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(12)Std 421.5-1992 IEEE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)

DC1A型励磁系统模型 (6)

DC2A型励磁系统模型 (7)

DC3A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)

AC1A型励磁系统模型 (9)

AC2A型励磁系统模型 (10)

AC3A型励磁系统模型 (11)

AC4A型励磁系统模型 (11)

AC5A型励磁系统模型 (13)

AC6A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。

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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

控制门,端电压限制器输出V TM,可通过它进入调节环。端电压限制功能也可包括在一个带附加的断续励磁控制模型中。

在实现所有这些模型时,应有处理参数零值的措施,某些零值意味着旁通模型所有方块。

附录 B 说明了用于励磁系统模型的标么制。按励磁功率来源励磁系统可以分成三大类:

1).直流(DC)励磁系统:同带换向器的直流发电机作励磁功率源。

2).交流(AC)励磁系统:用交流发电机、静止或旋转整流器产生同步电机磁场所需直流电流。

3).静止(ST)励磁系统:励磁功率来自变压器或发电机的辅助绕组和整流器。

下述关键的附属功能对大多数励磁系统都适用:

1). 电压测量和负荷补偿

2). 电力系统稳定器

此外,本标准也提供某些用断续励磁控制的模型。AC(交流)和ST(静止) 励磁系统只允许正向电流流至电机磁场,虽然有些系统允许加强制的负向电压直到磁场电流至零,一些专门的措施,可为同步电机感应出的负磁场电流提供通路,附录G描述的电机/励磁系统接口的专门研究中介绍了这类方法。

4. 同步电机端电压变送器和负荷补偿

图2表示了端电压变送器和负荷补偿的方块图,这个模型单元对本文件中所有励磁系统都适用,一些系统中电压测量和负荷补偿,可能有独立和不同的时间常数,在这里不作这样的区分,只用一个时间常数于综合的电压测量和负荷补偿信号。

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图 2 端电压变送器和(选用)负荷补偿单元

如不用负荷补偿(Rc=Xc=0),方块图缩成单一电压测量。通常同步电机端电压测量先降压、再转为直流。当变送器滤波时会很复杂,用于模型时可减至只用单一时间常数T R表示。对许多系统讲,T R十分小,应有措施可将它设置为零。

在每个励磁系统模型中都有端电压变送器输出Vc和代表所需端电压设置的参考值作比较,等值电压调节器参考信号V REF是从满足起始运行情况计算出的,因此,对研究的同步电机负荷情况是唯一的。在励磁系统模型中,合成误差经放大后提供给磁场电压和随后的端电压,满足稳态的闭环方程,如无负荷补偿,励磁系统在它调节范围,力图保持由参考值信号确定的端电压。

当需要负荷补偿时,Rc和Xc要取适当值,大多数情况Rc可忽略不计。计算补偿时,同步电机电压和电流输入变量必须用相量方式,要注意补偿器参数和同步电机电流基值的标么制一致。补偿通常用下述二个方法之一。

(1)当机组连到母线时,机组间无阻抗,用补偿器产生人工耦合阻抗,使机组间无功合理分配,这对应着同步电机内调整点的选择,此时Rc,Xc应有正值。(2)当单台机组通过大阻抗并网,或2台或多台机组通过各自的主变并网时,可要求调节机端外某一点的电压,例如希望补偿主变阻抗,并有效调节升压主

变外的电压,Rc,Xc应取适当的负值,有些补偿电路对端电压的修正,不用电流有功和无功分量,而用有功和无功。虽然提供模型的等效电路只适合额定电压附近,更精确的表示,似乎并不值得,文献[11]中描述了这些和其它形式的补偿。

5、DC-型直流励磁机

现在很少生产DC—直流励磁机,已被AC—交流励磁机和ST—静止励磁系统代替,但仍有许多这类系统在运行,考虑到配备这类励磁机机组衰落的百分数和重要性,只要考虑以前(文献[6])发展了的用负荷饱和曲线(附录C)计算励磁机负荷效应已足够了。

