（国网新疆电力公司电力科学研究院 乌鲁木齐市 83000）
摘要：新疆作为重要的送端电网，电压稳定问题尤为突出，对推动“疆电外送”能源战略造成重大影响，送端电网特别是弱送端、长线路电网的电压稳定问题值得深入研究。本章在常规励磁调节器（AVR）的基础上，将主变高压侧电压引入到励磁调节控制系统中，并分析了附加控制的基本原理，搭建了自定义仿真模型，仿真结果验证，采用PSVR能明显提高发电机无功响应速度及动态运行范围，有利于维持系统电压，提高电力系统电压稳定性，尤其适应于弱送端、长线路的新疆区域电网。
0引言
新疆地域辽阔，电网网架相对比较薄弱，随着南疆750kV输电工程的相续投运，跨越南北疆地区的长线路、大功率输电网越来越复杂，电网负荷低谷或中间落点750kV主变跳闸等情况下，电压问题尤为突出。如何借助现有的设备，提高电力系统电压稳定性及动态无功支撑，是一个迫切的问题。相对于并联补偿的电容、电抗器，发电机的动态无功具有相应快速、调节平滑等优势。新疆电网作为国家能源战略基地的送端电网，充足的动态无功储备对于保持受端电网电压稳定性及动态无功支撑具有重要的战略意义。下图1为新疆电网750kV主体网架结构图。
图1 新疆电网750kV主体网架结构图
常规励磁调节器（AVR）以控制机端电压为目标，在电网发生故障时维持系统电压稳定性方面能力有限，控制结构图如图2的实线所示。若引入主变高压侧电压参与励磁调节控制（PSVR），可以有效补偿升压变阻抗，挖掘发电机动态无功补偿潜力。应说明的是采用PSVR控制方式只是使发电机潜在的极限无功容量得到应用，而不是使发电机处于超出允许值的无功容量过载状态[1]。目前，PSVR控制策略的研究在国内外都有应用。日本已在与500kV系统以及275kV系统连接的发电机组上设置了可提高并维持高压输电系统电压为一定值的新型电力系统电压调节器[1]。在我国，浙江电科院在PSVR参数整定、对电力系统稳定性影响等方面进行了较为详细的研究，文献[2]介绍了电力系统电压调节器PSVR的控制原理在励磁调节器中的实现方法；文献[3]着重从系统电压稳定性方面论述了电力系统电压调节器PSVR的作用。本文在分析PSVR控制基本原理的基础上，在电力系统综合程序自定义模块中搭建PSVR控制模型，并将仿真模型应用到新疆电网关键地点的发电机上进行仿真，仿真结果表明PSVR控制策略电压控制效果明显，尤其适应于弱送端、长线路的新疆区域电网。
图2 引入主变高压侧电压参与励磁调节控制结构图
1PSVR控制基本原理
PSVR控制系统原理图如图3所示，其中 和 分别为高压侧并网点母线电压、发电机母线电压。不考虑励磁调节器（AVR）原来的调差功能，根据PSVR控制系统原理框，设AVR为无差调节且不考虑暂态调节过程影响，可得到稳态方程式（1）和（2）：
图3 PSVR控制系统原理框图
由式（5）和（6）可知，可以得出：PSVR减少等效的主变电抗和电阻，减少程度主要取决于Kt和Kh的比例，但不影响发电机原有的调差系数；PSVR减少等效的主变电抗和电阻，极端时补偿主变阻抗为零，从高压侧看去，各个单元机组都以机组调差率运行，显著地提高电力系统静态稳定极限和励磁系统对电网电压的支持力度。
2PSVR控制系统模型搭建及仿真
2.1仿真模型
电力系统分析综合程序[4]（PSASP）设计了功能强大的用户自定义（UD）建模方法，提供了自行建模来研究电力系统新装备、新装置的得力工具[5~7]。根据PSVR控制系统原理，在综合程序中搭建自定义仿真模型如图4所示。其中母线B1为发电机机端电压，母线B2为发电厂高压侧母线电压，此模型控制方式为由母线B2电压偏差值作为附加信号对发电机基准值进行补偿，补偿能力主要取决于发电机无功出力能力。
图4 综合程序用自定义PSVR控制仿真模型
2.2仿真研究
以750kV库车－巴楚－喀什－阿克苏输电通道大方式下，750kV喀什变三相短路为例，将喀发三期发电厂励磁调节器采用PSVR控制方式进行仿真。通过图5、图6以及图7仿真对比分析，PSVR控制下的机组励磁电压、无功功率响应在系统发生三相短路后均得到不同程度上的提高，系统的暂态电压也得到了一定改善。
图6 常规控制和PSVR控制下的机组无功波形
图7 常规控制和PSVR控制下的高压母线电压波形
3结论及建议
本章在常规励磁调节器（AVR）的基础上，将主变高压侧电压引入到励磁调节控制系统中，并分析了附加控制的基本原理，搭建了自定义仿真模型，仿真结果验证，采用PSVR能明显提高发电机无功响应速度及动态运行范围，有利于维持系统电压，提高电力系统电压稳定性。
具体结论有以下几点：
（1）常规AVR的作用可以补偿发电机的同步电抗，而PSVR的作用是用来对变压器电抗的补偿，建议开展PSVR参数的整定研究以及和现有PSS参数的配合研究。
（2）用PSVR控制方式只是使发电机潜在的无功容量得到快速应用，而不是使发电机处于超出允许值的无功容量过载状态，因此必须设置运行安全区域，满足有关励磁标准，原采用常规机端电压控制的励磁控制系统的功能（如低励、过励、V/Hz、强励限制、PSS及有关保护）必须保证，扩大发电机的安全稳定运行范围。
（3）PSVR控制策略相对于常规AVR控制具有较好电压控制效果，在新疆电网长线路的网架基础上具有较好应用价值。
参考文献
[1]现代同步发电机励磁系统设计及应用[D]．中国电力出版社，2009．
[2]俞鸿飞，曹成军等．电力系统电压调节器PSVR在励磁调节器中的实现．水电站机电技术，2013，（4）．
[3]周晓渊，邱家驹，陈新琪．高压侧电压控制对单机-无穷大系统稳定性的影响[J]．中国电机工程学报，2003，23（1）：60-63．
[4]PSASP概述中国电力科学研究院
[5]可控串补自抗扰控制器电网技术
[6]用户自定义建模的励磁系统仿真和PSS设计电网技术
[7]非线性励磁控制器改善华中电网稳定性的仿真分析电网技术
作者简介：
焦春雷 (1983)，男，工学硕士，高级工程师，主要从事电力系统建模仿真及分析计算、网源协调方面的研究工作。
论文作者:焦春雷
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/7
标签：电压论文; 电网论文; 发电机论文; 励磁论文; 调节器论文; 新疆论文; 电力系统论文; 《电力设备》2016年第16期论文;