同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則報(bào)批稿

1、Q/GDWICS 29.160.20 K21備案號(hào)：中華人民共和國國家電網(wǎng)公司 發(fā) 布20 - - 實(shí)施20 - - 發(fā)布同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則Guide for Modeling Generator Excitation System(報(bào)批稿)Q/GDW 國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目 次 前言III1范圍42規(guī)范性引用文件43建模技術(shù)原則44對勵(lì)磁設(shè)備供貨商和試驗(yàn)單位的要求45資料和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備46勵(lì)磁系統(tǒng)的標(biāo)幺值57環(huán)節(jié)特性辨識(shí)的基本方法57.1動(dòng)態(tài)參數(shù)頻域測量法57.2動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)域測量法57.3靜態(tài)參數(shù)測量法57.4非線性環(huán)節(jié)參數(shù)的測量58勵(lì)磁系統(tǒng)原型數(shù)學(xué)模型的建立58.1基本步驟68.2發(fā)

2、電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成68.3靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型68.4交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型98.5直流勵(lì)磁機(jī)數(shù)學(xué)模型148.6電壓測量與電流補(bǔ)償部分?jǐn)?shù)學(xué)模型158.7勵(lì)磁控制部分?jǐn)?shù)學(xué)模型168.8電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）數(shù)學(xué)模型178.9需要注意的問題189穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型的選擇及參數(shù)處理方法189.1等同計(jì)算模型的選擇及參數(shù)處理方法189.2近似計(jì)算模型的選擇及參數(shù)處理方法1810勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)校核1910.1試驗(yàn)校核的目的1910.2發(fā)電機(jī)空載下小擾動(dòng)試驗(yàn)校核方法1910.3發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)校核方法2011勵(lì)磁系統(tǒng)原型模型和近似計(jì)算模型之間的計(jì)算校核2011.

3、1計(jì)算校核的目的2011.2校核的條件2011.3校核的內(nèi)容2012勵(lì)磁系統(tǒng)建模報(bào)告主要內(nèi)容2012.1概況2112.2建模參照標(biāo)準(zhǔn)和基本方法2112.3調(diào)節(jié)器制造廠提供的模型和參數(shù)2112.4調(diào)節(jié)器的設(shè)定2112.5電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)2112.6電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)的校核2112.7結(jié)論及建議2112.8原始資料21附錄A （規(guī)范性附錄） 限制的表達(dá)22附錄B （資料性附錄） 低勵(lì)限制模型24附錄C （資料性附錄） 過勵(lì)限制模型26附錄D （資料性附錄） 發(fā)電機(jī)飽和系數(shù)的計(jì)算28前 言 本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家電網(wǎng)公司關(guān)于下達(dá)2004年度國家電網(wǎng)公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)

4、劃的通知（國家電網(wǎng)科2004337號(hào)文）編制。本標(biāo)準(zhǔn)用于建立電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。勵(lì)磁系統(tǒng)部件的數(shù)學(xué)模型與GB/T7409同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和IEEE Std421.5IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies相一致，勵(lì)磁系統(tǒng)整體數(shù)學(xué)模型與GB/T7409規(guī)定的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型相一致，且適合在廣泛使用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算程序中應(yīng)用。本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A為規(guī)范性附錄，附錄B、附錄C和附錄D為資料性附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由國家電網(wǎng)公司提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草

5、單位：浙江省電力試驗(yàn)研究院、中國電力科學(xué)研究院、國家電力調(diào)度通信中心。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：竺士章、劉增煌、寇惠珍、趙紅光、陳新琪。本標(biāo)準(zhǔn)由國家電力調(diào)度通信中心負(fù)責(zé)解釋。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計(jì)算用的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于汽輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、抽水蓄能發(fā)電/電動(dòng)機(jī)和核電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)建模。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期

6、的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 7409 同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)DL/T 583 大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件DL/T 650 大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件DL/T 843 大型汽輪發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件IEEE Std421.5-1992 推薦的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究用勵(lì)磁系統(tǒng)模型3 建模技術(shù)原則3.1 勵(lì)磁系統(tǒng)部件的模型應(yīng)符合GB/T7409和IEEE Std421.5-1992的要求。3.2 由于受數(shù)據(jù)獲取和程序編制的限制，在滿足穩(wěn)定分析要求的情況下，可采用具有適當(dāng)精度的簡化模型。3.3 通過測辨建立與實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致的勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型原型

7、模型。3.4 根據(jù)原型模型建立電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型計(jì)算模型。3.4.1 可選與原型模型結(jié)構(gòu)一致的計(jì)算模型等同計(jì)算模型。等同計(jì)算模型可以是電力系統(tǒng)計(jì)算程序中的固定模型，也可以是其自定義模型，直接將原型模型參數(shù)轉(zhuǎn)換為等同計(jì)算模型參數(shù)。進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載階躍的仿真和試驗(yàn)校核，確認(rèn)等同計(jì)算模型參數(shù)。3.4.2 無法選擇與原型模型結(jié)構(gòu)一致的計(jì)算模型時(shí)，首先進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載階躍的仿真和試驗(yàn)校核，確認(rèn)原型模型參數(shù)。其次選擇與實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相近的計(jì)算模型近似計(jì)算模型，進(jìn)行計(jì)算校核，即原型模型和近似計(jì)算模型在電力系統(tǒng)分析程序上進(jìn)行發(fā)電機(jī)負(fù)載下的大、小擾動(dòng)計(jì)算，調(diào)整近似計(jì)算模型的參數(shù)使得兩種模型響應(yīng)的差別

8、在許可范圍內(nèi)。3.5 進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算至少應(yīng)提供自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）、調(diào)差特性和強(qiáng)勵(lì)限制數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，進(jìn)行電壓穩(wěn)定計(jì)算和中、長期穩(wěn)定計(jì)算還應(yīng)當(dāng)提供低勵(lì)限制（UEL）、過勵(lì)限制（OEL）和伏赫限制數(shù)學(xué)模型和參數(shù)。4 對勵(lì)磁設(shè)備供貨商和試驗(yàn)單位的要求a) 在設(shè)計(jì)、型式試驗(yàn)階段應(yīng)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型參數(shù)的確認(rèn)，該確認(rèn)報(bào)告應(yīng)通過產(chǎn)品技術(shù)鑒定；b) 應(yīng)提供調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型參數(shù)（包括電壓調(diào)節(jié)器和各個(gè)附加環(huán)節(jié)）和勵(lì)磁設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)符合GB/T7409、DL/T583、DL/T650、DL/T843等標(biāo)準(zhǔn)的要求；c) 調(diào)節(jié)器應(yīng)具備符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的、能供第三方進(jìn)行數(shù)學(xué)模型參數(shù)測試所需要的接

