Value Engineering
0引言
发电机励磁控制系统的电力系统静态稳定，动态稳定和暂态稳定性有显着的不同励磁系统模型和参数的影响，计算结果会产生很大的差异，在计算电力系统稳定。因此需要能够正确反映设备的运行状态和参数的数学模型，在实际操作中，计算结果是可靠的。
由于以前大多数电网调度在进行系统稳定计算时采用发电机Eq ’恒定模型，不考虑励磁，所以对电网中励磁设备的运行参数没有明确要求，系统中绝大多数主力机组，没有实测过励磁控制系统的模型和参数，计算中没有能正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，而是使用典型参数。因为不能得出真实的结果，为了确保生产的安全，调度在方式计算时往往采用保守的参数，这也是造成我国电力生产效率不高、与国际先进水平尚有一定差距的原因之一。另外，随着我国电力系统全国联网和西电东送工程的实施，对电力系统稳定计算提出了更高的要求。新的稳定导则要求使用精确的模型，还需要实际的励磁系统模型和参数计算中使用。
通过典型的主装置对电网的发电机，励磁和调速系统模型和参数的调查和分析测试系统的稳定性和电网日常生产调度提供准确的数据和有效的措施，以确保电网安全运行和提高劳动生产率，社会意义和经济效益。本文以某电厂发电机为例，详细阐述励磁系统参数测试、参数优化等过程，说明实测参数的必要性。
1发电机励磁系统PID 和PSS 的数学模型
发电机励磁调节器为某公司生产EXC9000型数字式励磁调节器。该励磁调节器，是双通道励磁调节器。发电机励磁调节器均采用PID+PSS 控制方式，厂家提供的PID 和PSS 的数学模型见图1和图2。
1.1PID 模型频谱分析辨识 1.1.1AD-DA 环节的频率响应特性动态信号分析
仪产生的白噪声信号连接到调节器的AD 接口，调节器内部AD 采样数据直接关联到调节器的DA 输出，调节器的DA 输出连接到动态信号分析仪的输入口，通过动态信号分析仪进行分析。
1.1.2PID 的比例放大环节频谱辨识a ）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A 输出到频谱分析仪的B 通道。
b ）PID 的两级超前/滞后环节设为0（T A1=T A2=T A3=T A4=0），设置比例放大倍数为5，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
c ）根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
d ）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和
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—作者简介：麦艳红（1967-），女，广西南宁人，南宁职业技术学院
机电专业负责人，副教授，研究方向为电气自动化；钟
文（1961-），男，广东五华人，广西桂网电力试验有限公司工程师，研究方向为电力配电。
发电机励磁系统参数测试及PSS 参数整定
Generator Excitation System Parameters Test and PSS Parameter Setting
麦艳红①MAI Yan-hong ；钟文②ZHONG Wen
（①南宁职业技术学院机电工程学院，南宁530008；②广西桂网电力试验有限公司，南宁530007）（①Nanning College for Vocational Technology Mechatronical Engineering College ，Nanning 530008，China ；
②Guangxi Guiwang Electric Power Test Co.，Ltd.，Nanning 530007，China ）
摘要：通过试验测出发电机励磁系统及PSS 的数学模型及相关参数，并对参数进行优化，使励磁系统的各项性能指标均满足国
标要求，保证了电网安全运行，具有重要的社会意义和经济效益。
Abstract:Through the test,the paper measures generator excitation system and PSS mathematical model and related parameters,and
optimizes the parameters,making the various performance indicators of excitation system meet the national standard,ensuring the safe operation of power grid,which has important social meaning and economic benefits.
