大扰动下同步发电机非线性模型和参数的研究

The terminal voltage of generators can be more than rated voltage and power angle may be be more than 90 degree under large disturbance conditions such as sudden short-circuit and load rejection. Existing researchs show that nonlinear characteristics of generators are affected by iron saturation and cross-magnetizing and magnetic field distortion. So far saturated models of generators based on on-load nonlinear characteristics are still taken in system simulation analysis and decision of generator excitation control strategy and the models can only reflect main magnetic path saturation effect. The project studies the adaptations of generator practical models in power system analysis software by means of Field-Circuit-Network Coupled Time-Stepping Finite Element Models. Influences of the multiple nonlinear characteristics of generators on saturated parameter and operating behaviors are also studied.Then Park models of variable parameter and improved models of generator based on load nonlinear series considering multiple factors nonlinearity are presented to provide technical support for the power system stability analysis.

电力系统发生突然短路、甩负荷等大扰动的振荡过程中，发电机机端电压可能短暂超过额定电压、功率角可超过90度。已有研究表明，此时发电机中存在磁路饱和、磁场畸变、交叉磁化等多个非线性因素的共同作用。在系统仿真分析以及发电机励磁控制策略获取方面，迄今为止发电机都采用基于空载特性的饱和模型，该模型只能反映出主磁路饱和的影响。本项目以场路网耦合的时步有限元模型为工具，研究系统分析软件中发电机实用模型的适用范围，揭示发电机多因素非线性对饱和参数和扰动过程中发电机发电机运行行为影响的规律。然后，根据系统分析的需要，建立发电机变饱和参数的park模型和基于负载非线性特性修正的实用模型，为电力系统稳定分析提供技术支持。

在电力系统仿真分析以及发电机励磁控制策略获取等方面，发电机通常不计磁路饱和的影响或采用基于空载特性的饱和模型。已有研究表明，发电机的运行特性实际上受磁路饱和、磁场畸变、交叉磁化等多个非线性因素的影响。本项目以场路网耦合的时步有限元模型为工具，系统研究了发电机多因素非线性对饱和参数及扰动过程中考虑与不考虑励磁调节器时发电机的运行行为影响、发电机不同实用模型计算结果的准确度等。建立了方便系统分析使用的发电机非线性参数与不同端点量之间的表征模型，并将其用于V形曲线、功角特性等的计算；发现考虑磁场饱和与阻尼绕组作用时，发电机派克方程与时步有限元模型所得动态特性之间存在差异，且随着扰动前功角的加大而逐渐增加；发电机非线性对考虑励磁系统模型的发电机小扰动和大扰动的运行行为有一定影响，且PID动态校正器的的性能优于PI动态校正器的情况；揭示了发电机假设A、假设B和假设B-1三种实用模型的物理本质，得到假设A模型的仿真结果与时步有限元结果最接近，而假设B-1模型的计算结果与时步有限元结果相差最大。研究结果可为电力系统的仿真分析和励磁调节器参数整定等提供了合理参考和依据。