9、口；d) 調(diào)節(jié)器的設(shè)置值應(yīng)以十進(jìn)制表示，時(shí)間常數(shù)以秒表示，放大倍數(shù)以標(biāo)幺值表示，說明標(biāo)幺值的基準(zhǔn)值確定方法。5 資料和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備應(yīng)根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)類型收集下述資料和數(shù)據(jù)：a) 勵(lì)磁變壓器額定容量、一次和二次額定電壓、短路電抗數(shù)據(jù)；b) 直流勵(lì)磁機(jī)空載特性曲線、負(fù)載特性曲線、勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)、激勵(lì)方式、勵(lì)磁繞組電阻、直流勵(lì)磁機(jī)額定電壓、額定電流；c) 交流勵(lì)磁機(jī)額定容量、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)、額定勵(lì)磁電壓和電流、交流勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線、交流勵(lì)磁機(jī)電樞開路時(shí)勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)Tdoe、激勵(lì)方式、勵(lì)磁繞組電阻、交流勵(lì)磁機(jī)的同步電抗Xde、次暫態(tài)電抗X”de和負(fù)序電抗X2e；d) 副勵(lì)磁機(jī)

10、額定容量、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)、額定頻率、外特性曲線、空載電壓、輸出額定電流時(shí)的端電壓、輸出強(qiáng)勵(lì)電流時(shí)的端電壓；e) 發(fā)電機(jī)空載特性曲線、發(fā)電機(jī)Td0等各時(shí)間常數(shù)、發(fā)電機(jī)各電抗值、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、發(fā)電機(jī)額定電壓、額定電流、額定視在功率、額定功率因數(shù)、額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電流、空載額定勵(lì)磁電壓、空載額定勵(lì)磁電流、在規(guī)定溫度下的勵(lì)磁繞組電阻值；f) 現(xiàn)行的勵(lì)磁系統(tǒng)功能說明、投產(chǎn)試驗(yàn)報(bào)告以及包括各個(gè)環(huán)節(jié)的整定參數(shù)。6 勵(lì)磁系統(tǒng)的標(biāo)幺值a) 標(biāo)幺值等于實(shí)際值除以基準(zhǔn)值；b) 發(fā)電機(jī)電壓的基準(zhǔn)值UB為發(fā)電機(jī)額定線電壓，發(fā)電機(jī)電流的基準(zhǔn)值IB為發(fā)電機(jī)額定線電流，發(fā)電機(jī)功率的基準(zhǔn)值SB為發(fā)電機(jī)額

11、定視在功率，發(fā)電機(jī)頻率的基準(zhǔn)值fB為發(fā)電機(jī)額定頻率；c) 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的基準(zhǔn)值IfB為發(fā)電機(jī)空載特性氣隙線上產(chǎn)生一個(gè)額定電壓所需的勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)磁場繞組電阻的基準(zhǔn)值RfB為發(fā)電機(jī)額定工況下發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路電阻，也可取為發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓除以額定勵(lì)磁電流的數(shù)值，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值UfB為勵(lì)磁電流的基準(zhǔn)值乘以磁場繞組電阻的基準(zhǔn)值；d) 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的基準(zhǔn)值IefB為在勵(lì)磁機(jī)空載特性曲線氣隙線上產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)幺值發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓所要求的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流值，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電阻的基準(zhǔn)值RefB為發(fā)電機(jī)額定工況下的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路的電阻，也可取勵(lì)磁機(jī)額定勵(lì)磁電壓除以勵(lì)磁機(jī)額定勵(lì)磁電流并考慮回路阻值作為勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁

12、電阻的基準(zhǔn)值RefB，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值UefB為勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流基準(zhǔn)值乘以勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組電阻基準(zhǔn)值。e) 調(diào)節(jié)器的輸入電壓、電流和功率的基準(zhǔn)值等于發(fā)電機(jī)電壓、電流和功率的基準(zhǔn)值。當(dāng)控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓時(shí)調(diào)節(jié)器輸出電壓基準(zhǔn)值等于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值，當(dāng)控制勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓時(shí)調(diào)節(jié)器輸出電壓基準(zhǔn)值等于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值。7 環(huán)節(jié)特性辨識(shí)的基本方法 一般已知?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)模型，需要測辨的是其參數(shù)；有的已知部分參數(shù)，需要測辨其他參數(shù)；有的已知模型參數(shù)，需要核實(shí)模型參數(shù)；因此，應(yīng)根據(jù)具體情況，充分利用已知條件，采用適宜的方法進(jìn)行環(huán)節(jié)特性辨識(shí)。7.1 動(dòng)態(tài)參數(shù)頻域測量法輸入不同頻率正弦信號(hào)或者噪聲信號(hào)，測量

13、輸出對于輸入的頻率特性。采用擬合技術(shù)辨識(shí)模型的參數(shù)。對于簡單的一階模型，可以利用已知頻率特性的特征值直接計(jì)算參數(shù)。對于非一階模型，由于對象的模型結(jié)構(gòu)和部分參數(shù)一般已知，可以采用參數(shù)擬合技術(shù)或采用模型的頻率特性和實(shí)測的頻率特性對比的方法確定模型的未知參數(shù)。對于采用定頻調(diào)寬（PWM）控制方式的勵(lì)磁系統(tǒng)，應(yīng)注意輸入頻率信號(hào)的適用范圍。7.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)域測量法輸入擾動(dòng)信號(hào)，一般為階躍信號(hào)，測量輸出響應(yīng)。采用專用的分析軟件分析環(huán)節(jié)參數(shù)。對于簡單的一階模型，可以用達(dá)到變動(dòng)量0.632的時(shí)間取為環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。對于非一階模型可以采用時(shí)域參數(shù)辨識(shí)或采用相同的輸入信號(hào)下擬建模型的響應(yīng)和實(shí)測響應(yīng)比對的方法來確定