文献[7]给出了调节器限制和磁场电压限制间的关系。

5.1 DC1A型励磁系统模型

图3方块图模型代表用连续作用电压调节器(特别是直接作用变阻器,旋转扩大机和磁放大器)控制直流励磁机磁场。

其例子有(1)爱里斯—查尔默(A-C)公司—Regulex调节器;

(2)通用电气(GE)公司—旋转扩大机调节器,GDA调节器;

(3)西屋(Wh)公司—Mag-A-stat调节器、Rototrol(旋转放大机)调节器、Silver-stat(银针)调节器、TRA调节器;

(4)勃郎—饱维尔(BBC)公司AB型、KC型调节器。

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图 3 DC1A型直流励磁机

因这个模型在工业中已广泛应用,有的时候,当没有详细数据或要求简化模型时,也用它来代表其它类型的系统。

这个模型主要输入是前面提到的端电压变送器和负荷补偿模型的输出Vc。

在相加点Vc从给定点参考值V REF减去,再减去稳定用反馈信号V F和加上电力系统稳定器信号V S,得到电压误差。在稳态下V F和V S为零,剩下的只是端电压误差信号。这个合成信号经调节器放大。电压调节器的时间常数T A,增益K A,和典型的由饱和、或放大器电源限制形成的非旋紧限制画在一起。在附录E中,讨论了旋紧和非旋紧限制。这些电压调节器用电源是不受同步电机或辅助母线上瞬态效应的影响。时间常数T B、T C用于模型的固有电压调节器时间常数,但这些时间常数往往很小,常可忽略。应有措施用0输入代替。电压调节器输出V R 用来控制励磁机,如在[7]讨论过的,可以是它励和自励。当用自并励时,K E反映了并励磁场变阻器设定值,在有些情况下K E的最终值可能为负,为此应留有裕量。大多数这类励磁机用自并励,其磁场中的电压调节器运行在通常称为“升—降”方式。

大多数电站运行人员周期调整变阻器的设定点,手动跟踪电压调节器使电压调节器的输出为0,这可用选K E值来仿真,使如文献[7]所描述的满足起始条件V R=0,在某些方案中,如K E未提供,可用自励程序自动地计算出。

如K E已提供,不必用程序再计算,因为这隐含着固定的变阻器设定点,对这类系统,变阻器经常固定在产生接近额定情况自励的值,带固定磁场变阻器设置的系统广泛应用在遥控的机组上,K E=1是用来代表它励。

术语S E[E FD]是非线性函数,如在附录C中说明的,其值由任何选定的E FD 确定,此饱和块输出V X是在此励磁机电压下输入E FD和非线性函数值S E[E FD]的乘积。

从磁场电压来的经过带增益K和时间常数T F的微分反馈V F是用于励磁系统稳定。

5.2 DC2A型励磁系统模型

图4的模型代表用发电机或辅助母线供电的连续作用电压调节器控制直流励磁机磁场的系统,它和DC1A模型的差别仅在电压调节器输出限制,后者现在正比于端电压V T。

它也表示将老式的机械的和旋转的放大设备用固态装置代替的情况,这类模型代表的调节器包括:

(1)西屋公司PRX-400TM型;

(2)通用电气公司5VR型

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图 4 DC2A型-带母线馈电的调节器的直流励磁机

5.3 DC3A型励磁系统模型

前面讨论的系统是第一代高增益快作用的励磁电源。DC3A模型用来代表在连续作用调节器发展前,常用的老式带非连续作用调节器的直流励磁机励磁系统。这些系统的例子:(1)通用电气公司—GFA4型调节器;

(2)西屋公司—BJ30型调节器。

这些系统按电压误差大小基本上有二种调节速率,。对小误差用信号,周期性调节马达驱动的变阻器。大误差会引起电阻很快短路或插入一个强制信号,加到励磁机上,对大误差信号,马达驱动变阻器会连续移动,即使它会被接触器旁路。

