WKKL-2000励磁控制系统试验方法

WKKL-2000励磁控制系统试验方法
中国电力科学研究院
目录
第一部分概述 (1)
第二部分试验操作方法 (2)
2.1 短路试验 (3)
2.2 5%阶跃试验 (3)
2.3 发电机（励磁机）空载时间常数试验 (4)
2.4 手/自动切换试验 (5)
2.5 通道切换试验（自并励机组） (5)
2.6 调节器单柜/双柜切换试验（三机励磁机组） (5)
2.7 调差极性检查 (6)
2.8 强励试验 (6)
2.9 附加保护试验 (6)
2.10电压调节精度校验 (8)
2.11PID参数整定方法 (9)
2.12开环放大倍数计算方法 (9)
2.13转子电压负反馈系数 (9)
2.14PSS试验 (9)
第一部分概述
WKKL-2000 微机励磁调节器为中国电力科学研究院自主研发并生产的第二代微机励磁调节器。

它继承了第一代WKKL系列微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，并结合了WKKL系列微机励磁调节器300余台套的现场运行经验的基础上开发研制的升级换代产品。

WKKL-2000 微机励磁调节器在计算速度、抗电磁干扰，可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。

WKKL-2000适用于从三机励磁到自并励等各种方式的可控硅励磁，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。

WKKL-2000 发电机励磁调节器采用美国TI公司最新的高速32位DSP作为核心，配以大规模的可编程逻辑器件CPLD作为辅助元件，将控制系统基本缩小为一个片上系统，大大提高了系统的可靠性。

同时外挂的平板机和大屏幕液晶显示器将人机交互提高到了一个更新的高度，给用户的使用提供了极大的方便。

值得一提的是，随着全国联网的基本完成，电力系统稳定的要求对励磁系统提出了更高的指标。

WKKL-2000 将电科院几代专家多年电力系统稳定器（PSS）研究的成果进行了产品化。

在国第一家采用改进型的PSS-2A电力系统稳定器的模型，完全解决了单一采用电功率信号的PSS-1A模型带来的反调问题。

目前这一技术已经在三峡水力发电厂成功投入运行，取得了明显的效果。

本试验方法主要介绍了WKKL-2000 发电机励磁调节器的试验方法，以便用户有一个全面的了解。

第二部分试验操作方法
WKKL-2000微机励磁调节器，采用大屏幕液晶显示器进行显示，此显示器可以进行图形和文本的两种显示模式。

液晶显示器主要完成人机交互界面的功能。

主要完成测量显示，参数整定，故障显示，事件追忆显示，和键盘结合使用，完成以上功能。

键盘介绍：
上、下、左、右键的作用是用于选中菜单，在修改参数时上键用于数字增一，下键用于数字减一，确认键用于确认所选中菜单进入下一级菜单，修改参数时用于确认参数的修改。

Q键为取消键用于退出子菜单返回上一级菜单，在修改参数时用于取消对参数的修改。

RST键用于信号复归。

对应显示量代表意义：
UFD:励磁电压
IFD:励磁电流
UGR:参考电压
IFR: 参考电流
P:有功功率
Q:无功功率
ARF:可控硅输出角
COS:功率因数
ILD：本柜电流
UAB1,UBC1,UCA1:量测PT三相线电压
UG1:量测PT三相线电压平均值
UAB2,UBC2,UCA2:仪表PT三相线电压
UG2: 仪表PT三相线电压平均值
IA,IB,IC: 定子对应三相电流
IG:定子三相电流平均值
ILA,ILB: 本柜输出电流及它柜输出电流
F0:发电机机端电压频率
F1:励磁电源频率
URAN:叠加的测试信号
UPSS:PSS的输出信号
U5V:5V电源
U12V:12V电源
H0:发热量百分比
US：系统侧电压
2.1 短路试验
做短路试验时，励磁调节系统的运行方式放到手动运行位置（注意，千万不能在自动运行位置，因为这时机端短路，在自动运行方式反馈量没有输出会达到最大值），然后合灭磁开关投入运行，操作时只需要按增/减磁开关就可以调整输出电流的大小。