14、環(huán)節(jié)參數(shù)。對于數(shù)字式調(diào)節(jié)器可以檢查單步的離散計(jì)算結(jié)果是否符合要求。7.3 靜態(tài)參數(shù)測量法退出積分，退出大時(shí)間常數(shù)環(huán)節(jié)，測量單個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)輸出與輸入的靜態(tài)關(guān)系。當(dāng)放大倍數(shù)太大時(shí)可以減少設(shè)定的放大倍數(shù)進(jìn)行測量。7.4 非線性環(huán)節(jié)參數(shù)的測量應(yīng)了解或測量純延時(shí)、死區(qū)、限幅、變增益、非線性函數(shù)關(guān)系和邏輯控制等非線性環(huán)節(jié)參數(shù)。要區(qū)分內(nèi)限幅和外限幅兩種限幅環(huán)節(jié)。見附錄A。8 勵(lì)磁系統(tǒng)原型數(shù)學(xué)模型的建立8.1 基本步驟8.1.1 收集資料，確定勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型類型。8.1.2 根據(jù)資料情況，確定現(xiàn)場試驗(yàn)項(xiàng)目，編寫試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。8.1.3 整理數(shù)據(jù)：a) 計(jì)算各標(biāo)幺值的基準(zhǔn)值；b) 根據(jù)頻域或時(shí)域測量

15、數(shù)據(jù)辨識(shí)環(huán)節(jié)參數(shù)；c) 建立勵(lì)磁系統(tǒng)原型模型。8.2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁功率部分、勵(lì)磁控制部分、發(fā)電機(jī)電壓測量和無功電流補(bǔ)償部分、以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（簡稱PSS）組成，見圖1。發(fā)電機(jī)電壓測量和電流補(bǔ)償部分形成需要控制的偏差信號(hào)。勵(lì)磁控制部分實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁穩(wěn)定控制和限制功能，由PID或軟反饋校正環(huán)節(jié)、功率控制環(huán)節(jié)、補(bǔ)償勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋環(huán)節(jié)、頂值限制環(huán)節(jié)、過磁通（伏/赫）限制環(huán)節(jié)、過勵(lì)限制環(huán)節(jié)和低勵(lì)限制環(huán)節(jié)等組成。勵(lì)磁系統(tǒng)按照勵(lì)磁功率部件不同，分為以下三種類型：a) 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；b) 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括靜止或旋轉(zhuǎn)、可控或不可控的整流器；c) 靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，包括自并

16、勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)、恒定電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。UREF電壓測量和電流補(bǔ)償部分UERRUtIt發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)勵(lì)磁功率部分勵(lì)磁控制部分UUELUOELUSI電力系統(tǒng)穩(wěn)定器USUt發(fā)電機(jī)電壓； It發(fā)電機(jī)電流； UREF電壓參考值； UERR偏差電壓；UOEL過勵(lì)限制輸出；UUEL低勵(lì)限制輸出；US電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出；USI電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸入。圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)組成8.3 靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)包括自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)、恒電壓源供電的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和交流側(cè)串聯(lián)的復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，分別見圖2、圖3和圖4。GS同步發(fā)電機(jī)； AVR自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器； T勵(lì)磁變壓器； U可

17、控整流器； TV電壓互感器； TA電流互感器。圖2 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)圖3 恒電壓源供電的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)TP并聯(lián)變壓器；TS串聯(lián)變壓器。圖4 交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)8.3.1 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型采用三相全波可控整流和余弦移相方式的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分可建立圖5所示的功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型。URUfUtURMIN-IfKCUtURMAX-IfKC 圖5 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型URMAX和URMIN分別為發(fā)電機(jī)電壓為額定值時(shí)電壓調(diào)節(jié)器的最大輸出電壓和最小輸出電壓，UtURMAX和UtURMIN分別表示實(shí)際輸出的限幅受到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變動(dòng)的影響。C( 1 )式中：UETK

18、勵(lì)磁變壓器短路電壓，單位為標(biāo)幺值（pu）；SETN勵(lì)磁變壓器額定容量，單位為伏安（VA）；UET勵(lì)磁變壓器二次額定線電壓，單位為伏（V）；IfB、UfB勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓基準(zhǔn)值，單位分別為安（A）和伏（V）。URMAX和URMINURMIN=1.35UETcosMAX/UfB( 2 )URMAX=1.35UETcosMIN/UfB( 3 )式中：UET勵(lì)磁變壓器二次額定線電壓，單位為伏（V）；MAX和MIN分別為可控整流器的最大控制角和最小控制角，單位為度（°）；UfB發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓基準(zhǔn)值，單位為伏（V）。調(diào)節(jié)器輸出限幅值可以通過發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)求得，見10.3條。獲得的勵(lì)磁電壓

19、最大值需要按照同一時(shí)刻時(shí)的發(fā)電機(jī)電壓、勵(lì)磁電流和KC進(jìn)行修正。8.3.2 恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型URUfURMIN-IfKCURMAX-IfKC恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型見圖6。KC按照式（1）計(jì)算，URMAX和URMIN按照式（2）和式（3）計(jì)算。圖6 恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型和電源來自勵(lì)磁機(jī)電樞的交流勵(lì)磁機(jī)可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型8.3.3 交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型見圖6。KC按照式（4）計(jì)算，URMAX和URMIN按照式（5）和式（6）計(jì)算。( 4 )式中：UCOMP發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行

20、時(shí)可控整流橋交流側(cè)電壓，單位為伏（V）；N發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)可控整流器控制角，單位為度（°）；Uf、If發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓和電流，單位分別為伏（V）和安（A）；UfB、IfB勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流基準(zhǔn)值，單位分別為伏（V）和安（A）。URMIN=1.35UCOMPcosMAX/UfB( 5 )URMAX=1.35UCOMPcosMIN/UfB( 6 )式中：MAX和MIN分別為可控整流器的最大控制角和最小控制角，單位為度（°）。8.4 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可以分為電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)（圖7）、電源來自勵(lì)磁機(jī)電樞的交流勵(lì)磁機(jī)可控

21、整流勵(lì)磁系統(tǒng)（圖8）和電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)（圖9）。圖7 電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)圖8 電源來自勵(lì)磁機(jī)電樞的交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)圖9電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)8.4.1 電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型分為以下兩種模型：a) 采用三相全波整流的、電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型（圖10），該模型包括了靜止不可控整流器和旋轉(zhuǎn)不可控整流器兩種類型；b) 采用大于三相全波整流的、電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交

