勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測及建模綜合實驗指導(dǎo)書

1、文檔可自由編輯打印勵勵磁磁系系統(tǒng)統(tǒng)參參數(shù)數(shù)實實測測與與仿仿真真建建模模綜綜合合實實驗驗指指導(dǎo)導(dǎo)書書徐徐俊俊華華 李李嘯嘯驄驄編編廣廣西西大大學(xué)學(xué)電電氣氣工工程程學(xué)學(xué)院院電電力力系系統(tǒng)統(tǒng)動動模模數(shù)數(shù)模模一一體體化化仿仿真真實實驗驗室室文檔可自由編輯打印目目 錄錄第一章第一章 前言前言.1第二章第二章 勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測試驗勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測試驗.22.1 設(shè)備參數(shù) .22.1.1 模擬水輪發(fā)電機組參數(shù).22.1.2 勵磁變壓器參數(shù).32.1.3 PT、CT 及轉(zhuǎn)子分流器參數(shù).32.1.4 AVR 參數(shù) .32.2 勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測試驗 .42.2.1 發(fā)電機空載特性試驗.42.2.2 發(fā)電機空載時間

2、常數(shù) Tdo測試.42.2.3 勵磁系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)測試.52.2.4 小階躍響應(yīng)試驗.52.2.5 大階躍響應(yīng)試驗.5第三章第三章 試驗結(jié)果分析試驗結(jié)果分析.63.1 確定發(fā)電機勵磁回路基值及飽和系數(shù) .63.2 調(diào)節(jié)器最大內(nèi)部電壓 VAMAX和最小內(nèi)部電壓 VAMIN.73.3 換相電抗的整流器負載因子 KC（標(biāo)幺值）.73.4 可控硅整流器的最大/最小觸發(fā)角計算.73.5 最大輸出電壓 VRMAX和最小輸出電壓 VRMIN.73.6 發(fā)電機電壓測量環(huán)節(jié)等值時間常數(shù) .8第四章第四章 BPA 仿真建模及小干擾校核仿真建模及小干擾校核.84.1 BPA 仿真建模.84.2 勵磁系統(tǒng)模型小干擾

3、校核 .9參考文獻參考文獻.10文檔可自由編輯打印第一章 前言發(fā)電機勵磁控制對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要的作用，在研究分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性時需要掌握勵磁控制系統(tǒng)的特性及參數(shù)，并建立準(zhǔn)確可信的模型。以往計算常常將電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中勵磁系統(tǒng)的作用簡化維持暫態(tài)電動勢不變，不計及勵磁系統(tǒng)的具體模型參數(shù)，即采用恒定的模型。許多研究報告已指出，對于快速勵磁系統(tǒng)，采qE用恒定的模型將導(dǎo)致計算結(jié)果偏保守，對于常規(guī)三機勵磁系統(tǒng)則偏冒進。早在上世qE紀(jì) 60 年代末 IEEE 就提出了勵磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并先后作了三次更新，我國在 90 年代初提出了穩(wěn)定計算用的勵磁系統(tǒng)模型，并一直在進行改進。隨著全國聯(lián)網(wǎng)工程的實施

4、，互聯(lián)電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性問題越來越突出，電力系統(tǒng)四大元件（發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)及負荷）的模型和參數(shù)對系統(tǒng)計算結(jié)果的影響已變得不容忽視。為了提高電力系統(tǒng)計算分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度，近年來，我國電力系統(tǒng)正積極推進四大元件的實測建模工作，特別是對于勵磁控制系統(tǒng)，無論是暫態(tài)過程計算還是小干擾穩(wěn)定分析，其模型參數(shù)的準(zhǔn)確性對計算結(jié)果影響尤為突出。專業(yè)工作者已經(jīng)越來越認(rèn)識到，通過開展勵磁系統(tǒng)參數(shù)測試，建立適合于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算用的真實可信的勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，是一項迫切的基礎(chǔ)工作，是提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，挖掘穩(wěn)定儲備和改善系統(tǒng)動態(tài)特性的有效手段。2006 年國家電網(wǎng)公司頒發(fā)了“發(fā)電機勵磁系統(tǒng)建

5、模導(dǎo)則” ，為實施發(fā)電機勵磁系統(tǒng)建模和模型參數(shù)運用提供了指導(dǎo)性的技術(shù)原則和基本方法。本實驗針對廣西大學(xué)電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，展開勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測及仿真建模工作，將實際電力系統(tǒng)中的實驗項目引入課堂教學(xué)，使學(xué)生加深對相關(guān)理論知識的理解并提高工程應(yīng)用能力。整個實驗主要包含以下幾方面的內(nèi)容：首先進行勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測相關(guān)的實驗；其次對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理；接著根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，在 BPA 數(shù)字仿真平臺中搭建穩(wěn)定計算用仿真模型；最后對建立的仿真模型進行小擾動校核，建立了可運用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定綜合計算分析的勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。文檔可自由編輯打印第二章 勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測試驗2.1 設(shè)備參數(shù)2.1.