关键词：发电机；PSS ；励磁系统；参数测试Key words:generator ；PSS ；excitation system ；parameter test 中图分类号：TM31文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）02-0033-03
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发电机励磁系统
发电机励磁系统 一、简介： 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统，励磁系统是一种直流电源装置。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。 励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流,即励磁电流，以建立直流磁场。励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。而且它有足够的励磁顶值电压和电压上升速度具有较大的强励能力和快速的响应能力。 励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，是整个励磁系统中较为重要的组成部分。励磁调节器的主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。系统正常运行时，励磁调节器就能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。
在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。 图一 二、励磁系统必须满足以下要求： 1、正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、整流装置提供的励磁容量应有一定的裕度，应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、调节器应设有相互独立的手动和自动调节通道； 4、励磁系统应装设过电压和过电流保护及转子回路过电压保护装置。 三、励磁系统方式： 励磁方式，就是指励磁电源的不同类型。 一般分为三种：直流励磁机方式、交流励磁机方式、静止励磁方式。 静止励磁系统。由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。
发电机励磁系统建模及参数测试现场试验方案 1．概述 电网“四大参数”中发电机励磁系统模型和参数是电力系统稳定分析的重要组成部分，要获得准确、可信度较高的模型和参数，现场测试是重要的环节。根据发电机励磁系统现场交接试验的一般习惯和行业标准规定的试验内容，本文选择了时域法进行发电机励磁系统的参数辨识及模型确认试验。这种试验方法的优点在于可充分利用现有设备，在常规性试验中获取参数且物理概念清晰明了容易掌握。发电机励磁参数测试确认试验的内容包括：1)发电机空载、励磁机空载及负载试验；2）发电机、励磁机时间常数测试；3）发电机空载时励磁系统阶跃响应试验；4)发电机负载时动态扰动试验等。现场试验结束后，有关部门要根据测试结果，对测试数据进行整理和计算，针对制造厂提供的AVR等模型参数，采用仿真程序或其他手段，验证原始模型的正确性，在此基础上转换为符合电力系统稳定分析程序格式要求的数学模型。为电力系统计算部门提供励磁系统参数。2．试验措施编制的依据及试验标准 1）《发电机励磁系统试验》 2）《励磁调节器技术说明书》及《励磁调节器调试大纲》 3）GB/T7409.3-1997同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求 4）DL/T650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 3试验中使用的仪器设备 便携式电量记录分析仪，8840录波仪，动态信号分析仪以及一些常规仪表。4试验中需录制和测量的电气参数 1）发电机三相电压UA、UB、UC（录波器录制）； 2）发电机三相电流IA、IB、IC（录波器录制）； 3）发电机转子电压和转子电流Ulf、Ilf（录波器录制）； 对于三机常规励磁还应测量： 1)交流励磁机定子电压（单相）Ue（标准仪表监视） 2)交流励磁机转子电压和转子电流Uef、Ief（录波器录制）； 3)永磁机端电压Upmg（录波器录制和中频电压表监视）； 4)发电机端电压给定值Vref（由数字AVR直读）； 5)励磁机用可控硅触发角（由数字AVR自读）； 对于无刷励磁系统除发电机电压电流外，仅需测量励磁机励磁电压电流；但需制造厂家提供励磁机空载饱和特性曲线及相关参数。 5．试验的组织和分工