22、流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型（圖11）。圖10 采用三相全波整流的、電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型 圖11采用大于三相全波整流的、電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型斷開發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁開關(guān)。保持勵(lì)磁機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變。測量勵(lì)磁機(jī)電樞交流電壓和勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流從零到強(qiáng)勵(lì)對應(yīng)值。將勵(lì)磁機(jī)電樞交流電壓乘以1.35倍轉(zhuǎn)為直流電壓后繪制勵(lì)磁機(jī)空載特性曲線，也可測整流后的直流電壓，此時(shí)直流側(cè)負(fù)載以足夠保證整流器導(dǎo)通為限。測量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，繪制勵(lì)磁機(jī)負(fù)載特性曲線。KC以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流基準(zhǔn)值對整流方程進(jìn)行標(biāo)幺化得到：( 7 )

23、式中：X”de和X2e勵(lì)磁機(jī)次暫態(tài)電抗和負(fù)序電抗，單位為標(biāo)幺值（pu）；Ue勵(lì)磁機(jī)電樞額定線電壓，單位為伏（V）；SNe勵(lì)磁機(jī)額定容量，單位為伏安（VA）；IfB發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的基準(zhǔn)值，單位為安（A）；UfB發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的基準(zhǔn)值，單位為伏（V）。當(dāng)KC以式（7）表示，并且整流器的換弧角小于60°時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)輸出值表示為式（8）。( 8 )SE SEMAX、SE0.75MAX、SE0分別為發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓、75%發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓和發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓下的勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)。由圖12勵(lì)磁機(jī)空載飽和曲線和空載氣隙線、按照式（9）確定SE UE。圖12中的縱坐標(biāo)為勵(lì)磁機(jī)輸出直流電壓，可用電壓單位或者以

24、標(biāo)幺值表示。橫坐標(biāo)為勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，可用電流單位或者以標(biāo)幺值表示。當(dāng)式（8）條件滿足時(shí)，以式（10）和式（11）確定UEMAX和UE0.75MAX。( 9 )UEMAX=UfMAX(1+KC)( 10 )UE0.75MAX=Uf0.75MAX(1+KC)( 11 )圖12 求取飽和系數(shù)SE的勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性 FEX函數(shù)三相全波整流器數(shù)學(xué)模型見圖13。圖中UE為未計(jì)及換弧電抗壓降的不可控三相全波整流橋的輸出電壓；Uf為計(jì)及換弧電抗壓降后不可控三相全波整流橋輸出電壓，即發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；If為勵(lì)磁機(jī)負(fù)載電流即發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流；FEX表示整流器調(diào)節(jié)特性的函數(shù)；IN為規(guī)格化電流；KC為換弧壓降系數(shù)。

25、圖13 不可控三相全波整流橋數(shù)學(xué)模型按照整流回路推導(dǎo)過程的標(biāo)幺化基準(zhǔn)值不同,一般FEX有以下3種形式：a) C，F(xiàn)EX采用式（12）表示。( 12 )b) IEEE、IEC、以及PSASP固定勵(lì)磁系統(tǒng)模型和PSS/E內(nèi)1981年勵(lì)磁系統(tǒng)模型采用式（13）表示FEX。 ( 13 )c) BPA以及PSS/E內(nèi)1981年之后的勵(lì)磁系統(tǒng)模型采用式（14）表示FEX。( 14 )KD 在勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線的未飽和區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。設(shè)某一勵(lì)磁輸出電壓下，勵(lì)磁機(jī)空載氣隙線的電流為Ief1，勵(lì)磁機(jī)負(fù)載曲線的電流為Ief2，則 KD =(Ief2-Ief1)/Ief1-KC( 15 )當(dāng)缺少勵(lì)磁機(jī)負(fù)載特性時(shí)

26、可采用制造廠的設(shè)計(jì)特性，或通過計(jì)算得到。當(dāng)采用了大于3相不可控整流方式且存在換弧重疊角時(shí)采用圖11模型。換弧壓降和去磁影響一并用KD表示。在勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線的未飽和區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。設(shè)某一勵(lì)磁輸出電壓下，勵(lì)磁機(jī)空載氣隙線的電流為Ief1，勵(lì)磁機(jī)負(fù)載曲線的電流為Ief2，則KD =(Ief2-Ief1)/Ief1( 16 )E 穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)TE等于勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)其勵(lì)磁回路的時(shí)間常數(shù)。勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)間常數(shù)測量可以采用在勵(lì)磁機(jī)不飽和區(qū)域勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓階躍，測量勵(lì)磁機(jī)電樞電壓（或勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流）響應(yīng)辨識(shí)勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)間常數(shù)，也可以采用頻域法測量Uf/Uef的頻率特性辨識(shí)時(shí)間常數(shù)。E KE是

27、勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁的他勵(lì)安匝數(shù)與總勵(lì)磁安匝數(shù)之比。當(dāng)勵(lì)磁機(jī)僅采用他勵(lì)時(shí)KE=1。( 17 )式中：Uef勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓，單位為標(biāo)幺值（pu）；Ief勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，單位為標(biāo)幺值（pu）；Uf發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓，單位為標(biāo)幺值（pu）；KC換弧壓降系數(shù)；SE勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)；KD勵(lì)磁機(jī)去磁系數(shù)。UE的下限值為零。URMAX和URMIN 副勵(lì)磁機(jī)電壓隨著負(fù)荷的增大而降低，強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)電壓下降系數(shù)KEP對永磁機(jī)可取85%90%，對自勵(lì)恒壓副勵(lì)磁機(jī)可取90%95%。( 18 )( 19 )式中：KEP強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)電壓下降系數(shù)；Uae發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下的副勵(lì)磁機(jī)電樞線電壓值，單位為伏（V）；UefB勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓基準(zhǔn)

28、值，單位為伏（V）；MAX和MIN分別為可控整流器最大控制角和最小控制角，單位為度（°）。調(diào)節(jié)器輸出限幅值可以通過發(fā)電機(jī)大擾動(dòng)試驗(yàn)求得，見10.3條。8.4.2 電源來自勵(lì)磁機(jī)電樞的交流勵(lì)磁機(jī)可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型電源來自勵(lì)磁機(jī)電樞的交流勵(lì)磁機(jī)可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型見圖6。模型認(rèn)為交流勵(lì)磁機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器可以維持電樞電壓恒定。交流勵(lì)磁機(jī)的換弧壓降系數(shù)KC的計(jì)算同式（7）。URMAX和URMIN按照式（20）和式（21）計(jì)算。( 20 )( 21 )式中：UeAC發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下的勵(lì)磁機(jī)電樞線電壓，單位為伏（V）；MAX和MIN分別為可控整流器最大控制角和最小控制角，