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图 5 DC3A型-带非连续作用调节器的直流励磁机

图5解释了这个控制作用,励磁机的表示和前述类似。注意没有表示励磁系统稳定器。

按电压误差V REF-V C的大小,不同的调节器方式起作用,如电压误差大于快升/降的给定K V(典型值5%),按电压误差的符号将V Rmax或V Rmin加到励磁机,对电压误差绝对值小于K V,励磁机输入等于变阻器设定值V RH,变阻器设定值的上升或下降取决于误差的符号,代表变阻器驱动马达连续运动的走行时间是T RH,围着此方块的非旋紧限制(附录E)表示,当变阻器到达任一限制时,当输入信号反向时,它将立即离开限制。进一步改善,比如对小误差的死区,曾考虑过,但对用这类电压调节器的相对少的老电机言,是没有必要的。

这模型假定快升/降的限制是和变阻器限制是相同的。它没有计及因磁场电阻变化导致励磁机时间常数的变化(这磁场电阻变化来自变阻器的运动和快作用接触器的分合)。

6、AC型交流励磁机—整流器励磁系统

这类励磁系统用一台交流发电机和静止或旋转整流器产生发电机磁场所需直流电流,对这类励磁机言,负荷效应是很重要的,而发电机磁场电流作为模型的输入,可以精确地表示这些效应,这些系统不能供应负向磁场电流,只有AC4A模型允许有强制负向磁场电压,在附录G中讨论了感应负向磁场电流的模拟考虑。

6.1 AC1A型励磁系统模型

图6的模型代表了AC1A型磁场可控交流励磁机—整流器励磁系统,此系统由交流主励磁机和不可控整流器组成,励磁机不是自励的,而电压调节器功率取自不受外部瞬变影响的电源,励磁机输出的二极管特性使励磁机输出电压有一个零的低限制,如图6所示。这个模型适用于仿真西屋公司无刷励磁系统的性能。

对大电力系统稳定研究,交流励磁机(也是同步电机)可用图6所示简化模型代替,负荷电流I FD对交流励磁机输出电压V E的去磁效应,是在包括时间常数K D的反馈途径中计及,该常数是交流励磁机的同步和瞬态电抗的函数,见[8和9]励磁机输出电压因整流器调节引起的压降,是由包括常数K C(它是换相电抗的函数)和附录D中说明的整流器调节曲线F EX来仿真,在此模型中,正比于励磁机磁场电流的信号V FE是从相加信号导出,即从励磁机输出电压V E乘上附录

C描述的饱和K E+S E[V E]加上I FD乘上去磁常数K D,励磁机磁场电流信号V FE是用作励磁系统稳定方块的输入,其输出为V F。

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图 6 AC1A型-带不可控整流器和励磁机磁场电流反馈的交流励磁机整流器励磁系统

6.2 AC2A型励磁系统模型

图7是AC2A模型,代表高起始响应的磁场控制交流励磁机—整流器励磁系统。交流主励磁机带不可控整流器,AC2A型模型除包括励磁机时间常数补偿和励磁机磁场电流限制单元外,和AC1A型类似。这模型适用于仿真西屋公司高起始响应无刷励磁系统。

励磁机时间常数补偿主要由包围励磁机磁场时间常数的直接负反馈V H组成,减小该时间常数的有效值,因此增加了励磁系统小信号响应的带宽,时间常数减小取决于补偿环的增益K H和K B的积,通常要比没有补偿的时间常数少一个数量级。

为得到这个系统的高起始响应,非常高的强励电压V Rmax加到励磁机磁场,一个能测定励磁机磁场电流的限制器允许有高的强励但受限制的电流。受励磁机磁场电流的限制,励磁机输出电压E E通常受限于规定的励磁系统额定响应确定的值。虽然这个限制实际由附录F描述的反馈环来实现,与此环有关的时间常数极端小,会引起计算上的问题。为此模型中表示的限制器是对换相电抗后励磁机电压的正向限制,这个电压是发电机磁场电流的函数。对小的限制器闭环时间常数,这具有同样效果,但也要防止高增益,低时间常数环有关的计算问题。

