励磁系统及其模型

并联PID幅频特性 串联PID幅频特性
0.1
1
Hz
10
并联型PID参数为Kp=40，KI=20，Kd＝ 并联型PID参数为Kp=40，KI=20，Kd＝0。在 PID参数为Kp=40 0.1~10Hz频带内以串联PID参数对其幅频特性进 频带内以串联PID 0.1~10Hz频带内以串联PID参数对其幅频特性进 行拟合，得到串联PID参数，各参数为： PID参数 行拟合，得到串联PID参数，各参数为： Kavr=501.75，Ta1=1.9915，Ta2=24.9811。 Kavr=501.75，Ta1=1.9915，Ta2=24.9811。
KA
0 S=0
建模指标
超调量 MP(%)=UP/ =UP/△ MP(%)=UP/△U*100% 峰值时间tP 峰值时间tP 上升时间tr tr。 上升时间tr。 调节时间ts——到被控量 ts—— 调节时间ts——到被控量 达到与最终稳态值之差的 绝对值不超过5% 5%稳态改变 绝对值不超过5%稳态改变 量的时间。 量的时间。 振荡次数N 振荡次数N
BPA数据填写 数据填写-F+卡 数据填写 卡
对于自并励系统，只填写调节器最大内部电压、 调节器最小内部电压、电压调节器最大输出、 电压调节器最小输出、KC 调节器最大内部电压（VAMAX）与调节器最 小内部电压（ VAMIN）一般填写为10、-10 电压调节器最大输出、电压调节器最小输出、 KC按实测值填写。
交流励磁机数学模型
VR _
1 STE
VE
+ +
KE +SE KD Ifd
TE---励磁机空载时励磁绕组时间常数 KE---自励系数，等于1。 Se---励磁机饱和系数 KD---励磁机负载电流去磁效应系数。
PSS简介 简介
电力系统功角稳定可以分为暂态稳定与动态稳定两个 方面 暂态稳定是反映与发电机功角成正比的量，表示电网 中各发电机保持同步运行的能力； 动态稳定是反映与发电机转速成正比的量，表示扰动 后发电机功角衰减或发散的趋势。 由于发电机转速变化量△ω是功度变化量△δ的导数， 在复平面上△ω与△δ是垂直的 同步力矩与阻尼力矩是两个不相关的量。与△δ成正 比的同步力矩以及与△ω成正比的阻尼力矩同时为正 发电机才能稳定运行。
时域法
1 + sTA1 1 + sTA2
TA1＝0.6，TA2＝0.3
发电机空载特性试验
UAB(PU) 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 200 400 600 800 IFD(A) 1000 1200 1400
气隙线
励磁系统分类
他励交流励磁机系统 三机他励励磁系统 无刷励磁系统 自励励磁系统（自并励为主流） 自励励磁系统（自并励为主流）
他励交流励磁机系统
三机他励励磁系统
他励系统评价
交流他励系统总体说来具有励磁电压稳定， 交流他励系统总体说来具有励磁电压稳定， 不受电网影响的优点， 不受电网影响的优点，但是相比自励系统响应 仍然较慢，而且维护复杂。 仍然较慢，而且维护复杂。
△ω
发电机输出电磁功率
Pe =
EqV Xd∑
sin δ
1A 型PSS
2A 型PSS
PSS评述 评述
PSS1A模型结构简单，易于实现。在发电机负荷 正常波动时，PSS将有输出，会引起发电机端电 压及发电机无功的波动，即PSS反调现象。 PSS2A模型较为复杂，实质上以发电机转速（发 电机角频率）作为输入，在发电机正常负荷波动 时转速不会变化，PSS不会输出，不存在PSS1A 模型的反调问题，特别适合于负荷变化较快的水 电机组。
动能系数＝0.5*Tj*MW，一般情况下4<Tj<10 发电机标么值基准容量，一般写发电机SN，不写系统 默认为100MW Xd’、Xq’、 Xd、Xq、Td0、Tq0可按发电机铭牌填写 水轮机Xq’ ＝ Xq ，Tq0可写任意值，一般写0 定子漏抗，一般厂家给不出参数，可写0.1左右 饱和系数（额定、1.2倍）按实测结果填写 电机转矩阻尼系数，一般写0
BPA数据填写 数据填写-SI/SI+卡 卡 数据填写
2A型PSS
测 时间 数0.02
BPA数据填写 数据填写-SP卡 卡 数据填写
Pe为输 ， Pe为输 写0 测 时间 数0.02
AVR参数核对 参数核对
Kv，实际系统为并联PID时，为0，串联PID时，为1 AVR动态放大系数KR*Kavr*TA1*Ta3/(TA2*Ta4)，在 30~100之间，过大空载阶跃有可能出现振荡，过小励 磁系统响应太慢。 电压调节器最大输出一般大于4
Uf＝ Uf＝1.35Us*cosα αmin,10~30 αmax,120~150
调差系数与静差率
调差系数