29、單位為度（°）；UfB發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓基準(zhǔn)值，單位為伏（V）。8.4.3 電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型分為以下兩種模型：a) 采用三相全波整流的、電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型（圖14），該模型包括了靜止不可控整流器和旋轉(zhuǎn)不可控整流器兩種類型；b) 采用大于三相全波整流的、電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型（圖15）。圖14采用三相全波整流的、電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型圖15采用大于三相

30、全波整流的、電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型與電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型的區(qū)別是調(diào)節(jié)器輸出限制值與發(fā)電機(jī)電壓有關(guān)、URMAX不需要考慮強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)電壓下降系數(shù)KEP。其他參數(shù)的計(jì)算與電源來自副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分?jǐn)?shù)學(xué)模型參數(shù)計(jì)算相同。8.5 直流勵(lì)磁機(jī)數(shù)學(xué)模型直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)見圖16，直流勵(lì)磁機(jī)數(shù)學(xué)模型見圖17。圖17中的KD是反映勵(lì)磁機(jī)負(fù)載電流If的助磁（或去磁）作用的系數(shù)。KD為正時(shí)為去磁，KD為負(fù)時(shí)為助磁。圖16 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系

31、統(tǒng)+_If_UfURKE+SEKD圖17 直流勵(lì)磁機(jī)數(shù)學(xué)模型8.5.1 直流勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線測量空載特性：斷開發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁開關(guān)。保持勵(lì)磁機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變。測量勵(lì)磁機(jī)電壓和勵(lì)磁機(jī)總勵(lì)磁安-匝、他勵(lì)安-匝數(shù)從零到強(qiáng)勵(lì)對應(yīng)值。負(fù)載特性：合上發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁開關(guān)。測量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁機(jī)總勵(lì)磁安-匝的對應(yīng)關(guān)系。8.5.2 直流勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)SE SEMAX、SE0.75MAX、SE0分別為發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓、75%發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓和發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓下的勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)。直流勵(lì)磁機(jī)模型飽和系數(shù)SE是Uf的函數(shù)，由圖12勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線按照式（22）確定飽和系數(shù)SE。 ( 22 )8.5.3 自

32、勵(lì)系數(shù)KE 按照實(shí)際的勵(lì)磁機(jī)的他勵(lì)安匝數(shù)與總安匝數(shù)之比計(jì)算KE。8.5.4 勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)TE 穩(wěn)定計(jì)算用的直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)TE等于直流勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)其勵(lì)磁回路的時(shí)間常數(shù)Te。8.5.5 去磁系數(shù)KD按照式（16）計(jì)算去磁系數(shù)KD。8.6 電壓測量與電流補(bǔ)償部分?jǐn)?shù)學(xué)模型大多數(shù)電壓測量與調(diào)差單元的模型可如圖18所示。圖中、分別為用標(biāo)幺值表示的發(fā)電機(jī)端電壓矢量和電流矢量；TR為電壓測量環(huán)節(jié)的等效時(shí)間常數(shù)；KR為電壓測量環(huán)節(jié)的增益（在大多數(shù)計(jì)算程序中選定為1.0pu）；RC和XC分別為對應(yīng)于全電流的有功和無功電流補(bǔ)償率；UREF為電壓參考值；UERR為偏差信號(hào)。UERRUREF圖18 電壓測量與電流

33、補(bǔ)償部分模型TR、KR和XC都應(yīng)通過測量或參數(shù)辨識(shí)獲得。數(shù)字式調(diào)節(jié)器的電壓測量存在隨機(jī)的純滯后時(shí)間，可以進(jìn)行多次階躍試驗(yàn)獲得平均純滯后時(shí)間，TR等于該平均純滯后時(shí)間。8.7 勵(lì)磁控制部分?jǐn)?shù)學(xué)模型8.7.1 PID和軟反饋校正勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)在定型生產(chǎn)前完成環(huán)節(jié)編程正確性檢查，或者同類型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在其他機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)建模中已經(jīng)驗(yàn)證其環(huán)節(jié)參數(shù)正確，否則應(yīng)通過環(huán)節(jié)特性測辨方法（參照第7章）確認(rèn)PID和軟反饋校正環(huán)節(jié)的模型參數(shù)。PID校正環(huán)節(jié)有串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種，見圖19和圖20。軟反饋校正環(huán)節(jié)見圖21，以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓、調(diào)節(jié)器輸出或者勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流為其輸入信號(hào)。勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以UFE表示勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，

34、在非限幅區(qū)域，調(diào)節(jié)器輸出電壓的靜態(tài)標(biāo)幺值與UFE靜態(tài)標(biāo)幺值相同。應(yīng)區(qū)分兩種環(huán)節(jié)限幅作用，見附錄A。圖19 串聯(lián)型PID校正環(huán)節(jié)+UI-UI-UD+UD圖20 并聯(lián)型PID校正環(huán)節(jié)圖21 軟反饋校正環(huán)節(jié)8.7.2 補(bǔ)償勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋用以補(bǔ)償勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋單元是一個(gè)比例單元。輸入可以是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓或者勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流。測量該環(huán)節(jié)輸入輸出數(shù)據(jù)，將輸入輸出按照計(jì)算基準(zhǔn)值折算后，獲得比例反饋系數(shù)。8.7.3 功率控制三相全控整流橋功率控制環(huán)節(jié)包括移相和可控整流橋兩部分。移相環(huán)節(jié)的輸入是調(diào)節(jié)器的控制電壓UC，設(shè)采用余弦移相，UC為±1時(shí)對應(yīng)可控整流器控制角為0°和180&#

35、176;，則功率控制環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)( 23 )式中：Ud0換弧壓降前的直流電壓，單位為伏（V）；Uc控制電壓，單位為伏（V）；Uac整流橋交流側(cè)線電壓，單位為伏（V）；UB調(diào)節(jié)器輸出電壓基準(zhǔn)值，單位為伏（V）。功率控制環(huán)節(jié)的延時(shí)特性作一階慣性環(huán)節(jié)處理，其時(shí)間常數(shù)取下述兩個(gè)時(shí)間之大者：調(diào)節(jié)器對控制角調(diào)整的平均延時(shí)和相鄰觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔。當(dāng)延時(shí)不大于10ms時(shí)可以不予考慮。8.7.4 頂值限制頂值限制包括頂值電壓限制和頂值電流瞬時(shí)限制。頂值限制對暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果有影響，應(yīng)構(gòu)建符合實(shí)際的頂值限制模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。頂值限制值一般通過靜態(tài)試驗(yàn)獲取。8.7.5 低勵(lì)限制（UEL）構(gòu)建符合實(shí)際的

