GB∕T 40589-2021 同步发电机励磁系统建模导则.pdf

书 书 书犐 犆犛 犆犆犛犉 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?犌犅犜 ?犕狅 犱 犲 犾 犻 狀 犵犵 狌 犻 犱 犲犳 狅 狉犲 狓 犮 犻 狋 犪 狋 犻 狅 狀狊 狔 狊 狋 犲犿狅 犳狊 狔 狀 犮 犺 狉 狅 狀 狅 狌 狊犵 犲 狀 犲 狉 犪 狋 狅 狉 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?目次前言范围规范性引用文件术语和定义缩略语总则励磁设备要求励磁系统标幺值励磁调节器环节特性辨识实测模型 计算模型的选择与参数处理 现场试验与仿真校核 模型参数仿真复核 附录（规范性）限幅的表达 附录（资料性）调节器输出限幅值获取方法 附录（资料性）电压调差率的测量 附录（资料性）低励限制模型 附录（资料性）过励限制模型 附录（资料性）发电机直轴暂态开路时间常数测试校核 附录（资料性）发电机饱和系数的计算 参考文献 犌犅犜 前言本文件按照 标准化工作导则第部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电力企业联合会提出。本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会（ ）归口。本文件起草单位：国家电网有限公司国家电力调度控制中心、中国电力科学研究院有限公司、中国南方电网电力调度控制中心、国家电网公司西南分部、国网浙江省电力有限公司、国网冀北电力有限公司、浙江浙能技术研究院有限公司、广东电网有限责任公司。本文件主要起草人：郭强、霍承祥、于钊、武朝强、张剑云、吴剑超、何飞、朱艳卿、陈国平、冷喜武、刘明松、李照庭、曹路、史扬、陈新琪、张俊峰、汤凡、吴跨宇、刘洪涛、苏为民、张彦凯、熊鸿韬、焦春雷、余锐、刘佳钰、李志强、高磊、濮钧、王斌、徐友平、张慕婕、徐珂、魏平、邵冲、孙华东、安宁、李新、刘育明、李登峰、王宇强、锁军、李树秡、李诚帅、谢欢、翁洪杰、穆兴华、徐明宇、何晓伟、孙璐、李文锋、陶向宇、宋新立、刘涛、张星、王峰、朱艺颖、王薇薇、于大海、肖静、陶向红、王虹富、常松、叶小晖、董毅峰。犌犅犜 同步发电机励磁系统建模导则范围本文件描述了电力系统稳定分析计算用同步发电机励磁系统数学模型（以下简称“模型” ）建立方法。本文件适用于汽轮发电机、燃气轮发电机、水轮发电机、抽水蓄能发电电动机、核电机组和光热机组励磁系统建模。同步调相机参照使用。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 （所有部分）同步电机励磁系统 电力系统安全稳定导则 大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件 大型汽轮发电机励磁系统技术条件术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 原始模型狆 狉 犻 犿犪 狉 狔犿狅 犱 犲 犾根据制造厂提供的资料推导出的模型结构及参数。 实测模型犿犲 犪 狊 狌 狉 犲 犱犿狅 犱 犲 犾参照原始模型进行模型辨识和参数实测，得到的模型结构及参数。 计算模型犮 犪 犾 犮 狌 犾 犪 狋 犻 狀 犵犿狅 犱 犲 犾用于稳定计算的模型结构及参数。 等同计算模型犻 犱 犲 狀 狋 犻 犮 犪 犾犮 犪 犾 犮 狌 犾 犪 狋 犻 狀 犵犿狅 犱 犲 犾与实测模型结构一致，通过仿真校核确认满足要求的计算模型结构及参数。 近似计算模型狊 犻 犿 犻 犾 犪 狉犮 犪 犾 犮 狌 犾 犪 狋 犻 狀 犵犿狅 犱 犲 犾与实测模型结构有一定差别，通过计算程序仿真、参数调整后基本满足要求的用于稳定计算的模型结构及参数。 阶跃试验狊 狋 犲 狆狋 犲 狊 狋被控量的给定值阶跃变化的试验。犌犅犜 阶跃量狊 狋 犲 狆狏 犪 犾 狌 犲阶跃试验中，被控量的最终稳态值与初始值之差。 超调量狅 狏 犲 狉 狊 犺 狅 狅 狋狏 犪 犾 狌 犲阶跃试验中，被控量的最大值与最终稳态值之差相对于阶跃量的百分数。来源： ， ，有修改 起始时间狊 狋 犪 狉 狋 犻 狀 犵狋 犻 犿犲阶跃信号加入时刻。 上升时间狌 狆狑犪 狉 犱狋 犻 犿犲阶跃试验中，从起始时间起到被控量的变化值初次达到 阶跃量的时间。来源： ， ，有修改 峰值时间狆 犲 犪 犽狋 犻 犿犲阶跃试验中，从起始时间到被控量的变化值达到最大值的时间。 