6、1 模擬水輪發(fā)電機組參數(shù)動態(tài)模擬實驗室的模擬水輪發(fā)電機組實物圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 模擬水輪發(fā)電機組的實物圖該機組由武漢湖電華龍電機制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)，主要由同軸相連的一臺交流勵磁機、一臺直流電動機以及一臺凸極式發(fā)電機組成，并配以同軸飛輪片、測速齒盤和測功角齒盤。其中直流電動機作為原動機，型號為 Z2-61，采用他勵磁勵方式，額定有功功率為 10kW，額定電壓為直流 220V，額定電流為 54.5A，額定頻率為 50Hz，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min；交流勵磁機用于模擬勵磁機他勵或者勵磁機自勵勵磁方式，型號ZTC-2，額定有功功率為 2kW，額定電壓為交流 220V，額定電流為

7、3.6A，額定功率因數(shù)為 0.8，額定勵磁電流為 3.54A，額定頻率為 50Hz，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min；凸極式發(fā)電機的型號為 MTF-4，參數(shù)如表 2-1 所示。表 2-1 凸極式發(fā)電機參數(shù)名稱名稱參數(shù)參數(shù)名稱名稱參數(shù)參數(shù)額定容量NS5 kVA額定電壓NU380 V (YY 接)額定功率因數(shù)Ncos0.8定額電流NI7.4 A額定轉(zhuǎn)速Nn1500 r/min額定頻率Nf50 Hz發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓LU28 V空載勵磁電流LI0.6 A文檔可自由編輯打印直軸同步電抗dx1.705 pu直軸暫態(tài)電抗dx0.26 pu直軸次暫態(tài)電抗dx 0.172 pu交軸同步電抗qx1.097 pu交軸次

8、暫態(tài)電抗qx 0.164 pu勵磁繞組電阻LR37.36 定子繞組開路時轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)d0T1.05 s勵磁繞組電抗LX0.099 pu定子繞組開路時直軸暫態(tài)時間常數(shù)d0T零序電抗0X0.079 pu定子繞組開路時交軸暫態(tài)時間常數(shù)q0T負序電抗2X0.160 pu定子繞組開路時直軸次暫態(tài)時間常數(shù)d0T 0.0039 s定子繞組電阻aR0.109 定子繞組開路時交軸次暫態(tài)時間常數(shù)q0T 定子繞組漏抗SX0.119 pu2.1.2 勵磁變壓器參數(shù)勵磁變壓器的基本參數(shù)如表 2-2 所示。表 2-2 勵磁變基本參數(shù)記錄表參數(shù)名稱參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)額定容量（kVA）2.5聯(lián)接組別dy-11 型接線額定電

9、壓（V）380額定頻率50短路阻抗5%勵磁變相數(shù)3 相2.1.3 PT、CT 及轉(zhuǎn)子分流器參數(shù)PT 變比：800V/100VCT 變比：5A/5A分流器變比：（勵磁回路）5A/75mv2.1.4 AVR 參數(shù)勵磁調(diào)節(jié)器制造廠家沒有提供 AVR 模型。文檔可自由編輯打印2.2 勵磁系統(tǒng)參數(shù)實測試驗2.2.1 發(fā)電機空載特性試驗一、實驗?zāi)康臏y量在發(fā)電機空載情況下勵磁電流和機端電壓的關(guān)系，同時確定發(fā)電機勵磁電壓、勵磁電流、勵磁回路電阻的基準(zhǔn)值，為勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機飽和系數(shù)的計算提供依據(jù)。二、實驗條件1、發(fā)電機空載運行，維持額定轉(zhuǎn)速，AVR 采用手動勵磁調(diào)節(jié)方式（電壓閉環(huán)） 。2、采用自并勵勵磁方式。3

10、、要求發(fā)電機電壓不低于 1.2 倍的額定電壓。適當(dāng)提高勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制定值和發(fā)變組過壓保護定值。三、實驗方法1、按現(xiàn)場“增勵”按鈕逐漸改變勵磁電流，測量發(fā)電機 10%120%額定機端電壓范圍（當(dāng)發(fā)電機與主變壓器相連時發(fā)電機電壓不能超過 105%額定電壓）的上升特性曲線。2、按現(xiàn)場“減勵”按鈕逐漸改變勵磁電流，測量發(fā)電機 120%10%額定機端電壓范圍的下降特性曲線。四、安全注意事項發(fā)電機電壓不超過額定值的發(fā)電機電壓不超過額定值的 120%，發(fā)電機電壓在，發(fā)電機電壓在 1.2 倍額定值停留記錄時間不超倍額定值停留記錄時間不超過過 20 秒。秒。2.2.2 發(fā)電機空載時間常數(shù) Tdo測試一、實驗