电力系统稳定器参数整定及试验探讨 郑兵 中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司广东惠州 516082 摘要：本文介绍了电力系统稳定器PSS2A模型及其参数整定过程，总结了现场试验流程及方法,对PSS放大倍数及反调现象进行了探讨，并提出了解决措施。 关键词：低频振荡；电力系统稳定器；PSS2A 0引言 在电力系统持续扩大规模的情况下，快速励磁系统也不断变多，励磁系统收到更大的增益，造成时间常数大幅缩小，系统的阻尼就随之被降低，以至于电气联系不强的电网产生负阻尼。这一切使得系统出现了在0.1~2.5Hz频率范围内的自发性振荡，一般我们把它叫做低频振荡。由于在其振荡时，能量通过机电联系进行有效传递，因此该过程被称为机电振荡，发电机电功率的变化是其主要表现。 如图1所示，无励磁调节时电磁转矩ΔMe=ΔMD+ΔMs，此时为正阻尼转矩；当有励磁调节时，励磁调节产生一个负向的阻尼转矩向量ΔMex。［1］ 图1 励磁调节产生负向阻尼转矩向量 研究表明，发电机电磁力矩由同步力矩、阻尼力矩两部分组成，它们分别与功角、角速度同相位。如果出现同步力矩不足的情况，可能致使滑行失步，而没有足够大的阻尼力矩的话，就会出现振荡失步。励磁控制系统中的自动电压调节以及当今的快速励磁调节是造成阻尼变弱甚至变负的重要原因。 1、PSS2A模型及参数解析 图2 PSS2A模型框图
在PSS2A 模型框图中我们可以看到，其传递函数模型有以下环节：输出限幅环节、增益调整环节、三阶超前滞后相位补偿环节、ω和P 双输入隔直环节和滤波环节。该PSS 模型采用ω和P 双输入，针对不同情况的低频振荡，其阻尼效果均较为卓越。 其中Tw1~Tw3表示时间常数。在滤除测量信号中的低频噪音信号时，须保证在系统稳态时，PSS 无输出，也就是隔除直流信号。这里提到的低频噪音信号一般是小于0.1Hz 的。PSS 的主要输入信号低频振荡信号（0.2~2.5Hz ）需要尽量避免受到干扰。通常在角速度输入时使用两级隔直环节，取Tw1＝Tw2＝4s （与其对应中心频率fo 取0.04Hz ）。 为了过滤3Hz 以上的噪音信号，像次同步振荡信号（25Hz ）等，我们往往还需要做好另一项工作，那就是对角速度输入信号进行高频滤波。PSS2A 中通过限波器环节N M s T s T ???? ??++)1(198实现。取Tw8＝0.2s （对应中心频率fo ＝0. 8Hz ），Tw9 ＝0.1s （对应中心频率fo ＝1.6Hz ）,N=1，M=5。 电磁功率输入通道通常采用一级隔直环节，为了在其后的超前滞后环节有较大的参数选取空间，该隔直环节应尽可能不对主要输入信号造成影响。折中取Tw3＝4s （对应中心频率f0＝0.04Hz ）。对电磁功率输入通道需要进行积分运算，即乘上Hs 21。但如果通过简单的乘积分环节来实现，会与前面的隔直环节s T s T w w 331+形成分子相约，这样就影响了隔直环节的隔直滤波效果。因此实际中通过惯性环节来近似s T K s 72 1+。其中时间常数7T 与隔直环节时间常数Tw3相等。在频域分析中，令3021w T f π=，该环节可以写成02 1f f j K s +。对低频噪音信号，其频率0f f <<，该环节近似为比例环节2s K ，不影响其前面的滤波环节；对主要输 入信号，其频率0f f >>，该环节近似为积分环节s T K s 72 ，起到对电磁功率信号进行积分的作用。所以2s K 取值为：H T K s 27 2=。 由于在系统扰动引起的功率振荡中机械功率变化较小，即加速功率积分信号基本就是电磁功率积分信号，所以进行PSS 参数计算时，可以近似按照仅有电磁功率输入的形式进行整定。即PSS 的补偿角满足式：?±?-=+3090e PSS θθ，式中：PSS θ为PSS 补偿角，e θ为发电机及励磁系统滞后角。此PSS 加入3个超前滞
#3发电机励磁系统调试方案 习水电厂#3发电机励磁调节系统改造投运 试验方案 批准： 审定 审核： 编制： 二〇一三年十一月七日
一、概况 习水电厂#3发电机励磁调节系统运行多年，元器件老化严重，故障频繁，运行不可靠，给机组及电网安全运行带来严重威胁，经厂部批准决定进行改造，将原ABB公司生产的ABB UNITROL-F励磁调节设备改造为南瑞科技公司生产的NES-5100励磁调节设备，该工程于2013年11月3日开工，现已安装结束，准备进入调试阶段，为保证调试工作的顺利开展，特编制本调试方案。二、编制依据 试验遵循以下规范但不限于： 发电机励磁系统调度管理规程DL 279-2012-T。 发电机励磁系统及装置安装、验收规程DLT 490-2011。 大型汽轮发电机励磁系统技术条件DLT 843-2010。 三、组织措施 1、领导小组： 组长：邓先进 副组长：刘志刚雷涛 成员：丁明奎邹彬美韦金鹏杨廷模班平胡猛 职责：负责#3发电机励磁调节系统调试工作的整体协调及指