调节时间狊 犲 狋 狋 犾 犻 狀 犵狋 犻 犿犲阶跃试验中，从起始时间到被控量的变化值与阶跃量之差的绝对值到达并不再超出阶跃量的（见图中犆点）所需的最短时间。符号说明：犝 初始值；犝 最终稳态值；狋 起始时间；狋 上升时间；狋 峰值时间；狋 调节时间。图阶跃响应特性示例曲线来源： ， ，有修改犌犅犜 Uo o 振荡次数狀 狌犿犫 犲 狉狅 犳狅 狊 犮 犻 犾 犾 犪 狋 犻 狅 狀在调节时间内被控量的振荡周期数。来源： ， ，有修改 频域测量法犳 狉 犲 狇 狌 犲 狀 犮 狔 犱 狅犿犪 犻 狀犿犲 犪 狊 狌 狉 犻 狀 犵在输入端加入不同频率正弦信号或者噪声信号，测量输出端对于输入端的频率响应特性，采用幅频与相频特性进行曲线拟合来辨识模型及其参数的方法。 时域测量法狋 犻 犿犲 犱 狅犿犪 犻 狀犿犲 犪 狊 狌 狉 犻 狀 犵在输入端加入阶跃等扰动信号，测量输出信号的时域响应特性，通过分析环节结构与参数，并将仿真的时域响应特性曲线与实测结果进行曲线拟合来辨识模型及其参数的方法。缩略语下列缩略语适用于本文件。：自动电压调节器（ ）：过励限制器（ ） ：比例积分微分（ ）：电力系统稳定器（ ）：静止变频器（ ）：低励限制器（ ）：伏赫兹限制器（ ）总则 建模包含现场测试、参数辨识、仿真验证和复核入库工作。 参数实测与建模按分环节测试、整体验证的原则进行。 实测模型符合 的规定，符合电网调度机构采用的电力系统稳定分析程序要求，并使用电网调度机构采用的电力系统稳定分析程序进行仿真验证和稳定性校核。 模型包括励磁功率和励磁控制两部分。 新投产发电机组励磁系统实测建模试验在机组正式商业运行前完成。励磁系统发生设备改造、软件升级、参数修改等变化并影响励磁系统性能的，重新进行实测建模试验。实测建模试验完成时间超过年的，进行复核试验，试验项目至少包括小扰动试验和大扰动试验，如测试结果与上次试验结果差异较大，则进行原因分析和技术评估，必要时重新开展实测建模试验。励磁设备要求 励磁调节器在设计、型式试验阶段应确认模型参数，励磁设备应通过技术鉴定。 励磁设备应提供励磁调节器及附加环节模型参数和励磁设备技术数据，励磁系统及部件原始模型应符合 、 的规定。 励磁调节器应具备供第三方进行模型参数测试所需要的接口。 励磁调节器的设置值应以十进制表示，时间常数以秒表示，放大倍数和限幅值以标幺值表示，并说犌犅犜 明标幺值的基准值选取方法。 三相全控桥的整流器宜采用余弦移相。 励磁调节器应在定型生产前完成环节模型正确性检查，或者同类型调节器在其他机组励磁系统建模中已经验证其环节参数正确，否则应通过环节特性辨识方法确认 和软反馈校正环节的模型参数。每一型号的励磁调节器应进行一次完整的环节测试辨识。 励磁调节器不应设置死区。励磁系统标幺值 励磁系统多项关键参数采用标幺值形式，标幺值由实际值除以基准值得到。 发电机电压的基准值犝为发电机额定电压；发电机电流的基准值犐为发电机额定电流；发电机功率的基准值犛为发电机额定视在功率；发电机转速（频率）的基准值狀（犳）为发电机额定转速（频率） 。 发电机磁场电流的基准值犐 为发电机空载特性气隙线上产生额定电压所需的磁场电流。发电机磁场绕组电阻的基准值犚 为发电机额定工况下发电机励磁回路电阻，也可取为发电机额定磁场电压除以额定磁场电流的数值。发电机磁场电压的基准值犝 为磁场电流的基准值乘以磁场绕组电阻的基准值。 励磁机磁场电流的基准值犐 为在励磁机空载特性曲线气隙线上产生一个标幺值发电机磁场电压所要求的励磁机磁场电流值。励磁机励磁电阻的基准值犚 为发电机额定工况下的励磁机励磁回路的电阻，也可取励磁机额定磁场电压除以励磁机额定磁场电流并计及回路阻值。励磁机磁场电压的基准值犝 为励磁机磁场电流基准值乘以励磁机励磁绕组电阻基准值。 调节器的输入电压、电流和功率的基准值等于发电机电压、电流和功率的基准值。当控制发电机磁场电压时，调节器输出电压基准值等于发电机磁场电压的基准值，调节器输出电流基准值等于发电机磁场电流的基准值。当控制励磁机磁场电压时，调节器输出电压基准值等于励磁机磁场电压的基准值，调节器输出电流基准值等于励磁机磁场电流的基准值。励磁调节器环节特性辨识 一般规定励磁调节器线性环节和非线性环节的测试辨识宜在静态情况下进行。线性环节测量可采用频域测量法或时域测量法，也可同时采用两种方法。 频域测量法 利用频谱分析仪，测量待辨识环节输出对于输入的频率特性，信号可采用正弦扫频或噪声信号，采用对比或拟合技术辨识模型的参数。 一阶环节的模型参数，可利用已知频率特性的特征值直接计算。 非一阶环节的模型参数，可采用参数拟合技术或采用模型频率特性和实测频率特性对比方法确定。 