36、低勵(lì)限制模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。低勵(lì)限制通用模型見附錄B。8.7.6 過勵(lì)限制（OEL）構(gòu)建符合實(shí)際的過勵(lì)限制模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。過勵(lì)限制通用模型見附錄C。8.8 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）數(shù)學(xué)模型選擇與實(shí)際一致的PSS模型。PSS模型主要有三種：單輸入信號(hào)PSS模型、雙輸入信號(hào)PSS模型和加速功率型PSS模型，分別見圖20、圖21和圖22。USUSIUSMINUSMAX圖22 單輸入信號(hào)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型USI2USI1USUSMAXUSMIN圖23 雙輸入信號(hào)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型圖24 加速功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型按照規(guī)定的基準(zhǔn)值將實(shí)際的增益折算為標(biāo)幺化的增益。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入

37、信號(hào)的基準(zhǔn)值應(yīng)符合第6章e)項(xiàng)規(guī)定，當(dāng)有差異時(shí)應(yīng)予以說明。輸出量的基準(zhǔn)值與嵌入點(diǎn)有關(guān)。在電壓相加點(diǎn)嵌入，輸出量的基準(zhǔn)值與相加點(diǎn)1個(gè)標(biāo)幺的電壓值相同。在其他點(diǎn)嵌入，輸出量的基準(zhǔn)值等于相加點(diǎn)1個(gè)標(biāo)幺的電壓值乘以電壓相加點(diǎn)到嵌入點(diǎn)的地區(qū)振蕩頻率下動(dòng)態(tài)增益。需要獲得PSS信號(hào)的測量時(shí)間常數(shù)。數(shù)字式調(diào)節(jié)器的PSS信號(hào)測量存在隨機(jī)的純滯后時(shí)間，可以進(jìn)行多次階躍試驗(yàn)獲得平均純滯后時(shí)間，測量環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)等于該平均純滯后時(shí)間。8.9 需要注意的問題a) 三相全波整流電路如采用非余弦移相，或者功率控制采用定頻調(diào)寬方式時(shí)，應(yīng)采用額定工況處線性化處理的方法獲得環(huán)節(jié)增益，調(diào)節(jié)器輸出的限幅值應(yīng)按照實(shí)際的可控特性計(jì)算，并

38、且經(jīng)過發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)校核。b) 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型不表示副勵(lì)磁機(jī)電抗引起換弧壓降的影響。有的勵(lì)磁系統(tǒng)的換弧壓降影響顯著，需要進(jìn)行功率部分增益實(shí)測和調(diào)節(jié)器輸出限制值的實(shí)測，采取等效副勵(lì)磁機(jī)電壓等方法表示該影響。c) 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載和負(fù)載下調(diào)節(jié)器參數(shù)或限制值不同對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響時(shí)，應(yīng)在建模報(bào)告中給出空載和負(fù)載下的參數(shù)。d) 調(diào)節(jié)器不應(yīng)設(shè)置死區(qū)。9 穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型的選擇及參數(shù)處理方法9.1 等同計(jì)算模型的選擇及參數(shù)處理方法a) 等同計(jì)算模型可以是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算程序中模型結(jié)構(gòu)與原型一致的固有的勵(lì)磁系統(tǒng)模型，或者采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序內(nèi)自定義功能定義的模型；b) 選擇與原型模型相

39、同的勵(lì)磁系統(tǒng)類型；c) 控制部分、電壓測量、頂值限制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)與原型模型一致，或者原型環(huán)節(jié)模型可以通過等值變換獲得穩(wěn)定計(jì)算用環(huán)節(jié)模型；d) PSS輸出信號(hào)相加點(diǎn)、用作勵(lì)磁穩(wěn)定器的軟反饋和用作減少勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋相加點(diǎn)與原型模型一致；e) 當(dāng)并聯(lián)型PID可以轉(zhuǎn)換為串聯(lián)型PID而不出現(xiàn)非負(fù)實(shí)數(shù)根情況，也認(rèn)為并聯(lián)型PID與串聯(lián)型PID有一致的結(jié)構(gòu)；f) 原型模型中有多個(gè)限幅可以采用穩(wěn)定計(jì)算用模型的限幅替代；g) 將原型模型中多個(gè)串聯(lián)的小時(shí)間常數(shù)慣性環(huán)節(jié)合并為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。勵(lì)磁系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中最小時(shí)間常數(shù)不得小于10ms；h) 穩(wěn)定計(jì)算用模型中多余的環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)使其不起作用。如反饋

40、環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)置其增益為零。如超前滯后環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)置超前與滯后的時(shí)間常數(shù)相同；i) 消除死區(qū)。9.2 近似計(jì)算模型的選擇及參數(shù)處理方法a) 按照9.1處理模型和參數(shù)后仍存在部分控制部分、電壓測量、頂值限制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等結(jié)構(gòu)與原型模型不一致，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出信號(hào)相加點(diǎn)不同、校正環(huán)節(jié)不同、頂值限制方式不同、穩(wěn)定反饋信號(hào)不同等；b) 選擇與原型模型有相同的勵(lì)磁系統(tǒng)類型、最為接近的模型作為近似計(jì)算模型；c) 通過計(jì)算校核、確定近似計(jì)算模型參數(shù)。10 勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)校核10.1 試驗(yàn)校核的目的a) 將等同計(jì)算模型仿真計(jì)算的結(jié)果、近似計(jì)算模型的原型模型的仿真計(jì)算的結(jié)果與現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行校核，以

41、確認(rèn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)；b) 勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)校核可以分為發(fā)電機(jī)空載下小擾動(dòng)試驗(yàn)校核和大擾動(dòng)試驗(yàn)校核，發(fā)電機(jī)空載下小擾動(dòng)試驗(yàn)校核勵(lì)磁控制系統(tǒng)小干擾動(dòng)態(tài)特性和相關(guān)參數(shù)，大擾動(dòng)試驗(yàn)校核勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出限幅值。10.2 發(fā)電機(jī)空載下小擾動(dòng)試驗(yàn)校核方法a) 進(jìn)行現(xiàn)場發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍試驗(yàn)，階躍量不應(yīng)使調(diào)節(jié)器進(jìn)入限幅區(qū)域；b) 通過資料或者試驗(yàn)獲得發(fā)電機(jī)空載特性曲線、發(fā)電機(jī)參數(shù)（Td0等）；c) 一般在所使用的電力系統(tǒng)分析程序上設(shè)置發(fā)電機(jī)參數(shù)（電抗參數(shù)采用不飽和值，發(fā)電機(jī)飽和系數(shù)的計(jì)算見附錄D）、建立勵(lì)磁系統(tǒng)模型，進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍仿真計(jì)算，階躍量同現(xiàn)場發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍量，可采用