导。 2、试验实施组 组长：雷涛 副组长：杨廷模 成员：李时国杨恩华宋力刘杰运行当班值长 职责：负责#3发电机励磁调节系统的整体调试操作、记录等工作。 3、安全保障组 组长：杨冬 成员：胡猛李晓伶谭刚 职责：负责检查#3发电机励磁调节系统调试期间安全措施的执行情况。 四、调试步骤 ㈠静态试验 1．外围回路检查 励磁调节装置及可控硅整流柜等装置接线无误，符合设计要求。2．设备通电前检查 通电前，励磁调节装置及其它设备作外观、机械结构、插件、
元件检查。无任何异常，应符合通电条件。 3．小电流试验 如图： 1）用调压器在可控硅整流桥交流开关处加电压（100V），在直流开关处加滑动变阻器作为负载，使得流过负载的电流大于2A。2）投入调节器电源，按就地开机按钮，通过增、减磁，观察工控机显示触发角度、转子电压、转子电流与示波器是否一致。4．模拟量测量校验 ⑴用三相保护校验仪输出电压电流，模拟发电机励磁PT 、保护及测量用PT 、发电机定子CT 、发电机转子CT 、同步变压器二次侧输入，观察工控机和信息窗定子电流，转子电流是否各为100%。
发电机的心脏——励磁系统 发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二
2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。 图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出
发电机的励磁系统介 绍
发电部培训专题（发电机的励磁系统）（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）
我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。 发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行。励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为0.8倍的机端电压值。 我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。每一路整流装置都设有快速熔断器保护。 我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。如图所示：
我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KVA，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。高压侧绝缘等级是按照35KV设计的，它设有静态屏蔽装置。 我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。单通道可以完全满足发电机各种工况运行。自动调节器具 备以下4种运行方式：机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、
励磁系统建模试验方案
目录 1.试验目的 (1) 2.试验内容 (1) 3.试验依据 (1) 4.试验条件 (1) 5.设备概况及技术数据 (2) 6.试验内容 (4) 7.试验分工 (5) 8.环境、职业健康安全风险因素辨识和控制措施 (6) 9.试验设备 (6)
1.试验目的 对被测试机组的励磁系统进行频率响应以及动态响应测试，确认励磁系统模型参数和特性，为电力系统分析计算提供可信的模型数据。 2.试验内容 2.1励磁系统模型传递函数静态验证试验。 2.2发电机空载特性测量及空载额定状态下定子电压等各物理量的测量。 2.3发电机时间常数测量。 2.4 A VR比例放大倍数测量试验。 2.5系统动态响应测试（阶跃试验）。 2.6 20%大干扰阶跃试验。 2.7对发电机进行频率响应测试。 3.试验依据 Q/GDW142-2012《同步发电机励磁系统建模导则》 设备制造厂供货资料及有关设计图纸、说明书。 4.试验条件 4.1资料准备 励磁调节器制造厂应提供AVR和PSS模型和参数。 电机制造厂应提供发电机的有关参数和特性曲线。 4.2设备状态要求 被试验发电机组励磁系统已完成全部常规的检查和试验，调节器无异常，具备开机条件。
5.设备概况及技术数据 容量为135MW，励磁系统形式为自并励励磁方式，励磁调节器采用南瑞电控公司生产的NES6100型数字励磁调节器。其励磁系统结构框图如图1： 图1 励磁系统框图 5.1励磁调节器模型： 图2 励磁调节器模型