测量频率范围应根据研究对象特点选择。 时域测量法 输入扰动信号宜为阶跃信号，测量输出响应，采用对比输出响应特性曲线的方法辨识模型的犌犅犜 参数。 采用阶跃响应试验法测量一阶惯性环节参数时，其输出达到稳态变化量的 倍所需时间即为该环节的时间常数；输出稳态变化量与输入阶跃量之比即为该环节的增益。 非一阶环节的参数可采用时域参数辨识，或采用相同输入信号下仿真待辨识模型响应和实测响应对比的方法来确定。 非线性环节测量测量非线性环节时，应了解并通过实际测量检验励磁调节器、各环节是否存在死区、限幅、自动投退等逻辑控制、非线性环节、变参数、是否采用余弦移相等。限幅环节应区分内限幅和外限幅，限幅表达应符合附录的规定。实测模型 一般要求 确定励磁系统模型应根据励磁系统类型收集下列资料：）励磁变压器额定容量、一次和二次额定电压及短路电抗；）直流励磁机空载特性曲线、负载特性曲线、额定电压、额定电流、励磁绕组时间常数、激励方式和励磁绕组电阻等；）交流励磁机额定容量、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定磁场电压和电流、空载和负载特性曲线、电枢开路时励磁绕组时间常数犜 、激励方式、励磁绕组电阻、同步电抗犡 、次暂态电抗犡 和负序电抗犡 ；）副励磁机额定容量、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定频率、外特性曲线、空载电压、发电机输出额定电流时的端电压和发电机输出强励电流时的端电压；）发电机空载特性曲线、发电机犜 等各时间常数、发电机各电抗值、机组转动惯量（包括发电机和原动机） 、发电机额定电压、额定电流、额定视在功率、额定功率因数、额定磁场电压、额定磁场电流、空载额定磁场电压、空载额定磁场电流和规定温度下的励磁绕组电阻值；）励磁系统功能说明、投产试验报告及各个环节的原始模型及整定参数。 实测模型应通过现场测试和参数辨识建立。 计算模型应根据实测模型建立。计算模型应符合电力系统稳定分析程序使用要求。计算模型应至少包括、调差特性和强励限制模型和参数。电压安全稳定计算和中长期稳定计算，应包括、和限制模型和参数。 励磁系统组成 发电机励磁系统由励磁功率部分、励磁控制部分组成，见图。 励磁控制部分实现励磁稳定控制和限制功能，由电压电流测量与附加调差环节、 或软反馈校正环节、功率控制环节、补偿励磁机时间常数的反馈环节、顶值限制环节、环节、环节和环节等组成。 励磁系统按照励磁功率部件不同，分为以下三种类型：）直流励磁机励磁系统；）交流励磁机励磁系统；）静止励磁系统。犌犅犜 符号说明：犝 发电机电压给定值；犝 发电机电压；犐 发电机电流。图励磁系统组成 静止励磁系统功率部分模型 一般规定静止励磁系统包括自并励静止励磁系统（见图） 、恒电压源供电的静止励磁系统（见图）和交流侧串联的复励静止励磁系统（见图） 。符号说明： 可控整流器； 同步发电机； 电流互感器； 电压互感器； 励磁变压器； 自动电压调节器。图自并励静止励磁系统犌犅犜 咱llE一酬一一发一T 符号说明： 励磁变压器； 可控整流器； 同步发电机； 电流互感器； 电压互感器； 自动电压调节器。图恒电压源供电的静止励磁系统符号说明： 可控整流器； 同步发电机； 电流互感器； 电压互感器； 并联变压器； 串联变压器； 自动电压调节器。图交流侧串联自复励静止励磁系统 自并励静止励磁系统功率部分模型模型采用三相全波可控整流和余弦移相方式的自并励励磁系统功率部分可建立图所示的功率部分模型。其中，犝犝和犝犝分别表示实际输出的限幅受到发电机机端电压变动的影响。图中各变量均采用标幺值。犌犅犜 TV 符号说明：犝 发电机机端电压；犝 的最大输出电压；犐 发电机励磁电流；犓 换弧压降系数；犝 的输出电压；犝 发电机励磁电压；犝 的最小输出电压。图自并励静止励磁系统功率部分模型换弧压降系数计算方法见式（） 。犓犝犝犐 犝 犛（）式中：犓 换弧压降系数，标幺值（ ） ；犝 励磁变压器短路电压，标幺值（ ） ；犝 励磁变压器二次额定线电压，单位为伏（） ；犐 磁场电流基准值，单位为安（） ；犝 磁场电压基准值，单位为伏（） ；犛 励磁变压器额定容量，单位为伏安（） 。调节器输出上限计算方法见式（） ，下限计算方法见式（） 。犝 犝 犝 （）犝 犝 犝 （）式中：犝 的最小输出电压，标幺值（ ） ；犝 励磁变压器二次额定线电压，单位为伏（） ； 可控整流器的最大控制角，单位为度（） ；犝 发电机磁场电压基准值，单位为伏（） ；犝 的最大输出电压，标幺值（ ） ； 可控整流器的最小控制角，单位为度（） 。