励磁系统涉网模型及参数(2011)

1
1>2
2
1-2
2
2-1
1 1>2
定子过流 限制动作
2 2 Ch ( I g I gn )
发热常数C
2
I gact
2
1-2
Ig
Q0
1 2-1
I g lim I g lim
I grtn k * I gact
I gact I grtn 2
2 1-2
Q0
励磁系统与保护功能配合
励磁系统与保护功能配合
– 低励失稳限制，以发电机静稳阻抗圆为基 础，采用阻抗特性判据及功率整定定值的 方式，与以阻抗圆为依据的失磁保护，在 定值和动作原理上保持高度一致。
Pg U g
P Q=f(P)
26
Q f (U g , Pg )
P
Qg lim
Qg lim Qrtn / 2
1 1>2 1 1>2 1-2 2
11
励磁系统数学模型
PID+PSS-II数学模型
U ref
12
U hxp
Qg lim I g lim
HV
K Limit
1 Tc1s Tb1s
1 Tc1s 1 Tb1s
1 TLa s 1 Tb 2 s 1 Tc 2 s 1 Tb 2 s
1 TLf s 1 Tb 2 s
KS2 1 T p 7 s
1 Tp 3 s 1 Tp 4 s
1 T p1s 1 Tp 2 s
0
-
I fTop
P
Tw3 s 1 Tw3 s
Tw 4 s 1 Tw 4 s
+
KS3
w
Tw1s 1 Tw1s
Tw 2 s 1 Tw 2 s
K sp
+
+
(
1 Tp8 s (1 T p 9 s )
发电机励磁系统涉网参数
发电机励磁系统电压倍数
• 强励电压也称顶值电压，指在规定的条件下 励磁系统可以输出的最大电压。 对自并励励 磁系统是指规定的机端电压，对励磁机励磁 系统是指机组处于额定转速下 • 在GB/T7409.3中规定100MW及以上汽轮发 电机的强励倍数不低于1.8倍，50MW及以上 水轮发电机的强励倍数不低于2倍，其他不低 于1.6倍、 • 当强励电压倍数小于等于2倍时强励电流倍数 等于强励电压倍数，当强励电压倍数大于2倍 时强励电流倍数等于2倍
Kh
KB
I fe
+1
Ug
Q
-
+ +
UEL
LV
定子电流或无功限制
U f max * U T K C I f
K A1
励磁电流限制
-1
Uk
Ks 1 Ts s
U f min * U T
+
Uf
KTC
+
U PSS
OEL
I f lim
K Limit
1 Tc1s Tb1s
KTop
I fe
K S1
1 Tp10 s 1 Tp11s
M
)N
励磁调节器PID模型
U ref
13
Ug
Q
+ +
KA
1 Tc1s 1 Tb1s
1 Tc 2 s 1 Tb 2 s
+
Uk
KTC
U PSS
PID数学模型参数（放大倍数，相位校正环节时间常 数）及励磁方式（发电机、励磁机），共同决定 发电机电压静态稳定特性以及动态暂态响应特性
励磁系统响应特性
22
涉网模型及参数管理必要性
23
• PID和PSS模型及参数相互配合，保证发电机 励磁系统在低频振荡时产生正阻尼，提高电 网低频振荡稳定性。 • 经过试验验证后的PID和PSS模型及参数不能 随意更改，更改后必须重新试验验证PID和 PSS模型及参数有效性。 • 现代微机励磁调节器将PID和PSS一体化，对 程序和模型任何修改均有可能影响PID和PSS 模型及参数的有效性
电力系统稳定器PSS数学模型
20
U PSS
K S1
1 Tp10 s 1 Tp11s
KS2 1 T p 7 s
1 Tp 3 s 1 Tp 4 s
1 T p1s 1 Tp 2 s
P
Tw3 s 1 Tw3 s
Tw 4 s 1 Tw 4 s
T1
+ T3
( 1 Tp8 s (1 T p 9 s ) )N M
I f lim
励磁系统与保护功能配合
发电机实际热容计算
• 加热热容计算（电流大于启动值）
2 2 2 2 ( I g I gset ) * T ( I g max I gset ) * Tmax
Δ ME’
K5Δ δ K6Eq’
Δδ
K1Δ δ (Δ Ms)
KA
θ g
Δδ
K5Eq’
ΔU
DA Δ ω
Δ Mex
无励磁调节时电磁转矩向量
励磁调节器产生的负阻尼转矩向量