2.2 5%阶跃试验
调节器在单柜自动运行方式下，将发电机电压升至额定值的95%，在系统试验界面下能进行阶跃响应试验，并能显示选定的变量的波形图。

图形上显示全部以标幺值显示。

按左右键选中对应的菜单，按确认键进入修改对应量。

阶跃量可在正负20%围修改。

选中开始菜单后按下确认键即开始有阶跃量输出，菜单显示变为结束，到设定阶越时间阶跃量取消。

在试验过程中若发现系统出现非正常情况，按下确认键则阶跃量取消，菜单恢复显示开始。

如果已经进行过试验，选中波形选择菜单后按下确认键，则显示可供显示的录波量，按上下键可以改变当前需显示的录波量UG1、UG2、IG、UFD、IFD、ILA、ILB、P、 Q、 、UGREF、IFREF，
共12个波形图。

再次按下确认键后则出现一条游标，并在显示屏右上角出现游标对应点的时间和标幺值。

按左右键游标左右移动一格，按下键游标右移50格，按上键游标左移25格。

按取消键逐级退出。

2.3 发电机（励磁机）空载时间常数试验
发电机保持额定转速，发电机空载，在其它试验界面可以进行定角度输出进行试验。

恒定控制角输出使能：改为允许后，控制器输出为恒控制角输出。

恒定控制角输出：设定恒定输出的控制角，可在最大控制角和最小控制角之间设置。

记录在空载升压过程中的对应空载额定电压的控制角，首先将恒定控制角输出使能改为允许，这时输出角为默认逆变角150度，这时可以将定角度输出值改为对应空载额定电压的控制角，录取发电机定子电压波形曲线，发电机定子电压从零上升至稳态值63.2%所用的时间即为发电机空载上升时间常数。

励磁机保持额定转速，断开发电机转子回路灭磁开关。

记录在空载升压过程中的对应空载额定电压的控制角，进入其它试验菜单，将定角度输出使能改为允许，这时定角度输出为默认值150度，这时可以将定角度输出值改为对应空载额定电压的控制角，使用电量记录分析仪记录主励磁机定子电压，从起始值开始到稳态值的0.632处的时间就是励磁机上升时间常数。

操作自动励磁调节器使发电机（励磁机）励磁电压从稳态值突变到零（如拉开交流开关），用电量记录分析仪记录发电机（励磁机）定子电压波形，发电机
（励磁机）定子电压从稳态值下降到稳态值的0.368所用的时间就是发电机（励磁机）下降时间常数。

发电机（励磁机）空载时间常数为上升时间常数和下降时间常数的平均值。

2.4 手/自动切换试验
两个调节器各进行一次。

用自动调节方式将发电机电压升至额定，操作调节器面板上手动调节、自动调节切换开关，反复切换，观察调节器及盘表上发电机电压指示值及录波图，方式为从自动→手动→自动。

都无变化，说明手/自动跟踪良好。

（注意：手动跟踪自动运行有延时，当从自动运行向手动运行切换时，要注意手动运行跟踪好没有，否则会有较大扰动。

）
2.5 通道切换试验（自并励机组）
两个调节器各进行一次。

用自动调节方式将发电机电压升至额定，操作调节器面板上通道切换开关，反复切换，观察调节器及盘表上发电机电压指示值及录波图，方式为从通道1→通道2→通道1。

都无变化，说明通道跟踪良好。

（注意：通道跟踪有延时，进行通道切换时要注意观察一下两个通道的电压给定值和跟踪的电压给定值是否基本相等，如果相差较大时切换会有较大扰动）
2.6 调节器单柜/双柜切换试验（三机励磁机组）
（a）单柜运行方式改变成双柜运行：
1、将待并柜“自动/手动/均流/切除”开关打至“自动”位置。