42、以下三種方法進(jìn)行仿真：1) 建立一單機(jī)無限大母線系統(tǒng)外電抗為發(fā)電機(jī)同步電抗的100倍或更大、調(diào)整潮流使發(fā)電機(jī)運(yùn)行于與試驗(yàn)工況相同的空載狀態(tài)，對所建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)進(jìn)行一次階躍響應(yīng)仿真計(jì)算，階躍量與現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)相同，其方法可以是0.0s跳開線路、0.1s施加階躍； 2) 建立單機(jī)帶一交流線系統(tǒng)交流線電抗為最小非零值、發(fā)電機(jī)設(shè)置為平衡機(jī)、有功功率和無功功率為零，對所建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)進(jìn)行一次階躍響應(yīng)仿真計(jì)算，階躍量與現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)相同；3) 在Matlab、Sme等仿真程序上建立發(fā)電機(jī)空載簡化模型（見圖25）和勵(lì)磁系統(tǒng)模型構(gòu)成的勵(lì)磁控制系統(tǒng)，調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓和電流的基準(zhǔn)值為發(fā)電機(jī)空載額定電

43、壓和電流值，發(fā)電機(jī)空載簡化模型中的Kg和Tg按照以下方法獲得：發(fā)電機(jī)空載特性曲線上額定點(diǎn)的切線交電壓坐標(biāo)軸于（1-Kg）點(diǎn)，Tg等于Td0Kg。對所建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)進(jìn)行一次階躍響應(yīng)仿真計(jì)算，階躍量與現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)相同。Uf(pu)1-KgUt(pu)圖25 發(fā)電機(jī)空載簡化模型d) 計(jì)算實(shí)測的和仿真的發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍響應(yīng)的上升到90%的時(shí)間TUP（s）、峰值時(shí)間TP(s)、超調(diào)量MP(%)、調(diào)整時(shí)間TS(s)和振蕩次數(shù)N；e) 仿真與實(shí)測的偏差允許值見表1；f) 實(shí)測和仿真結(jié)果的差異較大時(shí)可以調(diào)整實(shí)際可能產(chǎn)生偏差的數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)、勵(lì)磁系統(tǒng)總的靜態(tài)增益、勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組電阻值、由純

44、延時(shí)特性推出的等效慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)參數(shù)等；g) 仿真采用發(fā)電機(jī)負(fù)載額定下的勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)，實(shí)測發(fā)電機(jī)空載下的響應(yīng)，有時(shí)需要考慮因此引起仿真與實(shí)測的偏差。表1 仿真與實(shí)測的偏差允許值品質(zhì)參數(shù)參數(shù)范圍偏差允許值（=實(shí)測值-仿真值）TUP全部±0.1sTP0s0.5s±0.1s>0.5s±0.2sMP010%±5%>10%±0.5MPTS（可選項(xiàng)）全部±2sN（可選項(xiàng)）全部110.3 發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)校核方法a) 在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行于80%額定電壓，進(jìn)行20%額定電壓上階躍和下階躍試驗(yàn)，記錄發(fā)電機(jī)電壓、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓和電流、

45、電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓、調(diào)節(jié)器重要控制環(huán)節(jié)的輸出量的響應(yīng)波形。階躍量的大小應(yīng)使擾動(dòng)達(dá)到可控整流器最小和最大控制角。b) 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)按照式（24）和式（25）計(jì)算URMAX和URMIN。URMAX=(Uf1+KCIf1)/Ut1( 24 )URMIN=(Uf2+KCIf2)/Ut2( 25 )式中：Uf1和Uf2試驗(yàn)中最大和最小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓，單位為標(biāo)幺值（pu）； Ut1和Ut2對應(yīng)于Uf1和Uf2的試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)電壓，單位為標(biāo)幺值（pu）； If1和If2對應(yīng)于Uf1和Uf2的試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，單位為標(biāo)幺值（pu）； KC換弧壓降系數(shù)； URMAX和URMIN調(diào)節(jié)器最大和最小輸出限幅值，單

46、位為標(biāo)幺值（pu）。c) 交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)中的URMAX和URMIN按照式（26）和式（27）計(jì)算。URMAX=UR1*KEP/UefB( 26 )URMIN=UR2*KEP/UefB.( 27 )式中：URMAX和URMIN模型中調(diào)節(jié)器最大和最小輸出值，pu；UR1和UR2試驗(yàn)中調(diào)節(jié)器最大和最小輸出值，V；UefB勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓基準(zhǔn)值，V；KEP強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)d) 計(jì)算模型中采用試驗(yàn)獲得值與計(jì)算獲得值中絕對值較小的URMAX和URMIN。11 勵(lì)磁系統(tǒng)原型模型和近似計(jì)算模型之間的計(jì)算校核11.1 計(jì)算校核的目的通過計(jì)算比較勵(lì)磁系統(tǒng)原型模型和近似計(jì)算模型的大、小擾動(dòng)響應(yīng)，調(diào)整和確認(rèn)

47、近似計(jì)算模型和參數(shù)。11.2 校核的條件a) 一般在實(shí)際系統(tǒng)或單機(jī)對無窮大系統(tǒng)（兩回出線）下進(jìn)行校核。b) 原型模型和近似計(jì)算模型在同一或者不同的電力系統(tǒng)計(jì)算程序上進(jìn)行大、小擾動(dòng)計(jì)算。對不同的電力系統(tǒng)計(jì)算程序應(yīng)先對相同的勵(lì)磁系統(tǒng)模型的響應(yīng)進(jìn)行核對。11.3 校核的內(nèi)容11.3.1 臨界切除時(shí)間進(jìn)行發(fā)電機(jī)帶額定有功負(fù)荷、發(fā)電機(jī)主變高壓側(cè)近端三相短路后切除故障線路的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算。兩種模型的臨界切除時(shí)間相差小于5ms。11.3.2 發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍響應(yīng)發(fā)電機(jī)帶額定有功負(fù)荷，進(jìn)行有、無PSS的2%發(fā)電機(jī)額定電壓階躍仿真計(jì)算。比較發(fā)電機(jī)有功功率的振蕩頻率和衰減阻尼比。兩種模型的頻率相對偏差不大于10%；原