调节器输出限幅值可通过发电机空载大扰动试验求得，见附录。获得的磁场电压最大值需要按照同一时刻时的发电机电压、磁场电流和犓进行修正。 恒电压源静止励磁系统功率部分模型恒电压源静止励磁系统功率部分模型见图。犓按照式（）计算，犝和犝按照式（）和式（）计算。电源来自励磁机电枢的交流励磁机可控整流励磁系统功率部分模型与本模型相同。图中各变量均采用标幺值。犌犅犜 符号说明：犝 的最大输出电压；犐 发电机励磁电流；犓 换弧压降系数；犝 的输出电压；犝 发电机励磁电压；犝 的最小输出电压。图恒电压源静止励磁系统功率部分模型 交流侧串联自复励静止励磁系统功率部分模型交流侧串联自复励静止励磁系统功率部分模型可采用恒电压源静止励磁系统功率部分模型近似模拟，计算换弧压降系数时应计及串联变压器的漏抗。 交流励磁机励磁系统功率部分模型 概述交流励磁机励磁系统可分为交流励磁机不可控整流器励磁系统和交流励磁机可控整流器励磁系统。交流励磁机不可控整流器励磁系统见图和图 ，交流励磁机可控整流器励磁系统见图。符号说明： 副励磁机； 可控整流器； 主励磁机； 不可控整流器； 同步发电机； 电流互感器； 电压互感器； 自动电压调节器。图有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统犌犅犜 厂一叫 e令?TV 符号说明： 主励磁机； 主励磁机自励恒压励磁变压器； 主励磁机自励恒压可控整流器； 发电机励磁回路可控整流器； 同步发电机； 电流互感器； 电压互感器； 自动电压调节器。图交流励磁机静止可控整流器励磁系统符号说明： 可控整流器； 主励磁机； 不可控整流器； 同步发电机； 电流互感器； 电压互感器； 主励磁机自励恒压励磁变压器； 自动电压调节器。图 有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统 有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型 模型框图采用三相全波整流的、有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型如图 所示，该模型包括不可控整流器（静止和旋转两种类型）和交流励磁机两部分。 犌犅犜 TV e令?T 符号说明：犝 的输出电压；犝 的最大输出电压；犝 的最小输出电压；狊 传递函数的频域变量；犜 主励磁机时间常数；犝 励磁机输出的直流电压；犝 发电机励磁电压；犉 整流器调节特性的函数；犐 规格化电流；犝 励磁机磁场电流换算为电压值；犛 主励磁机饱和系数；犓 主励磁机自励系数；犓 换弧压降系数；犐 发电机励磁电流；犓 主励磁机去磁系数。图 有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型 交流励磁机空载特性测量断开发电机转子灭磁开关，保持励磁机额定转速不变。测量励磁机电枢交流电压和励磁机磁场电流从零到强励对应值。将励磁机电枢交流电压乘以 倍转为直流电压后绘制励磁机空载特性曲线，也可测整流后的直流电压，此时直流侧负载以足够保证整流器导通为限。 交流励磁机负载特性测量结合发电机空载、短路或负载试验，测量发电机磁场电压和励磁机磁场电流之间的关系曲线。 交流励磁机空载时间常数测量交流励磁机空载时间常数犜在励磁机空载条件下用阶跃法测定，阶跃时交流励磁机磁场电压的波形应为理想阶跃波形。也可在励磁机负载条件下用频率响应法确定。对于无刷励磁系统，只能在励磁机负载条件下测试。根据不同的试验条件可采取下列测试方法： 交流励磁机在空载条件下，采用励磁调节器手动定控制角方式使交流励磁机磁场电压正向或负向阶跃，测录交流励磁机电枢电压上升或下降曲线，当变化量达到 时所需的时间即为犜； 交流励磁机在空载条件下，利用手动励磁装置在励磁机电压不超过额定电压、阶跃量不小于 条件下合上或拉开手动柜交流侧开关，测录交流励磁机电枢电压上升或下降曲线，当变化 犌犅犜 U、量达到 时所需的时间即为犜； 发电机空载，励磁调节器工作在自动方式，在励磁调节器电压相加点加入噪声信号，用频谱分析仪测量交流励磁机磁场电流和磁场电压之间的频率特性，或发电机磁场电压对励磁机磁场电压的频率特性，根据交流励磁机模型辨识得到犜。 换弧压降系数换弧压降系数犓以发电机磁场电流基准值对整流方程进行标幺化得到，计算方法见式（） 。犓槡（犡 犡 ）犝犐 犝 犛（）式中：犓 换弧压降系数，标幺值（ ） ；犡 励磁机次暂态电抗，标幺值（ ） ；犡 励磁机负序电抗，标幺值（ ） ；犝 励磁机电枢额定线电压，单位为伏（） ；犐 发电机磁场电流的基准值，单位为安（） ；犝 发电机磁场电压的基准值，单位为伏（） ；犛 励磁机额定容量，单位为伏安（） 。