11、目的測量定子開路轉(zhuǎn)子時間常數(shù)。0dT二、實驗條件1、發(fā)電機空載運行，轉(zhuǎn)速維持額定，AVR 采用自動勵磁調(diào)節(jié)方式。2、采用自并勵勵磁方式。三、實驗方法在發(fā)電機空載額定電壓條件下，采用突然封閉勵磁調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖的方法，使發(fā)電機滅磁，測錄發(fā)電機電壓下降的曲線，計算發(fā)電機轉(zhuǎn)子時間常數(shù)。文檔可自由編輯打印2.2.3 勵磁系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)測試一、實驗?zāi)康拇_定勵磁系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)。二、實驗條件1、發(fā)電機勵磁方式為他勵。2、發(fā)電機維持額定轉(zhuǎn)速，主調(diào)節(jié)器運行方式置“電壓閉環(huán)” ，給定置 40%。三、實驗方法1、按調(diào)“起勵”按鈕，發(fā)電機機端電壓升至 40%額定電壓。2、主調(diào)節(jié)器比例系數(shù)置為原先設(shè)定值的 1/5，

12、即積分、微分退出。3、緩慢升高發(fā)電機電壓，分別在發(fā)電機電壓為40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、100%額定電壓時記錄UF、Ur、U、UC、UL。其中 UF 為 PT 二次電壓、Ur 為給定電壓、U、UC 為 角控制電壓、 為可控硅導(dǎo)通角、UL 為整流橋輸出電壓。4、試驗完畢將參數(shù)改回原值。2.2.4 小階躍響應(yīng)試驗一、實驗?zāi)康臏y量勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)品質(zhì)。二、實驗條件1、發(fā)電機空載運行，轉(zhuǎn)速維持額定，AVR 采用自動勵磁調(diào)節(jié)方式。2、采用自并勵勵磁方式。三、實驗方法調(diào)整發(fā)電機電壓為 95%額定電壓，進行5%額定電壓階躍擾動試驗，記錄發(fā)電機機端電壓、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流波形。四、

13、實驗?zāi)繕?biāo)發(fā)電機空載 5%階躍響應(yīng)：超調(diào)量不大于階躍量的 30%，振蕩次數(shù)不大于 3 次，上升時間不大于 0.6s，調(diào)節(jié)時間不大于 5s。2.2.5 大階躍響應(yīng)試驗一、實驗?zāi)康拇_定勵磁功率單元的模型參數(shù)?？蓽y得最大、最小輸出電壓，校核調(diào)節(jié)器的、min文檔可自由編輯打印是否滿足要求。max二、實驗條件1、發(fā)電機空載運行，轉(zhuǎn)速維持額定，AVR 采用自動勵磁調(diào)節(jié)方式。2、采用自并勵勵磁方式。三、實驗方法1、自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)電機電壓為 60%額定電壓，操作調(diào)節(jié)器進行+20%階躍試驗（60%80%） ，同時啟動錄波。2、自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)電機電壓為 80%額定電壓，操作調(diào)節(jié)器進行-20%階躍試驗（8

14、0%60%） ，同時啟動錄波。第三章 試驗結(jié)果分析3.1 確定發(fā)電機勵磁回路基值及飽和系數(shù)由發(fā)電機空載特性可確定發(fā)電機勵磁回路的計算基準(zhǔn)值及模型參數(shù)。發(fā)電機空載特性曲線見圖 3-1。圖 3-1 發(fā)電機空載特性曲線1、發(fā)電機勵磁電流的基準(zhǔn)值fDBI選取發(fā)電機空載特性曲線氣隙線上與發(fā)電機額定電壓相對應(yīng)的發(fā)電機勵磁電流為發(fā)電機勵磁電流的基準(zhǔn)值。2、發(fā)電機勵磁回路電阻的基準(zhǔn)值fDBR取發(fā)電機銘牌額定勵磁電壓與額定勵磁電流之比為發(fā)電機勵磁繞組電阻的基準(zhǔn)值。文檔可自由編輯打印3、發(fā)電機勵磁電壓的基準(zhǔn)值fDBU （3-1）fDBfDBfDBIRU=4、根據(jù)發(fā)電機空載特性可計算模型需要的飽和系數(shù) SG按照電力