5.2发电机： 生产厂家：南京汽轮机电机厂 型号：QFR-135-2 额定视在功率：158.8 MV A 额定有功功率：135 MW 额定定子电压：13.8 kV 额定定子电流：6645 A 额定功率因数：0.85 额定励磁电流：893 A 额定励磁电压：403 V 额定空载励磁电流：328 A 额定空载励磁电压：147 V 额定转速：3000 r/min 发电机轴系（发电机+燃气轮机）转动惯量（飞轮转矩）：18.91t.m2 转子绕组电阻：0.3073Ω（15℃）0.3811Ω(75℃), 0.4179Ω(105℃试验值) 转子绕组电感： 直轴同步电抗Xd（非饱和值/饱和值）：219.04/197.15 直轴瞬变电抗Xd’（非饱和值/饱和值）：30.02/27.02 直轴超瞬变电抗Xd”（非饱和值/饱和值）：19.63/17.67 横轴同步电抗Xq（非饱和值/饱和值）：205.96/182.36 横轴瞬变电抗Xq’（非饱和值/饱和值）：36.03/32.42 横轴超瞬变电抗Xq”（非饱和值/饱和值）：23.1/20.79 直轴开路瞬变时间常数Td0’ : 9.8 秒 横轴开路瞬变时间常数Tq0’ : 1.089秒 直轴开路超瞬变时间常数Td0” : 0.06秒 横轴开路超瞬变时间常数Tq0” : 0.054秒
辽宁工业大学 电力系统自动化课程设计<论文） 题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计<4） 院<系）：电气项目学院 专业班级：电气085 学号： 学生姓名： 指导教师：<签字） 起止时间：2018.12.26—2018.01.06
课程设计<论文）任务及评语 院<系）：电气项目学院教研室：电气项目及其自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要
同步发电机励磁控制系统承担着调节发电机输出电压、保障同步发电机稳定运行的重要责任。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，为电网提供合格的电能，而且还可有效地改善电力系统静态与暂态稳定性。要实现这个目的，就必须根据负载的大小和性质随时调节发电机的励磁电流。 本文采用自励系统中接线最简单的自并励励磁系统，针对同步发电机论述了自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法，提出了基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路，对于所设计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后，选用了按键电平复位电路和内部时钟电路，并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软件系统。最后又对整个系统进行了MATLAB仿真，以用来对比运用算法所得结果与仿真所得结果是否在误差允许范围内。 关键词：自并励励磁自动控制系统；AT89C51单片机；MATLAB仿真 目录 第1章绪论1 1.1励磁控制系统简况1 1.2本文主要内容1 第2章发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计3 2.1发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案3 2.2单片机最小系统设计3 2.3发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计6 2.4直流稳压电源电路设计7 第3章自并励励磁控制系统软件设计10 3.1软件实现功能总述10 3.2流程图设计10 3.3程序清单12 第4章 MATLAB建模仿真分析13 4.1M ATLAB软件简介13 4.2系统仿真模型的设计13 第5章课程设计总结16
励磁系统参数优化工作 郑邦梁，徐兵 （1．华东电力试验研究院，上海200437； 2．东大集团电力自动化研究所，江苏省南京市210009） PARAMETERSOPTIMIZATIONOFEXCITATIONSYSTEM ZHENGBang －liang 1 ，XUBing （1．East China Electric Power Test ＆Research Institute ，Shanghai200437，China ； 2．Southeast University Group CO ．Electric Power Research Institute ，Nanjing 210009，China ） ABSTRACT ：Aparameter optimization method whose goalis tomake regulating index of excitation regulating system reachnational standard is introduced ．The method points out thatunified setting parameter should be used on the same type ofunit with the same excitation systemand the practicality of theoptimization method is verified on an example of 300 MW unit ．