6.3 AC3A型励磁系统模型

图8的AC3A模型代表磁场可控的交流励磁机—整流器系统,这类励磁系统包括交流主励磁机及不可控整流器,励磁机是自励的,而电压调节器的功率来自励磁机输出电压,因此该系统有附加的非线性,用输入为电压调节器命令信号V A和K R倍励磁机输出电压V PD的乘法器来仿真。

对大电力系统稳定研究,同步的交流励磁机模型要简化。负荷电流I FD对交流励磁机输出电压V E的动特性去磁效应计及。反馈路径包括常数K D,后者是交流励磁机同步和瞬态电抗的函数。

因整流器调节引起的励磁机输出电压降,用包括常数K C(是换相电抗的函数)和描述在附录D中的调节曲线F EX。

本模型中,正比于励磁机磁场电流的信号V FE是从励磁机输出电压V E乘上K E+S E (V E)(如附录C中说明的S E(V E)代表饱和)加上I FD乘上去磁项K D得出的。

励磁系统稳定器也有非线性特性,当励磁机输出电压小于E FDN时增益为K F,当励磁机输出大于E FDN时,此增益值变为K N。对V E的限制,如附录6中所说明的用来表示反馈限制器运行的效果。

6.4 AC4A型励磁系统模型

图9表示的AC4A型交流励磁机—可控整流器系统和其它类型交流励磁系统有很大的差别,这类高起始响应励磁系统用全控晶闸管桥作励磁输出电路。

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图8 AC3A型-带交流励磁机磁场电流限制器的交流励磁机-一整流器励磁系统

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图9 AC4A型交流励磁机向可控整流器供电的励磁系统

电压调节器控制晶闸管桥的触发,交流励磁机用独立的电压调节器来控制其输出电压为常数,这些效应不模拟,但对励磁机瞬态加负荷的效应包括在内。励磁机加负荷限于在附录D的方式1所描述的地区内,而负荷的效应可用励磁机负荷电流和换相电抗来修正励磁限制来计及。晶闸管励磁为励磁系统稳定常用串连的滞后一领前网络,而不用速率(rate feedback)反馈,时间常数T B和T C允许仿真这种控制功能,和调节器和/或晶闸管触发有关的总等效增益和时间常数分别用X A和T A仿真。

用此仿真模型的系统,包括通用电气公司ALTHYREX和旋转晶闸管励磁系统。

6.5 AC5A型励磁系统模型

用10的AC5A模型是无刷励磁系统的简化模型。调节器是由一个不受系统

干扰的电源,如永磁发电机供电。

这个模型可用来代表小励磁系统,如由巴斯勒电机公司生产的那种。

注意:和其它AC模型不同,本模型用负荷的而不是开路的励磁机饱和数据,其用法和它在DC模型中用的相同(见附录C)。

因本模型在工业中已广泛地应用了,有时当缺乏详细数据或要求简化模型时,它还用来代表其它类型系统。

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图10 AC5A 型简化旋转整流器励磁系统

6.6 AC6A型励磁系统模型

图11的AC6A型模型用来表示带系统供电的电子电压调节器的磁场控制交流励磁机—整流器励磁系统。

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图11 AC6A型带不可控整流器和系统供电的电子式电压调节器的交流励磁机-整流器励磁系统

调节器最大输出V R是端电压V T的函数,而模型包括了励磁机磁场电流限制器,它特别适用表示静止二极管系统,例如C.A.Parson公司生产的那种。

7、ST型静止励磁系统

在这类励磁系统,电压(在复励系统中还有电流)被转换到适当的电平。整流器可控或不可控,为发电机磁场提供所需的直流电流。虽然许多这类系统允许强励的负电压,但大多数不供负向磁场电流,对必须要有负向磁场电流的专门研究,如附录G中所讨论的,需要更详细的模型。