就地按待并
柜面板上的增磁、减磁按钮，调节调节器输出电流，使两柜接近相等。

2、将A、B柜励磁切换方式开关切换到均流位置，均流自动投入。

调整两柜输出电流接近相等后再投入均流的原因是：两柜运行程序略有不同，均流时分主柜和从柜。

发电机的无功负荷的大小决定于主柜。

待并柜的参考
电压值是根据机端电压，一般情况下，待并柜投入后两柜的输出电流相差不大，但也有相差较大的可能。

如果相差较大，投入均流后可能使发电机无功功率变化也较大。

（b）双柜运行方式改变为单柜运行：
调节器双柜均流运行，发电机电压接近额定，切除一柜，使调节器单柜运行，切换过程应该平稳。

2.7 调差极性检查
试验条件：发电机并网运行，调节器自动运行方式；发电机有功功率为零（或较小），无功功率为30—50MVar。

试验方法：保持电压给定不变，在参数整定界面逐步改变AVR调差系数。

分别在调差系数为-3%、-2%、-1%、0、1%、2%、3%时记录发电机无功功率、发电机电压等值，校验调差极性。

2.8 强励试验
发电机并网，有功功率额定值左右, 无功功率尽量少带，励磁调节器自动运行。

在系统试验界面下叠加20%正阶跃信号，对于快速励磁系统和高起始励磁系统在0.2秒后将阶跃信号切除，对于常规励磁系统在0.6秒后将阶跃信号切除，记录发电机的端电压、发电机励磁电压、发电机励磁电流及励磁机励磁电压等量的响应曲线。

2.9 附加保护试验
（a）过励保护试验
过励保护试验一般都静态模拟进行，根据发电机转子电流分流器变比，在端子排上叠加对应的毫伏信号，小于1.1Ifdn时,保护可靠闭锁，施加不同毫伏信号，保护动作特性应满足反时限特性。

H0>50%，发信号，限制增磁；H0>90%，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%Ifdn；H0>100%，通道切除；H0<10%，复归过励信号。

转子电流大于瞬时过励值，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行。

If(A)
1.1Ifdn
Ifd_max
图 5-4 最大励磁电流反时限保护
1.5S
(b) 欠励限制和保护试验
欠励限制按两段整定，第一条线为限制线，第二条线为保护线，保护线为对应的限制线上无功功率的1.25倍。

当发电机无功功率进入低励限制区时，自
动增磁，控制无功功率在限制值附近，不会再继续减少，同时发报警信号。

如果调节器在某种工况下进入限制区，而没有被控制住，无功功率继续减少，当无功功率低于保护线时，调节器发报警信号并且切手动方式运行。

在静态模拟试验时，可以用继电保护测试仪给调节器加上定子电压和定子电流，改变电流和电压之间的夹角，使电流超前电压，这时无功为负值，使欠励限制动作，验证与设定的欠励限制线是否吻合。

在动态试验时，可以通过操作减
磁开关来使无功减小直至欠励限制动作，这时再减磁无功也不会往下减。

（c ） PT 断线保护试验
程序将测量到的仪表PT 值和量测PT 值进行比较，如果其差值大于较大值的1/8，则发仪表PT 断线信号。

如果是量测PT 断线，除发量测PT 断线信号外，运行方式由自动运行方式切换到手动运行方式。

在静态模拟试验时，通过继电保护测试仪给调节器加量测PT 电压和仪表PT 电压，任意断掉量测PT 或仪表PT 一相电压，PT 断线保护应能正确动作。

在动态试验时，实际断掉量测PT 或仪表PT 任意一相电压，PT 断线保护应能正确动作。

（d ） V/Hz 限制和保护
V ／Hz 限制是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和，限制和保护的原则是： 当 V ／Hz ＞设定值时，闭锁增磁，发过 V/Hz 信号，自动减磁到限制值附近；当 V ／Hz ＞设定值+0.05时，励磁调节器转为手动方式运行；切手动1S 后，如果V/Hz 仍然动作，则本通道退出运行；当频率低于45Hz 时，立即退出运行。

在静态模拟试验时，通过继电保护测试仪给调节器加定子电压，定子电压频率保持不变，升高定子电压幅值，直至V/Hz 限制动作，然后继续升高定子电压幅值，到V/Hz 保护动作切手动，最后切除。

也可以保持定子电压幅值在额定值附近，降低定子电压的频率，使V/Hz 限制和保护动作，验证保护的动作情况。

在动态试验时，发电机空载运行，调节器在自动运行状态，保持机端电压在额定值附近，降低发电机转速，使V/Hz 限制动作，可以看到随着转速降低，V/Hz 限制将发电机电压自动降低。

2.10
电压调节精度校验
电压调节精度是目标值与给定值之差与给定值之比的百分值即
发电机解网运行，转速额定，对每一个Uref 读取Ut ，可求得每一个点的调节精度。