KEY WORDS ：excitation system ；regulating index ；nationalstandard reaching ；parameter ；transfer function 摘要：叙述了以励磁系统调节指标达到国要求为目标的参数优化方法，提出了当机组型号相同且励磁调节系统也相同时，应采用统一的整定参数，并以30 M W 机组为例，验证了方法的实用性。 关键词：励磁系统；调节指标；达标；参数；传递函数 励磁系统的一部分参数在励磁系统方式和自动励磁调节器的型号选定后就基本固有，另一部分参数可以根据励磁系统调节指标要求进行调整。 励磁系统调节指标的差异，直接影响它对电力系统稳定运行发挥的作用。在GB －7049－97／T3《大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件》中，对励磁系统调节质量的技术指标有明确的要求：保证同步发电机端电压静差率δ0≤1％，要求励磁系统有足够的静态增益；发电机空载额定电压下励磁系统阶跃响应时，发电机电压超调量不得超过阶跃量的50％，即要求励磁系统有足够的幅频和相频裕度。 以往电厂在发电机投产时，大多只以能够投入发电运行为准，而未严格执行国际，投产后，运行单位一般也不再进行参数调整。此外，在相同励磁调节器的同型号机组上，励磁系统参数的整定常有较大的差异，甚至在同一电厂中相同机组间的整定值差别也很大。 开展以励磁系统调节指标达到国标要求为目标的励磁调节参数优化，并使采用同类型励磁调节器的同型号机组具有统一的整定参数值是十分必要的。选择QFSN －300－2型300 MW 机组、交流励磁机整流二极管方式的励磁系统，配置SWTA 型自动励磁调节器（A VR ），对励磁系统参数进行优化研究。 2 参数优化工作步骤 2．1 原始参数收集 包括发电机、励磁机和调节器等的有关参数。 2．2 建立励磁系统的数学模型 对所研究的励磁系统作出数学模型，以方框图表示，供励磁参数优化计算用。 2．3 参数的计算和选定 （1）励磁系统中固有参数换算。（2）励磁系统中可调整参数的选定。 可调参数是指自动励磁调节器中的增益、负反馈时间常数等，它们将根据励磁系统要求达到的调节质量指标计算选定。 2．4 励磁系统仿真试验
实验报告 课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 图1 励磁控制系统示意图 实验用的励磁控制系统示意图如图l 所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 日期： 地点：教2-105
桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F (保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需
广西大学实验报告_______________________________________________________________________________ 实验三前馈控制系统的构成、投运和参数整定 及控制质量研究 一、实验目的 1、熟悉前馈-反馈控制的原理，了解前馈-反馈控制系统的结构及特点。 2、掌握前馈-反馈控制系统的设计与工程应用。 3、掌握LabVIEW和Matlab/Simulink软件，学会采用两软件混合编程方法构建前馈-反 馈控制系统；或学会用力控组态软件的控制策略编写系统的控制算法。 4、初步掌握前馈-反馈控制系统的控制器参数调整方法。 二、实验设备 1、A3000－FS现场总线型过程控制现场系统4套 2、A3000－CS上位控制系统4套 三、实验要求 1、熟悉A3000过程控制实验系统，分析选择工艺流程与对象，确定系统控制方案，设计一个前馈－反馈控制系统，并画出系统接线图。 2、利用LabVIEW或力控设计系统控制器和系统操作界面。即可应用力控的控制策略搭建PID与前馈控制算法；也可用Matlab/Simulink来实现算法构建，并用LabVIEW和Matlab/Simulink接口技术设计出具有控制功能的虚拟仪器（参见附录）。 3、系统投运与控制器参数调整，获得最佳的控制效果，并通过施加干扰来验证。 4、在相同的工况条件下，比较前馈－反馈控制系统与单回路控制系统的控制效果。 四、实验原理 1、控制原理 前馈控制又称扰动补偿，它与反馈控制原理完全不同，是按照引起被控参数c(t)变化的干扰f(t)大小进行调节的。在这种控制系统中，需直接测量干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，控制器就能发出控制信号使操纵量q(t)作相应的变化，让干扰f(t)对被控参数c(t)的影响与操纵量q(t) 对被控参数c(t)的作用相互抵消，以保证c(t)基本不变。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快，但是前馈控制是开环控制，其控制效果还需要通过反馈加以检验。目前工程上采用的是前馈反馈控制系统。