电力系统稳定器PSS工作原理
19
Δω
ΔMPSS UPSS
Δω
ΔMG ΔMPSS ΔMS
Δδ
Δδ
ΔMEX
PSS产生正阻尼原理
PSS产生正阻尼原理
发电机实际热容计算
• 加热热容计算（电流大于启动值）
2 2 2 2 ( I g I gset ) * T ( I g max I gset ) * Tmax
29
• 冷却热容计算（电流小于启动值）
2 2 2 2 ( I gset I g ) * T * K cool ( I g max I gset ) * Tmax
24
励磁系统与保护功能配合
“紧密”配合的具体内容：
– 限制和保护配置种类相同，励磁限制功能 与发变组相关的保护功能一一对应；
– 限制和保护实现原理应相同，只有实现原 理相同，才能实现整定曲线完美和紧密的 配合；
25
– 限制和保护定值配合，对基于相同电气量 的保护和限制，保护动作的定值必须高于 励磁限制的定值。
发电机励磁系统涉网模型及参数
目录
2

励磁系统及涉网参数 PID模型及参数 PSS模型及参数 限制与保护模型
励磁系统相关设备
3
励磁电源：提供电源； 励磁功率整流设备：交 流至直流变换； 灭磁及过电压保护设备： 故障时快速灭磁； 励磁调节器：所有调节 及控制，功能核心；
EPS
27
励磁系统与保护功能配合
– 定子过电流限制，以等效定子过热热容（ 温度）为基准，采用实时定子过热热容计 算方法，整定值采用电流倍数与持续时间 ，在定值整定、热容计算、动作原理上与 发变组保护保持一致。
I gn Ig
1 1>2 1 1>2
28
2 2 Cc K cool ( I gn I g )
发电机励磁系统涉网参数
励磁系统电压调节精度
• 定义：在规定的条件下（如负荷变化、环 境温度、湿度、频率及电源电压波动）， 被控量与参考值之间最大不相符程度，数 值上用两者差值与参考值的百分数表示。
• 励磁国标及汽轮机自并励未作规定，交流 励磁机汽轮机励磁系统规定小于1%，水轮 机励磁标准规定小于0.5%。 • 除需要测定静差率外，还需要测定温度特 性，实际为不同温度下最大静差率
6
发电机励磁系统涉网参数
发电机励磁系统强励倍数决定因素
• 励磁变压器容量及副边电压
7
U dc 1.35U ac cos
• 励磁系统可控硅柜配置容量： 要求退一柜时最大输出电流大于强励电流 • 励磁调节器定值整定： 最大励磁电流限制整定值 最小触发角度定值
发电机励磁系统涉网参数
发电机励磁系统电压响应倍数
10
发电机励磁系统涉网参数
励磁系统电压调差率
• 定义：发电机在功率因数等于零的条件下 ，无功电流从零变化至额定定子电流时， 发电端电压的变化率，数值上以额定电压 的百分数表示。
• 电压调差率数值包括无功电流补偿系数与 励磁系统自然调差率之和。 • 自然调差率与励磁系统静态增益和发电机 励磁电压相关
14
励磁系统响应特性
高响应励磁系统
超调 振荡次数 阻尼比 调整时间 ≤30% ≤3～5次 0.1～0.15 ≤10s
15
常规励磁系统
≤50% ≤3～5次 0.1～0.15 ≤10s
上升时间
≤0.3s
≤0.6
励磁系统相频特性
动态增益>20～30，相角裕度为30～角度
8
发电机励磁系统涉网参数
励磁系统电压静差率
• 定义：负载电流补偿单元（调差）切除， 原动机转速及功率因数在规定的范围内变 化，发电机负载从额定变化至零时电压变 化率。
9
• 国标规定小于1.0%，汽轮机励磁标准规定 小于1.0%。 • 励磁系统静态(直流)增益决定电压静差率, 为Xd与静态增益的比值：Xd/K0
4
发电机励磁系统涉网参数
发电机励磁系统强励电流倍数及定值
• GB/T7064规定发电机转子过电流耐受力，以 发热常数33.75基准：
电流倍数 持续时间 209% 10秒 146% 30秒 125% 60秒 113% 120秒
5
• 励磁系统输出过电流发热常数不宜超过30
电流倍数 持续时间 209% 8.9秒 146% 26.5秒 122% 53秒 113% 108秒