对于线性系统，各点的精度是一样的，有非线性元部件的系统，各点的精度是不一样的。

非线性度越大，各点的精度的差别就越大。

对励磁系统而言，
100
⨯-ref
t
ref U U U
电压调节精度应在额定电压附近测定，不能超过容许运行围。

例如可在95~105 Utn 间测定，取其平均值。

对于标准要求电压调节精度不能大于1%，如果不达标准要求，要将PID环节的比例系数放大。

2.11 PID参数整定方法
对于串联校正环节，利用错开原理及对消法来设计，可以设T1等于发电机带负荷时的时间常数，约为1秒左右，T2/T1=5---10，T3等于励磁机时间常数，约为0.5左右，T3/T4=5---10，这样就把系统时间常数错开了，放大倍数以满足调压精度就可以了。

对于自并励机组，只用PI调节就可以了，将T3和T4设成一样的参数。

对于手动运行方式，也可以只用PI调节方式。

2.12 开环放大倍数计算方法
实际励磁系统放大倍数应该包括菜单中设定的PID参数中的KP，余弦移相的放大倍数，和可控硅环节的放大倍数1.35Ul/Ufb，其中，Ul为可控硅阳极电压，Ufb为可控硅输出电压标幺值，对于自并励机组就是发电机转子电压标幺值，对于三机励磁就是励磁机励磁电压标幺值。

2.13 转子电压负反馈系数
转子电压负反馈的作用是补偿励磁机的时间常数，这个环节的叠加点在余弦移相前，就是其中包括余弦移相的放大倍数和可控硅环节的放大倍数，根据励磁机数据或实测励磁机空载时间常数，计算所需的转子电压负反馈系数。

2.14 PSS试验
试验选项界面是用来做PSS试验的。

进入该菜单后测试信号使能为禁止状态，测试信号相加点对应测试信号相加入的位置。

0 电压给定点
1-8 备用
9-27 PSS传递函数相加点
注：该功能为出厂测试使用，一般现场不允许使用。

测试类型对应测试方式有有补偿试验，无补偿试验和结束状态。

当测试类型为无补偿试验时，PSS输出置为零，测试PID环节的特性；当测试类型为有补偿试验时，PSS的输入P置为零，测试信号加入，测试PSS+PID环节的特性；当测试类型置为结束时，PSS正常工作。

注意：切换测试类型时应先将PSS退出，切换完成后观察测量显示的UPSS 输出，等待UPSS稳定输出接近于零时再投入PSS。

PSS限幅值对应PSS的输出对应PID输出的比例，一般不超过10%。

PSS投入对应PSS投入的限值，即发电机有功达到额定有功的比例数时，PSS 投入。

PSS退出对应PSS退出的限值，即发电机有功达到额定有功的比例数时，PSS退出。

在做PSS试验时，首先要测试励磁系统无补偿频率特性，这时将测试信号相加点设为0（电压给定点），将测试类型设为无补偿试验，并且在调节器的端子上（对应CPU板下面凤凰端子1、2号端子，其中1号端子为信号输入点，2号端子为地）加入白噪声信号，这时可以观察测量显示菜单下的URAN采样值，看采样通道是否正常（注意，这时先不要将测试信号使能允许）。

如果采样正常，为了减小干扰信号对测试结果的影响，可以在精度调整界面下将URAN的精度调整设为小于1的系数，对所加的信号进行衰减。

开始做无补偿试验时，先将噪声信号调为0，然后将测试信号使能允许，这时测试信号自动叠加到电压给定点。

逐渐增大测试信号，直到调节器输出电压有较大摆动，而机端电压电压摆动不要超过2%额定电压，这时就可以测试励磁系统频率特性。

测试完成后，要将测试信号调为零，然后将测试信号使能改为禁止，就可以根据测得的数据计算整定PSS的参数，如果有条件可以进行有补偿试验。

做有补偿试验时，这时测试信号相加点应设为11，先将试验类型改为有补偿试验，然后将测试信号使能允许，同做无补偿试验时一样，测试有补偿频率特性，可以看到补偿后效果。

测试完成后，将测试信号调为0，然后将测试信号使能改为禁止。

如果有补偿试验结果满意，这时可以将测试类型改为结束（注意，这时测试信号使能应为禁止），这时PSS正常参与调节，具体PSS投入情况要受到PSS投入开关量的控制。

（注意：修改完参数后投PSS时应观察测量显示菜单的UPSS 输出值为零，才可以投PSS。

）
联系方式：王亮
联系地址：清河小营东路15号中国电力科学研究院
邮编：100192。