整流器的换弧角小于 时励磁系统输出值见式（） 。式中各变量均采用标幺值。犝犝犓槡犐（）式中：犝 发电机励磁电压；犝 励磁机输出直流电压；犓 换弧压降系数；犐 发电机励磁电流。励磁机励磁系统模型未包含副励磁机电抗引起换弧压降的影响。励磁系统的换弧压降影响显著时，需要进行功率部分增益实测和调节器输出限制值实测，采取等效副励磁机电压等方法表示该影响。 交流励磁机饱和系数犛、犛 、犛 分别为发电机强励电压、 发电机强励电压和发电机额定磁场电压下的励磁机饱和系数。由图 励磁机空载饱和曲线和空载气隙线、按照式（）确定犛（犝） 。图 中的纵坐标为励磁机输出直流电压，横坐标为励磁机磁场电流，一般用标幺值表示。当式（）条件满足时，以式（）和式（）确定犝和犝 。犛（犝）犆犅犅（）式中：犝 励磁机输出直流电压；犛（犝） 励磁机输出直流电压为犝时对应的励磁机饱和系数；犆 励磁机空载饱和曲线上与励磁机输出电压犝对应的励磁机励磁电流；犅 气隙上与励磁机输出电压犝对应的励磁机励磁电流。犝犝犓槡（）（） 犌犅犜 式中：犝 发电机强励电压对应的励磁机输出直流电压；犝 发电机强励励磁电压；犓 换弧压降系数。犝 犝 犓槡（）（）式中：犝 发电机强励电压对应的励磁机输出直流电压；犝 发电机强励电压；犓 换弧压降系数。标引序号和符号说明： 励磁机空载饱和曲线对应的气隙线； 励磁机空载饱和曲线； 励磁机恒定电阻饱和曲线；犃 恒定电阻饱和曲线上与励磁机输出电压犝对应的励磁机励磁电流；犆 励磁机空载饱和曲线上与励磁机输出电压犝对应的励磁机励磁电流；犅 气隙上与励磁机输出电压犝对应的励磁机励磁电流。图 求取饱和系数的励磁机空载和负载特性 三相全波不可控整流器调节特性三相全波不可控整流器模型见图 。图中各变量均采用标幺值。 犌犅犜 符号说明：犝 励磁机输出的直流电压；犝 计及换弧电抗压降后整流桥输出电压，即发电机磁场电压；犐 励磁机负载电流即发电机磁场电流；犉 整流器调节特性的函数；犐 规格化电流。图 不可控三相全波整流桥模型采用式（）计算犓时，犉采用式（）形式。式中各变量均采用标幺值。犐犓犐犝 犐 ，犉 犐 犐 ，犉 犐槡 犐，犉槡（犐）烅烄烆（）式中：犐 规格化电流；犓 换弧压降系数；犐 励磁机负载电流即发电机磁场电流；犝 励磁机输出的直流电压；犉 整流器调节特性的函数。 去磁系数在励磁机空载和负载特性曲线的未饱和区域按照式（ ）计算去磁系数。式中各变量均采用标幺值。犓（犐 犐 ） 犐 犓槡（ ）式中：犓 去磁系数；犐 某一发电机励磁电压下，励磁机负载曲线上与之对应的励磁机励磁电流；犐 某一发电机励磁电压下，励磁机空载曲线上与之对应的励磁机励磁电流；犓 不可控整流器的换弧压降系数。当缺少实测的励磁机空载、负载特性时可采用制造厂的出厂试验数据或设计特性，或通过计算得到。 自励系数自励系数犓是励磁机励磁的他励安匝数与总励磁安匝数之比。当励磁机仅采用他励时犓。 发电机励磁侧电量与励磁机励磁侧电量的静态关系发电机励磁侧电量与励磁机励磁侧电量的静态关系见式（ ） 。式中各变量均采用标幺值。 犌犅犜 犝 犐 犝犓槡（）（犛）犓（ ）式中：犝 励磁机磁场电压；犐 励磁机磁场电流；犝 发电机磁场电压；犓 换弧压降系数；犛 励磁机空载饱和系数；犓 励磁机去磁系数。 励磁机的限幅值励磁机输出的直流电压下限值为零。 调节器输出限幅值副励磁机电压随负荷的增大而降低，强励时副励磁机电压下降系数犓对永磁机可取 ，对自励恒压副励磁机可取 。调节器输出限幅值可以通过发电机大扰动试验求得，见附录。调节器最大输出电压和最小输出电压，按照式（ ） 、式（ ）计算。犝 犓犝 犝 （ ）式中：犝 调节器输出最大限幅值；犓 强励时副励磁机电压下降系数；犝 发电机额定负载下的副励磁机电枢线电压值，单位为伏（） ； 可控整流器最小控制角，单位为度（） ；犝 励磁机磁场电压基准值，单位为伏（） 。犝 犓犝 犝 （ ）式中：犝 调节器输出最大限幅值； 可控整流器最大控制角，单位为度（） 。 交流励磁机可控整流器励磁系统功率部分模型交流励磁机可控整流器励磁系统中的交流励磁机均为自并励恒压交流励磁机，其功率部分模型见图。模型中设定交流励磁机电压调节器可以维持电枢电压恒定。交流励磁机的换弧压降系数犓由式（ ）计算。犝和犝按照式（ ）和式（ ）计算。调节器输出限幅值可以通过发电机大扰动试验求得，见附录。