6．4．3．1　某发电厂励磁系统介绍

某发电厂＃0机组为某电机厂生产的350 MW发电机组，励磁方式采用自并励励磁系统。该电站采用励磁调节器为国电南瑞生产的NES6100型数字式励磁调节器。根据励磁调节器厂家提供的控制原理和逻辑：该励磁调节器为双通道励磁调节器，励磁调节器控制方式为并联型PID＋PSS控制，采用余弦移相原理。PSS采用PSS 2A模型，具有加速功率输入信号。调节器主通道（电压调节）是PID调节，附加励磁控制为双输入信号加速功率型PSS控制。

6．4．3．2　发电机和励磁系统设备参数。

（1）发电机基本参数（表6- 4）。

表6-4　发电机基本参数

续表

（2）励磁变参数（表6- 5）。

表6-5　励磁变参数

（3）变比（表6-6）。

表6-6　变　　比

6．4．3．3　励磁系统参数测试现场试验结果

（1）发电机空载特性试验（表6-7）。

表6-7　发电机空载试验数据

发电机空载，维持其额定转速不变，使用手动励磁方式，用自动励磁调节器进行升压和降压试验。表6-7给出了试验结果，其中UAB为发电机定子电压二次值，IFD、UFD分别为发电机励磁电流、励磁电压。进而得到发电机空载特性曲线如图6-12所示。

（2）发电机空载5%阶跃响应试验。

用自动励磁调节器单柜调整发电机电压为95%额定电压后进行5%阶跃试验，用同控TK系列电量记录分析仪记录发电机电压、转子电压和电流、调节器输出电压和电流。通过调整励磁调节器PID参数使发电机机端电压阶跃响应的超调量、振荡次数和调节时间等性能指标满足要求。

通过试验5%阶跃响应的发电机电压超调量是Mp＝0%，到达峰值的时间是Tp＝1．39 s，上升时间Tr＝0．327 s，调节时间Ts＝1．46 s，振荡次数N＝0次。空载阶跃响应性能指标满足国标和行标要求。

图6-12　电机空载特性曲线

国标GB／T7409．3中5．12项要求：在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10 s。

电力行标DL／T843中5．10．2项要求：自并励静止励磁系统的电压上升时间不大于0．5 s，振荡次数不超过3次，调节时间不超过5 s，超调量不大于30%。

（3）发电机空载大阶跃响应试验。

用自动励磁调节器调整发电机电压为90%后进行20%阶跃试验（调节器内部设置最大阶跃量为20%，此阶跃未达到励磁电压的最大值），记录发电机的定子电压UAB、励磁电压UFD和励磁电流IFD的响应曲线。

（4）发电机定子开路、励磁绕组时间常数试验。

70%额定电压下切断交流励磁电源，用同控TK系列量记录分析仪测录发电机注电压UAB、励磁电压UFD和电流IFD。

发电机定子绕组开路、励磁绕组短路时间常数实测值是10．66 s，与厂家给出的11．3 s的值接近，在仿真计算时应用11．3 s。

（5）调差极性校验试验。

发电机并网运行，通过改变调差系数－3、－2、－1、0、1、2、3、2、1、0，观察发电机电压及无功功率变化。随着调差系数增大，无功与端电压呈现下降趋势；随着调差系数减小，无功与端电压呈现上升趋势，调节器的调差极性与国标定义是相同的。本机运行状态调差系数为－3%。

6．4．3．4　励磁系统参数计算

1）发电机饱和系数和励磁系统基值计算

由发电机空载特性可确定发电机励磁回路的计算基准值及模型参数。

（1）发电机励磁电流的基准值IFDB。

选取发电机空载特性曲线气隙线上与发电机额定电压相对应的发电机励磁流为发电机励磁电流的基准值：IFDB＝695 A。

（2）发电机励磁绕组电阻的基准值RFDB。

选取发电机铭牌额定励磁电压与额定励磁电流之比为发电机励磁绕组电阻基准值，即：

（3）发电机励磁电压的基准值UFDB。

（4）发电机饱和系数计算。

根据发电机空载特性计算模型需要的饱和系数SG。(www.daowen.com)