功率因数为零的情况下， 功率因数为零的情况下，发电机无功电流从 零变化到额定时， 零变化到额定时，用发电机额定电压的百分数 表示的发电机端电压变化率 表示的发电机端电压变化率 发电机电压调系数率按下式计算： 发电机电压调系数率按下式计算： D(%)=[(Ug0 Ug)/Ug]×100% D(%)=[(Ug0-Ug)/Ug]×100% U/△ 100% ＝△U/△Q ×100% Ug0 发电机无功电流等于零 式中 Ug0,发电机无功电流等于零时的电压 Ug,发电机无功电流等于额定无功电流时 的电压 为标么值， 的基值为 的基值为S △U、△Q为标么值，Q的基值为 N 、 为标么值
BPA数据填写 励磁卡 数据填写-励磁卡 数据填写
数 。建议
数 写 数 。
BPA数据填写 卡 数据填写-M卡 数据填写
填写Xd’’、Xq’’、Td0’’、Tq0’’ 水轮机Xd’’、Xq’’>0.2， Td0’’、Tq0’’为0.05S左右 汽轮机Xd’’、Xq’’<0.2，
参与计 须参数
BPA数据填写 数据填写-MF卡 数据填写 卡
U
U
F
FM
Kσ < 0 Kσ = 0 Kσ > 0
Q
C
0
Q
L
调差系数与静差率
静差率
励磁调节器维持机端电压稳定的能力。 励磁调节器维持机端电压稳定的能力。 主要与调节器控制参数有关。 主要与调节器控制参数有关。 一般情况下，AVR+可控硅的直流放大倍数大 一般情况下，AVR+可控硅的直流放大倍数大 100，可满足静差率小于1%的国标要求。 1%的国标要求 于100，可满足静差率小于1%的国标要求。
频域法
相位Q1
40 相位（度）
相位Q2
增益P1
增益P2
4.00 增益(V/V)
35
3.50
30
3.00
25
2.50
20
2.00
15
1.50
10
1.00
5
0.50
0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 频率(Hz) 5.0 6.0 7.0 8.0
0.00
1 + sTA1 1 + sTA2
TA1＝0.15，TA2＝0.04
励磁系统建模
关键参数：PID/PSS参数、开环放大倍数 （KA）、最大最小输出电压、发电机空载励 磁特性 其它参数：发电机饱和特性、转子时间常数 （Td0） 校核项目：调差极性、调差系数、静差率 总体校核
励磁系统建模励磁系统建模 PID/PSS环节 环节
目的：检测PID/PSS各环节的准确性 方法：频域法与时域法 频域法：用频谱仪扫频检测 时域法：加阶跃信号，通过输出检测
空载曲线 1.2倍 饱和点切线
空载曲线
目的： 目的： 发电机饱和特性 发电机励磁电压基 值
发电机转子时间常数测量
可控硅α角阶跃 封可控硅触发脉冲 跳励磁变高压开关 总之，使励磁电压产生阶跃，机端电压为ห้องสมุดไป่ตู้数 规律变化，变化63.2%对应的时间为Td0 。
发电机转子时间常数测量
静态放大倍数测量-逐点 静态放大倍数测量 逐点
T12 0.10 T1 0.29
T13 0.76 T2 0.01
T14 2.30 T3 0.29
Kp 8.00 T4 0.02
Vsmax 0.10 Vsmin -0.10
PSS参数核对 参数核对
1A型PSS一般为： 一级大时间常数滞后 两级小时间常数超前，无滞后
PSS参数核对 参数核对
PSS输出信号超前发电机频率信号大约90度。
自并励励磁系统
KZ
FLQ
F
CT
PT
ZB
自 动 励 磁 调 节 器
自并励系统评价
自并励系统，结构简单，响应快速。初期 自并励系统，结构简单，响应快速。 被认为在电力系统短路故障时尤其是三相 短路时无法支撑起电网电压。 短路时无法支撑起电网电压。但是随着封 闭母线的大规模运用和控制理论的成熟， 闭母线的大规模运用和控制理论的成熟， 已经成为主流励磁机型。 已经成为主流励磁机型。
总体校核
总体校核
Mp Mp
10%， 10%， 许 10%， 10%， 许
为50%Mp0 为5%（绝对值） 5%（绝对值）
BPA数据填写 数据填写-FV卡 数据填写 卡
RC，不写或写0 XC，调差系数，不写、0或写实际设置值 TR，电压测量环节，一般写0.02 TA，可控硅时延，一般写0.01 T1~4、K、KA、Kv，按实际测试结果填写 KF，一般写0，TF可写任意值，KH不填。
励磁调节器PID的积分、微分环节退出。调整发电机电压从XX% 额定电压上升到XX%左右，记录发电机电压、转子电压和电流、 调节器输出电压和电流。
静态放大倍数测量-逐点 静态放大倍数测量 逐点
Uavr-out(PU) 实测曲线 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 0.110 0.120 0.130 0.140 Uref-Ug(PU) 拟合曲线：y=5.883x+C