犓（犡 犡 ）犝犐 犝 犛（ ）式中：犓 换弧压降系数，标幺值（ ） ；犡 主励磁机直轴次暂态电抗，标幺值（ ） ；犡 主励磁机负序电抗，标幺值（ ） ；犝 主励磁机额定电压，单位为伏（） ；犐 发电机磁场电流的基准值，单位为安（） ；犝 发电机磁场电压的基准值，单位为伏（） ； 犌犅犜 犛 励磁机额定容量，单位为伏安（） 。犝 犝 犝 （ ）式中：犝 调节器输出最大限幅值；犓 强励时副励磁机电压下降系数；犝 发电机额定负载下的副励磁机电枢线电压值，单位为伏（） ； 可控整流器最小控制角，单位为度（） ；犝 发电机磁场电压的基准值，单位为伏（） 。犝 犝 犝 （ ）式中：犝 调节器输出最大限幅值； 可控整流器最大控制角，单位为度（） 。 有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型采用三相全波整流的、有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型见图 ，该模型包括不可控整流器和交流励磁机模型，其中不可控整流器包括静止和旋转两种类型。符号说明：犝 的输出电压；犝 机端电压；犝 的最大输出电压；犝 的最小输出电压；犝 励磁机励磁电压最大滞；犓 主励磁机去磁系数；犐 发电机励磁电流；犓 主励磁机自励系数；犛（犝） 励磁机输出直流电压为犝时对应的励磁机饱和系数；犜 主励磁机时间常数；犝 励磁机输出的直流电压；犝 发电机励磁电压；犉 整流器调节特性的函数；犝 励磁机磁场电流换算为电压值；犛 主励磁机饱和系数；犐 规格化电流；犓 换弧压降系数。图 有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型 犌犅犜 有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型与有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型的区别：调节器输出限制值与发电机电压有关；犝和犝用式（ ） 、式（ ）计算；犝 为机端变二次侧额定线电压，且犓。调节器输出限幅值可以通过发电机大扰动试验求得，见附录。其他参数的计算与有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型参数计算相同。 直流励磁机模型 概述直流励磁机励磁系统见图 ，直流励磁机模型见图 。符号说明： 直流励磁机； 发电机； 电流互感器； 电压互感器； 可控整流器； 自动电压调节器。图 直流励磁机励磁系统符号说明：犝 的输出电压；犜 直流励磁机时间常数；犝 发电机励磁电压；犓 主励磁机自励系数；犛 主励磁机饱和系数；犓 主励磁机去磁系数；犐 发电机励磁电流。图 直流励磁机模型 直流励磁机空载和负载特性曲线测量空载特性：断开发电机转子灭磁开关。保持励磁机额定转速不变。测量励磁机电压和励磁机总励 犌犅犜 U +El-TV 磁安匝、他励安匝数从零到强励的对应值。负载特性：合上发电机转子灭磁开关。测量发电机磁场电压和励磁机总励磁安匝、他励安匝数的对应关系。 直流励磁机饱和系数犛犈直流励磁机模型饱和系数犛是犝的函数，由图 励磁机空载和负载特性曲线按照式（）确定饱和系数犛。 自励系数按照实际励磁机的他励安匝数与总安匝数之比计算自励系数犓。 励磁机时间常数稳定计算用的直流励磁机时间常数犜等于直流励磁机空载时其励磁回路的时间常数。 去磁系数按照式（ ）计算去磁系数犓，其中令犓。 励磁控制部分模型 电压电流测量与附加调差电压测量与附加调差单元的模型如图 所示。符号说明：犝 发电机端电压矢量；犐 发电机端电流矢量；犚 对应于全电流的有功电流补偿率； 表示复数的虚部部分；犡 对应于全电流的无功电流补偿率；犓 电压测量环节增益（在计算程序中宜选定为 ） ；犜 电压测量环节的等效时间常数；犝 电压给定值；犝 电压偏差信号。图 电压测量与调差单元模型数字式调节器的电压测量存在随机的纯滞后时间，可以进行多次阶跃试验获得平均纯滞后时间，犜等于该平均纯滞后时间。电压调差率的测量见附录。 犘 犐 犇和软反馈校正 校正环节包括串联型和并联型，见图 和图 。软反馈校正环节见图 ，以发电机磁场电压、调节器输出或励磁机磁场电流为其输入信号。励磁系统模型以犝表示励磁机磁场电流，在非限幅区域，调节器输出电压的静态标幺值与犝静态标幺值相同。 犌犅犜 符号说明：犓、犓 增益；犜、犜、犜、犜 时间常数。图 串联型犘 犐 犇校正环节符号说明：犓 比例增益；犓 微分增益；犜 微分时间常数；犝 微分环节上限幅值；犝 微分环节下限幅值；犓 积分增益；犝 积分环节上限幅值；犝 积分环节下限幅值。