最大励磁电流限制整定值最小触发角度定值cos35acdc强励上升速度以电压标称响应倍数来表示也可以用电压响应时间表示励磁系统响应倍数与励磁方式有关一般地自并励系统大于35pus三机励磁系统为20pus三机高起始系统为30pus励磁系统电压响应倍数实际值以阶跃试验测量为准为了提高强励电流上升速度一般不对强励电压进行瞬时限制不利用控制角限制进行强励电压限制定义
RCS9410 (AVR)
RCS-9430
RCS-9420
励磁系统相关概念
励磁系统对电力系统的作用-既是电厂的励磁, 又是电力系统的励磁，重视励磁主回路设备， 重视全过程管理。 励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电流设 备的总称，它是发电机的重要组成部分，直接 影响发电机的运行特性； 励磁系统及其调节对象(同步发电机)共同组成 的反馈控制系统，称为励磁控制系统。 励磁系统基本功能是维持电压水平、提供无功 功率 、提高稳定水平
Q 低励限制曲线
Q
Qg
2
2-1
Qg lim
无功低励 限制信号
励磁系统与保护功能配合
– 临界进相试验与低励限制曲线 临界进相试验数据应作为低励限制曲线的依据，进 相试验时记录发电机进相深度、有功功率及机端 电压，根据阻抗特性计算对应于额定电压下的临 界进相深度曲线，在此曲线上预留裕度后，作为 低励限制整定曲线。
I fn If
1 1>2 1 1>2
30
Cc K cool ( I 2 I 2 ) fn f
1
1>2
2
1-2
2
2-1
1 1>2
励磁电流 限制动作
Ch ( I 2 I 2 ) f fn
发热常数C
2
I fact
2
1-2
If
1 2-1 2
I frtn k * I fact
I fact I frtn 2
• 限制电流 • 允许时间 • 热容基值
I g max
Tmax I gset
I gact
• 启动电流
• 冷却系数 K cool
励磁系统与保护功能配合
– 转子过电流限制，以等效转子过热热容 （温度）为基准，采用实时转子过热热 容计算方法，整定值采用电流倍数与持 续时间，在定值整定、热容计算、动作 原理上与发变组保护保持一致。
• 强励上升速度以电压标称响应倍数来表示 ，也可以用电压响应时间表示 • 励磁系统响应倍数与励磁方式有关，一般 地，自并励系统大于3.5PU/s，三机励磁系 统为2.0PU/s，三机高起始系统为3.0PU/s • 励磁系统电压响应倍数实际值以阶跃试验 测量为准 • 为了提高强励电流上升速度,一般不对强励 电压进行瞬时限制,不利用控制角限制进行 强励电压限制
16
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5
-90
-180
电力系统稳定器PSS工作原理
Mm MD MS Mex
K2
1 TjS
17
W
W S
δ
D K1 K5 K6
Eq’
K3 1+Td0K3S
UG
K4
Efd
G(S)
UPSS
发电机小扰动线性模型传递函数框图
电力系统稳定器PSS工作原理
Δω
Δω
18
Δ Ut
DΔ ω (Δ Mo)
励磁系统与保护功能配合
励磁限制与发变组保护的“紧密”配合：
– 现行的励磁标准中明确要求励磁各项限制功 能与发变组保护功能配合，以保证发电机运 行过程中，励磁限制总是先于发变组保护动 作，有效防止发变组保护在励磁限制未动作 之前解列发电机。
– 为了挖掘机阻励磁控制对于系统稳定贡献的 潜力，就必须使励磁系统的限制曲线，既要 在发电机保护范围之内，又要使限制曲线在 安全的前提下尽可能靠近保护曲线。
KS3
w
Tw1s 1 Tw1s
Tw 2 s 1 Tw 2 s
Kw
+ T2
+
电力系统稳定器PSS相频特性
励磁角度
21
90
pss相移 补偿后角度
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5
-90
-180
PSS-II机械功率产生原理
1 ( M m M e M D ) w TJ S 1 D ( M m M e ) w(1 ) TJ S TJ S 1 M m M e w D TJ S 1 1 Pm Pe w D TJ S D TJ S 1D 1D Pm Pe w 1 TJ D S 1 TJ D S T p 7 TJ 1 Tp7 S Pm T p 7 TJ 1 Tp7 S Pe w