由发电机空载试验得：额定定子电压时，空载气隙线对应励磁电流为695 A，特性曲线对应励磁电流为792 A；1．2倍额定定子电压时，空载气隙线对应励磁电流为836 A，特性曲线对应励磁电流为1 529 A。

发电机饱和系数分别为：SG1．0＝（IFD0－IFDB）／IFDB＝0．14；SG1．2＝（IFD01．2－IFDB1．2）／IFDB1．2＝0．829。

PSASP中，发电机饱和系数：a＝1b＝0．14n＝10．755 2。

2）整流器换相压降系数Kc的计算

计算中用的U、Uk、Sn分别为励磁变的二次电压、短路阻抗和额定容量，UFDB、IFDB为发电机励磁电压、励磁电流基值。

换相电抗的整流器负载因子Kc（标幺值）为：

3）励磁系统的最大／最小输出电压

计算公式：UFD＝1．35×U′t×cosα－IFD×Kc×RFDB（U′t为可控硅阳极电压），试验中的励磁电压UFD曲线出现平顶的线段中取数点校验最大最小控制角度。

通过试验在上阶跃时各参数值见表6-8，取αmin＝69．8°。

表6-8　通过试验在上阶跃时情况

通过试验在下阶跃时各参数值见表6-9，取αmax＝103．48°。

表6-9　通过试验在下阶跃时情况

可控硅最小控制角、最大控制角分别为69．8°和103．48°。

对自并励励磁系统，电压调节器最大输出电压VRmax和最小输出电压VRmin也就是励磁系统的最大、最小输出电压，是发电机端电压等于额定值时的最大最小输出电压。励磁变低压侧额定电压为850 V。

最大输出电压为：VRmax＝1．35UBcosαmin＝1．35×850×cos 69．8°＝395．79 V。

标幺值为：VRmax／UFDB＝395．79／123．71＝3．2 pu。

最小输出电压为：VRmin＝1．35UBcosαmax＝1．35×850×cos 103．48°＝－267．4 V。

标幺值为：VRmin／UFDB＝－267．4／123．71＝－2．16 pu。

4）励磁调节器内部最大／最小输出电压

VAmax和VAmin指AVR的PID放大器总输出的内部限幅值（标幺值），取VAmax＝10，VAmin＝－10。

5）PID参数

厂家提供的参数Kp＝60、K1A＝20、KDA＝0。

转换为仿真用参数K＝20、Kv＝0，T1＝3、T2＝1、T3＝0、T4＝0。

6．4．3．5　稳定计算用励磁系统数学模型及参数

某发电厂＃0机组为自并励励磁系统，在中国版BPA暂态稳定程序中，励磁模型选用FV型（综稳程序中为12型）作为计算用励磁系统模型。电压环节的测量时间常数为秒。考虑到模型中的参数Ta不能设置为0，因此将Ta设为0．01 s。参数见表6-10所示。

表6-10　FV型（12型）励磁系统模型参数表

续表

6．4．3．6　发电机空载阶跃响应仿真结果

在中国版BPA暂态稳定程序中，选用FV型励磁系统卡，采用表6-10中的“计算参数”，进行发电机空载5%阶跃仿真，仿真曲线如图6-13所示，实测结果与仿真结果比较见表6-11所示。

表6-11所示仿真结果与实测结果接近，偏差在允许范围内，表6-10中的“计算参数”可以作为“实用参数”用于电力系统稳定计算。

图6-13　发电机空载5%阶跃仿真曲线

表6-11　发电机空载5%阶跃UI响应试验实测结果及仿真结果比较

6．4．3．7　结论

（1）在某发电厂＃0机组励磁系统模型参数测试工作中，完成了励磁调节器模型参数辨识、发电机全载特性测量、发电机全载阶跃响应等试验。

（2）在测试结果基础上，归并计算出发电机转子电压、转子电流、转子电阻标幺值，计算出发电机饱和系数SG、归并电抗的整流器负载因子Kc、励磁系统最大输出电压VRmax和最小输出电压VRmin等参数。

（3）通过将仿真结果与实际空载阶跃响应结果比对，验证了励磁控制系统模型参数的准确性。

（4）本报告最终给出了某发电厂＃0机组电力系统稳定计算用励磁系统的模型和参数，为系统稳定分析及电网日常生产调度提供准确的计算依据。可供电力系统稳定分析计算使用。