图 并联型犘 犐 犇校正环节符号说明：犓 软反馈增益；犜 时间常数。图 软反馈校正环节 补偿励磁机时间常数的反馈补偿励磁机时间常数的反馈单元可等效为一个比例环节。反馈单元输入信号为发电机磁场电压或励磁机磁场电流。测量该环节输入输出数据，将输入输出按照计算基准值折算后，获得比例反馈系数。 功率控制三相全控整流桥功率控制环节包括移相和可控整流桥两部分。移相环节的输入是调节器的控制电压犝，如采用余弦移相，犝为时对应可控整流器控制角为 和 ，则功率控制环节的放大倍数犓计算见式（ ） 。犓犝 犝 犝 犝（ ） 犌犅犜 式中：犝 换弧压降前的直流电压，标幺值（ ） ；犝 控制电压，标幺值（ ） ；犝 整流桥交流侧线电压，单位为伏（） ；犝 调节器输出电压基准值，单位为伏（） 。功率控制环节的延时特性作一阶惯性环节处理，其时间常数取下述两个时间之大者：调节器对控制角调整的平均延时和相邻触发脉冲的时间间隔。当延时不大于 时可以不予计及。三相全波整流电路采用非余弦移相，或功率控制采用定频调宽方式时，环节增益应采用额定工况处线性化处理的方法确定，调节器输出限幅值应按实际可控特性计算，并且经过发电机空载大扰动试验校核。 顶值限制顶值限制包括顶值电压限制和顶值电流瞬时限制。顶值限制对暂态稳定计算结果有影响，应构建符合实际的顶值限制模型，设置符合实际的限制值。顶值限制值可通过大扰动试验或静态试验获取。 犝犈犔应构建符合实际的模型，设置符合实际的限制值。通用模型见附录。 犗犈犔应构建符合实际的模型，设置符合实际的限制值。通用模型见附录。 犞犉犔应构建符合实际的模型，设置符合实际的限制值。模型应符合 （所有部分）的规定。 犘犛 犛应选择与实际一致的模型。模型主要有两种：单输入信号模型（见图 ）和加速功率型模型（图 ） 。符号说明：犝 输入信号；犜 信号测量环节时间常数；犜、犜 隔直环节时间常数；犃、犃 滤波器参数；犜、犜、犜、犜、犜、犜 时间常数；犓 增益；犝 、犝 输出限幅值；犝 输出信号。图 单输入信号犘犛 犛模型 犌犅犜 x l m 约约/ n m s s / 符号说明： 发电机转速或频率；犘 发电机有功功率；狊 传递函数的频域变量；犜、犜、犜、犜 隔直环节时间常数；犓 、犓 、犓 增益；犕、犖、犜、犜 陷波器参数；犜、犜、犜、犜、犜、犜、犜 、犜 时间常数；犝 输出；犝 、犝 输出限幅值。图 加速功率型犘犛 犛模型按照规定的基准值将实际的增益折算为标幺化的增益。对输出信号，当输出加入到电压相加点上时输出信号的基准值应与发电机电压的基准值相同；当输出加入到电压相加点后的某环节的输出点时，输出信号的基准值与该输出点信号的基准值相同，以保证计算模型的正确性。需要获得信号的测量时间常数。数字式调节器的信号测量存在随机的纯滞后时间，可以进行多次阶跃试验获得平均纯滞后时间，测量环节的时间常数等于该平均纯滞后时间。 计算模型的选择与参数处理 等同计算模型选择及参数处理 等同计算模型宜采用电力系统稳定分析程序中已有的励磁系统模型，无适用模型时可采用自定义模型。 实测模型的控制部分、电压测量、顶值限制和环节结构与标准模型一致时，直接采用标准模型；不一致时，可通过等值变换获得稳定计算用环节模型。 输出信号相加点、用作励磁稳定器的软反馈和用作减少励磁机时间常数的反馈相加点与实测模型一致。 当并联型 转换为串联型 且不出现非负实数根时，认为并联型 与串联型 有一致的结构，可将并联型 转换为串联型 。 当实测模型中有多个限幅时，可采用稳定计算用模型的限幅替代。 当实测模型中存在多个串联的小时间常数惯性环节时，宜合并为一个时间常数不小于 的一阶惯性环节。 稳定计算用模型中多余的环节应设置相应参数使其不起作用。 当发电机空载和负载下调节器参数或限制值不同、且对试验结果产生显著影响时，应在建模报告中提供空载和负载下的参数。 犌犅犜 u.、约ma文 近似计算模型的选择及参数处理方法 如果电力系统稳定分析程序中无法得到与实测模型等同的计算模型，应选择与实测模型有相同的励磁系统类型且最为接近的模型作为近似计算模型。 通过计算校核确定近似计算模型参数。 现场试验与仿真校核 现场进行发电机空载电压给定阶跃试验，阶跃量不应使调节器进入限幅区域，一般为。用直接拖动的调相机，需要将调相机拖到额定转速附近后在堕转条件下进行空载电压给定阶跃试验。 通过资料或试验获得发电机空载特性曲线、犜 等发电机参数。犜 的现场实测校核方法见附录。 在电力系统稳定分析程序中设置发电机参数，电抗参数应采用不饱和值，发电机饱和系数应按程序规定定义求取，常用算法见附录。建立励磁系统模型，进行发电机空载电压给定阶跃仿真计算。 