48、型模型阻尼比小于0.1的，阻尼比相差不大于0.02；原型模型阻尼比大于0.1的，阻尼比相差不大于0.05。11.3.3 發(fā)電機(jī)主變高壓側(cè)近端三相短路0.1s響應(yīng)發(fā)電機(jī)帶額定有功負(fù)荷，進(jìn)行發(fā)電機(jī)主變高壓側(cè)近端三相短路0.1s切除故障線路仿真計(jì)算。兩種模型的發(fā)電機(jī)功角最大值相差不大于2°。11.3.4 勵(lì)磁系統(tǒng)無補(bǔ)償相頻特性（可選項(xiàng)）發(fā)電機(jī)帶額定有功負(fù)荷，計(jì)算在0.1Hz2Hz范圍內(nèi)的勵(lì)磁系統(tǒng)無補(bǔ)償相頻特性。兩種模型的勵(lì)磁系統(tǒng)無補(bǔ)償相頻特性相差不大于10°20°。勵(lì)磁系統(tǒng)無補(bǔ)償相頻特性為發(fā)電機(jī)Eq/US相頻特性。11.3.5 小干擾振蕩模式計(jì)算（可選項(xiàng)）兩種模型與建模

49、機(jī)組相關(guān)的小干擾振蕩模式的振蕩頻率相對偏差值小于10%；原型模型阻尼比小于0.1的，阻尼比相差不大于0.02；原型模型阻尼比大于0.1的，阻尼比相差不大于0.05。12 勵(lì)磁系統(tǒng)建模報(bào)告主要內(nèi)容 12.1 概況發(fā)電廠名、發(fā)電機(jī)號(hào)、發(fā)電機(jī)制造廠、勵(lì)磁系統(tǒng)類型、調(diào)節(jié)器制造廠和型號(hào)、整流電路型式、試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)單位。12.2 建模參照標(biāo)準(zhǔn)和基本方法12.3 調(diào)節(jié)器制造廠提供的模型和參數(shù)12.4 調(diào)節(jié)器的設(shè)定包括與數(shù)學(xué)模型有關(guān)的設(shè)定值、反饋量、限制功能和限制值。12.5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型、參數(shù)，并指明各基準(zhǔn)值。如果提供的電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用勵(lì)磁系統(tǒng)模

50、型結(jié)構(gòu)與原型不一致，應(yīng)同時(shí)提供原型模型參數(shù)。12.6 電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)的校核說明仿真計(jì)算用程序和計(jì)算條件，提供校核試驗(yàn)波形和仿真計(jì)算波形，描述品質(zhì)的特征值和校核偏差值。等同計(jì)算模型，應(yīng)提供其仿真和現(xiàn)場試驗(yàn)校核結(jié)果。近似計(jì)算模型，應(yīng)提供原型模型仿真和現(xiàn)場試驗(yàn)校核結(jié)果，并提供原型模型和近似計(jì)算模型之間的計(jì)算校核結(jié)果。12.7 結(jié)論及建議a) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算用模型進(jìn)行了何種校核，結(jié)果是否符合要求；b) 作出所提供的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)可用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)論；c) 存在的問題和處理意見。12.8 原始資料a) 發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)：制造廠、型號(hào)、額定容量、額定電壓、額定電流、額定功率

51、因數(shù)、額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電流、空載額定勵(lì)磁電壓、空載額定勵(lì)磁電流、在某溫度下的勵(lì)磁繞組電阻值、強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)、發(fā)電機(jī)各個(gè)飽和和不飽和電抗值、各個(gè)時(shí)間常數(shù)、飽和系數(shù)以及發(fā)電機(jī)空載特性曲線；b) 交流勵(lì)磁機(jī)數(shù)據(jù)：制造廠、型號(hào)、額定容量、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)、額定頻率、壓和電流、交流勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線（坐標(biāo)應(yīng)注明是交流勵(lì)磁機(jī)線電壓還是整流后的直流電壓）、交流勵(lì)磁機(jī)電樞開路時(shí)勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)Tdoe（注明所用勵(lì)磁繞組電阻值，或勵(lì)磁繞組溫度）、激勵(lì)方式（它勵(lì)或復(fù)勵(lì)）、勵(lì)磁繞組電阻（注明溫度）、交流勵(lì)磁機(jī)的不飽和同步電抗Xde、不飽和次暫態(tài)電抗X”de和不飽和負(fù)序電抗X2e；c) 副勵(lì)磁機(jī)

52、（或永磁機(jī)）數(shù)據(jù)：額定容量、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)、額定頻率、外特性曲線、空載電壓、輸出額定電流時(shí)的端電壓、輸出強(qiáng)勵(lì)電流時(shí)的端電壓；d) 勵(lì)磁變壓器數(shù)據(jù)：制造廠、額定容量、一次和二次額定電壓、短路電抗數(shù)據(jù)。e) 直流勵(lì)磁機(jī)數(shù)據(jù)：制造廠、型號(hào)、額定容量、額定電壓、額定電流、勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)Te、激勵(lì)方式（它勵(lì)、自并勵(lì)或復(fù)勵(lì)）、各勵(lì)磁繞組電阻（注明溫度）、各勵(lì)磁繞組匝數(shù)。附錄A（規(guī)范性附錄）限制的表達(dá)要區(qū)分兩種環(huán)節(jié)限幅作用，內(nèi)限幅是指限幅是指積分環(huán)節(jié)內(nèi)限幅的邏輯關(guān)系為：如AyB，則dy/dt=u；如y>A，則dy/dt為零；如y<B，則dy/dt為零。圖A.1 積分環(huán)節(jié)內(nèi)限幅一階慣性環(huán)節(jié)內(nèi)限幅的邏輯關(guān)系為：設(shè)f=(u-y)/T。如y=A，并f>0，則dy/dt為零；如y=B，并f<0，則dy/dt為零；其他B<y<A。圖A.2 一階慣性環(huán)節(jié)內(nèi)限幅積分環(huán)節(jié)外限幅的邏輯關(guān)系為：如AyB，則x=y；如y>A，則x=A；如y<B，則x=B。圖A.3 積分環(huán)節(jié)外限幅一階慣性環(huán)節(jié)外限幅的邏輯關(guān)系為：如ByA，則x=y；如y>A，則x=A；如y&