3。如图3所示频率开始飞升时刻17:53:37240ms作为甩负荷时刻。采用甩负荷开始阶段数据飞升曲线线性段利用公式可转化为转速飞升曲线。为进一步避免人工误差对线性段转速数据进行线性拟合采用拟合曲线的斜率作为转速初始飞升速率。利用公式3计算可得J2.41惯性时间常数TJ11.9s。此实测值与仿真值能相互验证。本次试验采用带有精确时标的PMU测量转速可以获得比较准确的甩负荷开始时间利用线性拟合方法求取转速飞升率能尽量减小人工因素误差。这些措施能使试验结果更加准确。结束语a.介绍了惯性时间常数的含义结合实测数据探讨了惯性时间常数实测方法。b.在动模实验室进行的甩负荷实验采用带有精确时标的PMU测量转速这能获得比较准确的甩负荷开始时间利用线性拟合方法求取转速飞升率能尽量减小人工因素误差。这些因素能使试验结果更加准确。参考文献1贺仁睦。电力系统动态仿真准确度的探究J.

电网技术

20241214.2WBignellHSaffronTTNguyenWDerekHumpage.EffectsofmachineinertiaconstantsonsystemtransientstabilityElectricPowerSystemResearch59995365.李宝玉魏毓璞.汽轮机调节系统疑难问题解析M.

北京化学工业出版社6249252.4何仰赞温增银.电力系统分析第三版M.武汉华中科技大学出版社22665.5冯伟忠.汽轮发电机组转子转动惯量测量探讨.动力工程99885115.6王义军任先文范琦.同步相量测量单元及其误差分析.电力自动化设备2424667作者简介邵立明98男黑龙江省电力设计院工程师。研究方向为电力系统及其自动化。摘要介绍了汽轮发电机组惯性时间常数的含义极其测取方法常规法甩负荷试验。并借助PMU记录动态过程在动模实验室进行了甩负荷试验并对数据处理采用了减少误差的新方法。关键词甩负

荷试验惯性时间常数电力系统