许多静止励磁系统的励磁顶值电压很高,对这样的系统,必须附加磁场电流限制器电路,以保护励磁系统和发电机转子,这常包括瞬时和延时动作的单元,但这里只包括瞬时限制单元,并且只在STIA模型中有表示。

7.1 ST1A励磁系统模型

图12表示的ST1A型电压源—可控整流励磁系统的计算机模型,力图

代表励磁功率通过变压器来自发电机机端(或机端辅助母线),而调节是通过可控整流器,这类系统最大可用励磁电压直接和发电机机端电压有

关(以下的附注除外),

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图12 ST1A型电压源可控整流器励磁系统

在这类系统中固有的励磁系统时间常数很小,不需要励磁系统稳定器。另一方面,为了其它原因,可能希望减小这类系统的瞬态增益。所示模型在代表瞬态增益减小是十分通用的,不管是通过时间常数T B和T C(在此情况下K F正常应设为0)的前向路径,还是适当选择速率反馈(Rate feedback)参数K F 和T F 的反馈路径。电压调节器增益和任何固有的励磁系统时间常数分别用K A和T A代表。

时间常数T C1和T B1,如T C1正常大于T B1允许代表瞬态增益增大的可能。整流桥触发角产生的方法影响其输入输出关系,通常假定是线性的,在模型中选

择单一增益K A,许多系统应用真正的线性系统,在少数系统整流桥关系是非线性的,导致归一化的线性增益为正弦函数,其幅值可能和电源电压有关。因为通常此增益十分高,此特性线性化后为模型用,通常是满意的。不管特性是线性的还是正弦的,顶值表示是相同的。

许多情况下,对V I的内部限制可忽略。应该模拟是端电压和同步电机磁场电流函数的磁场电压限制。磁场电压正限制表示成同步电机磁场电流线性函数是可能的,因为在这样的系统中整流桥的运行限制在附录D中广方式1的范围。负限制应有类似的电流依赖特性,但是该项(term)的符号可能为正或为负,取决于为限制选用了恒定触发角还是恒定熄弧角。因磁场电流在此条件下通常很低,这术语(term)不包括在模型中。

这类系统非常高的强励能力,致使有时用磁场电流限制器来保护发电机和励磁系统,限制起始设置由I LR确定,增益用K LR表示。为允许此限制不作起用,应有措施可将K LR设置为0。

对绝大多数这类励磁系统,用的是全控整流桥,本模型对半控桥系统也适用,这时负向磁场电压顶值应设置为0(V RMIN=0)。ST1A励磁系统的例子有:1)加拿大通用电气公司的Silocomatic励磁系统;

2)西屋加拿大公司固态晶闸管励磁系统;

3)西屋公司PS型带WTA,WHS,WTA-300型调节器的静止励磁系统;

4)ASEA公司静止励磁系统;

5)勃郎—鲍维尔BBC静止励磁系统;

6)兰罗尔—派松公司静止励磁系统;

7)GEC—Eliott公司静止励磁系统;

8)东芝公司静止励磁系统;

9)三菱公司静止励磁系统;

10)通用电气公司电压源静止励磁系统;

11) 日立公司静止励磁系统;

12)巴斯勒模型公司SSE励磁系统;

13)ABB公司Unitrol励磁系统。

7.2 ST2A励磁系统模型

有些励磁系统利用电压和电流源(发电机机端的电量)作为功率来源。这类复励整流器励磁系统用ST2A表示,图13是它的模型,必须要用端电压V T和端电流I T相量综合来构筑励磁功率源的模型,在附录D中说明整流器负荷和换相效应的计算,E FDmax代表了由于磁元件饱和对励磁电压的限制,调节器通过控制功率变压器饱和来控制励磁输出,T E是和控制绕组电感有关的时间常数。这类系统的一个例子是通用电气公司静止励磁系统,通常称为SCT-PPT或SCPT系统。

