(12)Std421.5-1992IEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型

NARI

IEEE推荐的电力系统稳定研究用

励磁系统数学模型

IEEE Std 421.5-1992

IEEE电力工程学会

能源开发和发电委员会提出

IEEE标淮局1992,3,19批准

国电自动化研究院

电气控制技术研究所译

2003年7月

目录

1.范围 (3)

2.参考文献 (3)

3.同步电机励磁系统在型励磁系统模型研究中的表示法 (4)

4.同步电机端电压变送器和负荷补偿器模型 (5)

5.DC型直流励磁机 (6)

5.1DC1A型励磁系统模型 (6)

5.2DC2A型励磁系统模型 (7)

5.3DC3A型励磁系统模型 (8)

6.AC型交流励磁机-整流器励磁系统模型 (9)

6.1AC1A型励磁系统模型 (9)

6.2AC2A型励磁系统模型 (10)

6.3AC3A型励磁系统模型 (11)

6.4AC4A型励磁系统模型 (11)

6.5AC5A型励磁系统模型 (13)

6.6AC6A型励磁系统模型 (14)

7. ST型励磁系统模型 (15)

7.1 ST1A型励磁系统模型 (15)

7.2 ST2A 型励磁系统模型 (16)

7.3 ST3A型励磁系统模型 (17)

8. 电力系统稳定器 (18)

8.1 PSS1A型电力系统稳定器 (18)

8.2 PSS2A型电力系统稳定器 (19)

9. 断续作用励磁系统 (20)

9.1 DEC1A型断续作用励磁系统 (20)

9.2 DEC2A型断续作用励磁系统 (22)

9.3 DEC3A型断续作用励磁系统 (22)

10. 文献目录 (23)

附录A 符号表 (23)

附录B 相对(标么)单位制 (25)

附录C 励磁机饱和负荷效应 (26)

附录D 整流器调整率 (27)

附录E 限制的表示 (28)

附录F 用消除快反馈环避免计算问题 (30)

附录G 同步电机内感应反向磁场电流流通路径 (35)

附录H 励磁限制器 (36)

附录I 采样数据…………………………………………………37--- ..46

IEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型

1.范围

在电力系统稳定研究中，要精确仿真同步电机形为时，同步电机励磁系统的模型需要足够祥细是十分重要的。见文献[12]。所需的模型必须代表实际励磁设备的性能，同时适合用於大的、严重的扰动和小的干扰。

1968年IEEE委员会一份报告提供了初始的励磁系统参考模型，见[6]。它创建了公用术语，给出了公用的励磁系统数学模型、定义了这些模型的参数。1981年的一份报告[7]扩大了它的内容。它提供了以前不包括的新励磁系统模型，和改善了的老设备模型。

本文件主要基于1981年报告，力图再一次更新模型，提供带附加控制特点模型，定型化这些模型用於实际中。本文件中的模型结构，在很大程度上，力图容易用现场试验数据作为所需获得模型参数的一个方法。但是这些模型是降价的模型，不能代表某个励磁系统的所有的控制环。某些情况下所用模型，作了大的简化，导致了模型结构和实际装置有很大的差别。

励磁系统模型本身不可用系统频率的函数对调节器调制，这是一些老励磁系统的固有特性。这些模型对±5%额定频率偏差和振荡频率3赫芝下有效，这些模型通常不足以用来研究次同步振荡或轴系扭振相互的作用。

对长时间的动态性能研究中可能起作用的延时保护和控制功能，这里没表示。

在附录I中为每个模型提供了一组样本数据(不需是典型的)和至少一种具体的应用，本报告中所有模型版本带后辍”A”，以便和先前模型区分。

2参考文献

本标准要用到下述出版物：

[1] ANSI C50.10-1990 同步电机美国标准( 旋转电机)

[2] IEEE Std 100-1988 IEEE电气和电子学术语标准辞典（ANSI）

[3] IEEE Std 115-1983 IEEE同步电机试验方法(ANSI)

[4] IEEE Std 421.1-1986 IEEE同步电机励磁系统用标准定义（ANSI）

[5]Bayne J.P等”静止励磁控制来改善瞬态稳定”IEEE PAS-94,1975,

1141-1146页

[6] IEEE委员会报告“励磁系统计算机表示” IEEE PAS-87,1968,1460-1464页

[7] IEEE委员会报告。“电力系统稳定研究用励磁系统模型”IEEE PAS-100，1981，494-509页。

[8] Ferguson ,R.W等“无刷励磁系统分析研究”AIEE Transaction on PAS

(part3)1960, 1815-1821

[9] IEEE委员会报告。“励磁系统动态特性” IEEE PAS-92，1973，64-75页。

[10]Lee,D.C.等“加强电力系统稳定的先进励磁控制” CIGRE Paper: 38-01 巴黎，1986

[11] Rubenstein,A.S.等“用现代电机扩大机调节器控制无功”AIEE Transaction on PAS (part3)1957, 961-970页

[12] Byerly.R.T等大电力系统稳定 IEEE出版社,纽约,1974

[13] Taylor,C.W. “在直流/交流电力系统中静止励磁的瞬态励磁上升”

电气运行计划专家会议邀请文章-08, 里约日内卢 1987,8月

3同步电机励磁系统在电力系统研究中的表示

图1中的通用功能方块图表示了各种同步电机励磁子系统。这些子系统包括了一个端电压变送器和负荷补偿器、励磁控制单元、励磁机和，在许多场合下的,电力系统稳定器。附加的断续励磁控制也可能用到。本标准推荐了所有这些功能块模型。

图 1 同步电机励磁控制系统一般的功能方块图

励磁控制单元包括了励磁调节和稳定两种功能。术语”励磁系统稳定器”和”瞬态增益减小”用来说明几个模型中被图1的”励磁控制单元”方块包围的、影响这些系统稳定和响应的电路，

磁场电流限制器在大的系统研究中通常不表示，但它们在用快作用限制器、母线馈电的静止励磁系统中的表示，是十分重要。因而它们被包括在这类模型中。

本标准中的模型不包括欠励限制器(UEL),但这种限制器的输出V UEL正常的确和各类励磁系统模型的连接。UEL的输出作为励磁系统的输入，可接在不同的地点，如相加点、逻辑或门输入。但用在任何模型上，这类输入只能有一个。

在励磁系统模型中，端电压限制器和V/F限制器通常不表示。但有些模型的确提供了一