计算实测和仿真中的发电机空载电压给定阶跃响应的上升时间狋、峰值时间狋、超调量犕、调整时间狋和振荡次数犖；仿真与实测的偏差允许值应符合表。表仿真与实测的偏差允许值品质参数参数范围偏差允许值（实测值仿真值）狋 实测值 狋 实测值狋全部犖全部 模型参数仿真复核 实测励磁模型参数经仿真复核后，方可用于电网调度机构仿真计算。 实测报告复核内容应包括：）核查励磁建模试验报告内容的完整性；）核查现场试验及试验结果的准确性；）进行发电机空载电压小阶跃试验仿真；）进行发电机负载电压小阶跃试验仿真。 模型参数实际电网复核工作应包括：）实测模型参数放入实际电网中，进行无扰动校核；）实测模型参数放入实际电网中，进行小扰动校核；）实测模型参数放入实际电网中，根据需要，进行大扰动校核。 犌犅犜 附录犃（规范性）限幅的表达犃 内限幅积分环节内限幅应符合图 的规定，其逻辑关系为：若狔犃，狌，则狔狋置；若狔犃，狌，则狔狋狌；若狔犅，狌，则狔狋置；若狔犅，狌，则狔狋狌；若犅狔犃，则狔狋狌。符号说明：狌 输入信号；犃 限幅上限值；犅 限幅下限值；狔 输出信号。图犃 积分环节内限幅一阶惯性环节内限幅应符合图 的规定，其逻辑关系为：设犳（狌狔） 犜。如狔犃，且犳，则狔狋为；如狔犅，且犳，则狔狋为；其他犅狔犃。符号说明：狌 输入信号；犃 限幅上限值；犜 一阶惯性环节的时间常数；犅 限幅下限值；狔 输出信号。图犃 一阶惯性环节内限幅犃 外限幅积分环节外限幅应符合图 的规定，其逻辑关系为：如犃狔犅，则狓狔；如狔犃，则狓犃；如狔犅，则狓犅。 犌犅犜 广-AI 1 I u一一-一一-y I S I R一r-斗u一一一一_1一一一一一-1-一一一一-yI 1+、TIB-1 符号说明：狌 输入信号；狔 积分后输出信号；犃 限幅上限值；犅 限幅下限值；狓 输出信号。图犃 积分环节外限幅一阶惯性环节外限幅应符合图 的规定，其逻辑关系为：如犅狔犃，则狓狔；如狔犃，则狓犃；如狔犅，则狓犅。符号说明：狌 输入信号；犜 一阶惯性环节的时间常数；狔 积分后输出信号；犃 限幅上限值；犅 限幅下限值；狓 输出信号。图犃 一阶惯性环节外限幅 犌犅犜 -m-:f A U 附录犅（资料性）调节器输出限幅值获取方法犅 试验方法调节器输出限幅值可通过发电机空载大扰动试验来获得。在发电机空载运行时，进行大阶跃试验，阶跃量的大小应使扰动达到可控整流器最小和最大控制角，并保证发电机安全。计算模型中采用实测值。犅 试验数据处理方法犅 自并励励磁系统中的犝和犝按照式（ ）和式（ ）计算。犝（犝 犓 ） 犝 （ ）式中：犝 调节器最大输出限幅值；犝 试验中最大发电机磁场电压，单位为伏（） ；犓 换弧压降系数；犐 对应于犝 试验中发电机磁场电流，单位为安（） ；犝 对应于犝 试验中发电机电压，单位为伏（） 。犝（犝 犓犐 ） 犝 （ ）式中：犝 调节器最小输出限幅值；犝 试验中最小发电机磁场电压，单位为伏（） ；犐 对应于犝 的试验中发电机磁场电流，单位为安（） ；犝 对应于犝 的试验中发电机电压，单位为伏（） 。犅 交流励磁机可控整流器励磁系统中的犝和犝按照式（ ）和式（ ）计算。犝犝 犓犐 （ ）犝犝 犓犐 （ ）犅 有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统中的犝和犝按照式（ ）和式（ ）计算，有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统中的犝和犝按照式（ ）和式（ ）计算。犝犝犓犝 （ ）式中：犝 试验中调节器最大输出值，单位为伏（） ；犓 强励时副励磁机电压下降系数，对永磁机可取 ，对自励恒压副励磁机可取 ；犝 励磁机励磁电压基准值，单位为伏（） 。犝犝犓犝 （ ）式中：犝 试验中调节器最小输出值，单位为伏（） 。犝犝（犝 犝 ）（ ）式中：犝 试验中与犝相对应的发电机端电压，标幺值（ ） 。 犌犅犜 犝犝（犝 犝 ）（ ）式中：犝 试验中与犝相对应的发电机端电压，标幺值（ ） 。 犌犅犜 附录犆（资料性）电压调差率的测量犆 电压调差极性的测量在发电机有功功率保持不变、滞相运行的情况下，保持电压给定值不变，当采用发电机变压器组单元接线时，从负到正调整被试验机组的无功电流补偿系数；当采用扩大单元接线时，无功电流补偿系数在大于零的一定范围内调整。若试验机组的机端电压逐渐变低，无功功率逐渐变小，则极性与 （所有部分）规定一致；若试验机组的机端电压逐渐变高，无功功率逐渐变大，则相反。犆 电压调差率的测量犆 方法一，在功率因数等于零的情况下，保持电压给定值不变，甩掉 的额定无功功率，测量甩负荷前后的发