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图13 ST2A型复励整流器励磁系统

7.3 ST3A型励磁系统模型

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图14 ST3A型带磁场电压控制环的电压源或复励可控整流器励磁系统

有些静止励磁系统利用磁场电压控制环来线性化励磁控制特性,如图14所示,这也使输出在电源限制到达前不受供电电源变化的影响。这类系统用了多种

可控整流器设计:全晶闸管桥或半控桥,串连或并连配置。电源可能是机端供电或用电机内绕组的电压源,有些设计中利用机端电压和电流的复合功率源。这类功率源用电机机端电压和电流的相量综合表示,并在模型中用适当的参数代入。

为这类系统提供的励磁系统稳定器是一个串连在电压调节器的滞后一领前单元,用时间常数T B和T C表示。

磁场电压调节器的内环,包括增益K M和K G,时间常数T M,这个环比起本标准中描述模型的3HZ上限的带宽要宽。

为了研究目的,时间常数T M可以增加,能保留在3Hz时所要求的精度同时,消除了要极短计算增量的需要。

整流器负荷和换相效应的计算在附录D中有讨论,V Bmax限制由功率元件饱和水平确定。

这类系统包括通用电气公司的复励源GENERREX和电压源GENEREX励磁系统。

8、电力系统稳定器

电力系统稳定器是通过励磁控制来加强对电力系统振荡的阻尼,常用的输入有轴速,机端频率、功率,当用频率作为输入时,正常应是机端频率,但在某些情况,可能利用仿真电机电抗后频率(在许多研究中,相当于轴速),下面提供的稳定器模型,一般讲在工作区频率响应的范围内是和励磁模型是一致的。它们不能用于正常超过3Hz的不稳定控制方式的研究。

稳定器参数应和规定的稳定器输入信号类型一致,不同输入信号的稳定器参数,在提供类似的阻尼特性,看起来可能十分不同,对抽水蓄能机组,稳定器可运行在发电或抽水方式,但在2种运行方式,通常要求用不同的参数。

8.1 PSS1A型电力系统稳定器

图15表示了广义形式的单输入的电力系统稳定器,一些常用的稳定器输入信号V SI是转速、频率和功率。

T6用于表示了变送器时间常数,稳定器增益K S,信号冲洗(Washout 隔直)由时间常数T5设置。下一方块中A1和A2允许高频扭振滤波器(有些稳定器用)的一些低频效应被计入。如无此用途,如果需要,该方块可用来帮助形成稳定器

增益和相角特性,随后的2个方块可允许2级领前一滞后补偿,用常数T1到T4设置。

(12)Std 421.5-1992 IEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型

图15 PSS1A型单输入电力系统稳定器

稳定器输出可用不同的方法来限制,图15上没能都表示出,这个模型只表示了简单的稳定器输出限制Vstmax和Vstmin。有些系统,如发电机端电压偏移出规定的带外,稳定器的输出便被移走,如同表示在图19中的DEC3A附加断续的励磁控制模型。在另一些系统,稳定器输出受限于发电机端电压,如包括在图17的DEC1A模型的函数。

稳定器的输出V ST是附加继续控制模型的输入,当不用断续控制模型时V S=V ST。

8.2 PSS2A型电力系统稳定器

图16的稳定器模型是用来表示多种双输入稳定器,通常用功率和转速或频率来导出稳定信号。

(12)Std 421.5-1992 IEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型

图16 PSS2A型双输入电力系统稳定器

特别是这个模型可用来代表二种不同类型的双输入稳定器的实现,说明如下:(1)稳定器在系统振荡频率范围内起着电功率输入稳定器。

这些用转速或频率输入来产生等效机械功率信号,使总信号对机械功率变化不敏感。