15、系統(tǒng)分析程序規(guī)定的發(fā)電機飽和系數(shù)定義進行求取。BPA 電力系統(tǒng)分析程序的發(fā)電機飽和系數(shù)按照式（3-2）計算。 （3-2）fJfJfKG1.2fBfBf0G1.0)/II-(IS)/II-(IS3.2 調(diào)節(jié)器最大內(nèi)部電壓 VAMAX和最小內(nèi)部電壓 VAMINVAMAX和 VAMIN指 AVR 的 PID 放大器總輸出的內(nèi)部限幅值。3.3 換相電抗的整流器負載因子 KC（標(biāo)幺值）由勵磁變壓器供電的三相全波可控整流橋換相壓降系數(shù)的計算公式如下：CK （3-3）kNNFDBcXSURK213其中，、分別為勵磁變壓器的額定視在功率、二次側(cè)額定電壓和短路NSNUkX電抗。3.4 可控硅整流器的最大/最小觸

16、發(fā)角計算在空載大階躍試驗的波形中，對勵磁電壓隨機端電壓的平穩(wěn)上升/下降段分別取兩點計算 角，計算公式為： （3-4）cfABfKIEU-)/180cos(35. 10式中，為勵磁變壓器二次側(cè)電壓。ABE3.5 最大輸出電壓 VRMAX和最小輸出電壓 VRMIN對自并勵勵磁系統(tǒng)，電壓調(diào)節(jié)器最大輸出電壓和最小輸出電壓也就是勵maxRVminRV磁系統(tǒng)的最大、最小輸出電壓，是發(fā)電機端電壓等于額定值時的最大、最小輸出電壓。根據(jù)可控硅最小控制角、最大控制角，得到標(biāo)幺值形式的和為：maxRVminRV文檔可自由編輯打印 （3-5）fDBABRUEV/cos35. 1minmax= （3-6）fDBABRU

17、EV/cos35. 1maxmin=3.6 發(fā)電機電壓測量環(huán)節(jié)等值時間常數(shù)發(fā)電機電壓測量環(huán)節(jié)等值時間常數(shù)為 TR=0.01s。第四章 BPA 仿真建模及小干擾校核4.1 BPA 仿真建模1、確定計算用模型及模型參數(shù)在中國版 BPA 暫態(tài)穩(wěn)定程序中，根據(jù)勵磁方式及 AVR 模型，選定合適的模型作為計算用勵磁系統(tǒng)模型。如選擇 FV 型作為計算用勵磁系統(tǒng)模型，其傳遞函數(shù)圖如圖4-1 所示，參數(shù)見表 4-1。圖 4-1 FV 型或 12 型傳遞函數(shù)框圖表 4-1 FV 型勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)表參數(shù)名稱原始參數(shù)實用參數(shù)文檔可自由編輯打印調(diào)差系數(shù) Xc調(diào)節(jié)器輸入濾波器時間常數(shù) TR （秒）調(diào)節(jié)器最大內(nèi)部電壓

18、VAMAX（標(biāo)幺值）調(diào)節(jié)器最小內(nèi)部電壓 VAMIN（標(biāo)幺值）電壓調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù) T1 （秒）電壓調(diào)節(jié)器滯后時間常數(shù) T2 （秒）電壓調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù) T3 （秒）電壓調(diào)節(jié)器滯后時間常數(shù) T4 （秒）電壓調(diào)節(jié)器放大器增益 KA （標(biāo)幺值）調(diào)節(jié)器 PID 增益 K （標(biāo)幺值）積分選擇因子 Kv （標(biāo)幺值）電壓調(diào)節(jié)器放大器時間常數(shù) TA （秒）軟負反饋放大倍數(shù) KF (標(biāo)幺值)軟負反饋時間常數(shù) TF電壓調(diào)節(jié)器最大輸出電壓 VRMAX（標(biāo)幺值）電壓調(diào)節(jié)器最小輸出電壓 VRMIN（標(biāo)幺值）換相電抗的整流器負載因子 KC （標(biāo)幺值）2、在 BPA 中搭建穩(wěn)定計算用仿真模型BPA 穩(wěn)定程序是與 BPA 潮流程序結(jié)合起來運行的，圖 4-2 為 BPA 程序總框圖，說明了潮流程序與穩(wěn)定程序間的聯(lián)系。文檔可自由編輯打印圖 4-2 BPA 程序總框圖4.2 勵磁系統(tǒng)模型小干擾校核在中國版 BPA 暫態(tài)穩(wěn)定程序中，對搭建的仿真模型進行發(fā)電機空載 5%階躍仿真。將仿真結(jié)果與實測結(jié)果根據(jù)表 4-2 列出的項目進行比較，校驗相關(guān)控制指標(biāo)偏差是否在允許范圍內(nèi)。表 4-2 發(fā)電機空載 5%階躍響應(yīng)試驗實測結(jié)果及仿真結(jié)果比較實測結(jié)果仿真結(jié)果偏差允許偏差Mp(超調(diào)量)2.