鹤壁电厂二期扩建 工程 2×300M W机组 发电机励磁系统调试方案 河南电力建设调试所
目次 1 目的 (04) 2 依据 (04) 3 设备系统简介 (04) 4 试验内容 (05) 5 组织分工 (05) 6 使用仪器设备 (05) 7 试验应具备的条件 (05) 8 试验步骤 (06) 9 安全技术措施 (10) 10调试记录 (10) 11 附图（表） (10)
1 目的 为使发电机励磁系统安全可靠地投入运行，须对励磁系统的回路接线的正确性、自动励磁调节器的性能和品质以及励磁系统所有一、二次设备进行检查和试验，确保励磁调节器各项技术指标满足设计要求，特编制此调试方案。 2 依据 2．1 《电力系统自动装置检验条例》 2．2 《继电保护和安全自动装置技术规程》 2．3 《大、中型同步发电机励磁系统技术要求》 2．4 《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》 2．5 《火电工程调整试运质量检验及评定标准》 2．6 设计图纸 2．7 制造厂技术文件 3 设备系统简介 河南鹤壁电厂二期扩建工程同步发电机的励磁系统设计为发电机机端供电的自并励静态励磁系统，采用瑞士ABB公司生产的UNITROL5000励磁系统设备。 整个系统可分为四个主要部分：励磁变压器、两套相互独立的励磁调节器、可控硅整流桥单元、起励单元和灭磁单元。 在该套静态励磁系统中，励磁电源取自发电机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器、可控硅整流桥和磁场断路器供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流桥所需的输入电压，为发电机端电压和磁场绕组提供电气隔离以及为可控硅整流桥提供整流阻抗，可控硅整流桥将交流电流转换成受控的直流电流提供给发电机转子绕组。 励磁系统可工作于AVR方式，自动调节发电机的端电压，最大限度维持发电机端电压恒定；或工作于叠加调节方式，包括恒功率因数调节、恒无功调节；也可工作于手动方式，自动维持发电机励磁电流恒定。自动方式与手动方式相互备用，备用调节方式总是自动跟随运行调节方式，在两种运行方式间可方便进行切换。 励磁调节器采取双通道结构，有两个完全独立的调节和控制通道组成，两个通道完全相同，可任选一路作为运行通道。备用通道（非运行通道）总是自动跟踪运行通
发电机励磁系统 1、励磁系统的重要作用 励磁系统的主要作有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。二、励磁系统的工作原理励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。励磁系统包括励磁电源和励磁装置，其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器；励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。励磁装置可以单独提供，亦可作为发电设备配套供应。三、发电机励磁系统的组成励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器
励磁系统参数整定研究 邵伟，徐政 （浙江大学电机系，浙江杭州310027） 摘要：提出一种励磁系统参数整定方法：首先进行励磁系统大信号特性仿真试验，用大信号特性技术指标描述励磁系统目标响应，对选定的辨识参数进行辨识；然后进行励磁系统小信号特性仿真试验，按照时间乘绝对误差的积分（ITAE）准则对选定的优化参数进行优化，以提高励磁系统小信号调节特性。以IEEE AC1、AC2和ST1型标准励磁系统为例，用辨识与优化的方法对励磁系统参数进行整定并给出整定参数，以供电力系统仿真计算使用。仿真结果表明，用辨识与优化的方法设置励磁系统参数是有效、可行的。 关键词：励磁系统；参数整定；辨识与优化；动态特性；仿真 1引言 发电机励磁系统的性能对电力系统稳定性有很大的影响，而励磁系统性能的好坏取决于其参数的设置：适当的参数设置能够提高系统稳定性，增加系统阻尼；不适当的参数设置可能会起到相反的作用。在GB/T 7409.3-1997《大、中型同步发电机励磁系统技术要求》中，对于标志励磁系统动态性能的技术指标（主要包括大信号特性和小信号特性）有明确的要求。在电力系统仿真计算中，励磁系统的参数整定主要存在以下几个问题： （1）在电力系统规划、设计阶段，待建机组励磁系统的模型与参数均未知，需要设计出性能符合国家标准的励磁系统模型及参数。 （2）在电力系统日常运行计算中，有时难以得到实际励磁系统的模型与参数，需要采用其性能符合国家标准的励磁系统模型与参数。 （3）不同的电力系统分析计算软件，采用的励磁系统模型和参数很不一致，需要对其参数进行优化调整，使其动态性能符合国家标准。 文献[1]对实际励磁系统的数学模型与参数进行了测定与试验。文献[2]对励磁系统参数进行了优化，但其方法仅仅是在几组参数中选取效果较好的一组参数，并不是一种严格意义上的优化方法。实际上，在电力系统仿真计算中，励磁系统采用的数学模型多种多样，而目前还没有一种能对各种励磁系统仿真计算模型（特别是IEEE和IEC标准励磁系统模型）进行参数整定的通用方法。 为解决上述问题，本文提出一种励磁系统参数整定方法：首先以大信号特性技术指标为目标，用Gause-Newton法对励磁系统参数进行辨识，确定符合标准的励磁系统参数；接着按照时间乘绝对误差的积分（ITAE）准则，用Gause-Newton 法对励磁系统参数进行优化，以提高励磁系统的小信号调节性能。针对我国励磁系统概况，本文以IEEE AC1、AC2和ST1型标准励磁系统为例，对励磁系统参数进行了辨识与优化，并对每种励磁系统模型给出了一套动态性能符合国家标准的参数，以供仿真计算或研究使用。仿真结果表明，本文提出的励磁系统参数整定的方法是有效、可行的。 2励磁系统动态性能指标
励磁系统中的各种定值介绍 一、励磁系统中各种定值的分类 励磁系统中的各种整定值主要是在励磁调节器（AVR）中。本次重点介绍励磁调节器中的定值。 1、发电机的励磁形式一般有直流励磁机系统、三机常规励磁系统、无刷旋转励磁系统、自并励励磁系统等。 （1）自励直流励磁机励磁系统： （2）三机常规励磁系统： （3）无刷旋转励磁系统 （4）自并励励磁系统
2、华北电网各个电厂所用的励磁调节器有吉思GEC系列、南瑞电控SAVR2000系列、NES5100系列、SJ800系列、武汉洪山的HJT系列、ABB公司的UN5000系列、GE公司的EX2100系列、英国R-R的TMR-AVR、日本三菱等。 各个厂家的励磁调节器中的定值数量各不相同。少的几十个（如吉思、南瑞），多的上千个（如ABB、GE）。 3、针对各种励磁调节器中的定值按照使用功能可以分为 （1）控制定值（控制参数） 控制定值包括自动方式控制参数、手动方式控制参数、PSS控制参数、低励限制控制参数、过励限制控制参数、过激磁限制控制参数等 （2）限制动作定值 包括过励限制动作定值、过激磁限制动作定值、低励限制动作定值等 （3）其他定值 包括励磁调节器模拟量测量的零飘修正、幅值修正、励磁方式定义、起励时间设定、调压速度设定、调差率等。
励磁调节器内部的控制参数 励磁调节器作为发电机的一种自动控制装置。在正常运行或限制动作时，用来控制发电机的运行工况不超过正常运行范围的参数。这些参数在运行中，是时刻发挥作用的。控制参数整定的合理，直接影响整个励磁系统的动态特性的好坏及各种限制功能的正常发挥作用。 一、自动方式下的控制参数(电压闭环) 1、自动方式是以机端电压作为控制对象的控制方式，是励磁调节器正常的工作方式。也是调度严格要求必须投入的运行方式。 华北电网调度部门下发的《华北电网发电机励磁系统调度管理规定》中规定： （1）各发电厂机组自动励磁调节装置正常应保持投入状态，其投入、退出和参数更改条件应在运行规程中作出规定，并应得到调度部门和技术监督部门的批准。调度部门要求投入的PSS装置应可靠投入运行。发电机自动励磁调节装置、PSS装置如遇异常退出，应及时向当值调度员备案，事后向技术监督部门汇报。 （2）电厂将励磁系统定值报有关调度部门和技术监督部门审核、批准后执行。运行中如定值或设定参数发生变化，须经有关调度部门和技术监督部门核准方可执行。参数实测后如定值或设定参数发生变化，应说明对已实测参数是否有影响，必要时重新进行参数实测工作。 （3）发电机励磁系统应采用定发电机电压控制方式运行。如果采用其他控制方式需要经过调度部门和技术监督部门的批准。 2、按照经典自动控制原理，一般采用PID控制方式。其中的P代表比例调节控制，I代表积分调节控制，D代表微分调节控制。 一般励磁调节器中的PID控制形式有以下三种方式： （1）并联PID控制方式传递函数
同步发电机励磁系统概述 励磁系统是同步发电机的重要组成部分,直接影响发电机的 运行特性。励磁系统一般由两部分构成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；第二部分是 励磁调节器，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出 的励磁电流，以满足发电机远行的要求。 同步发电机励磁系统的任务 无论在稳态运行或暂态过程中，同步发电机的运行状态在很 大程度上与励磁有关。优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行 的可靠性和稳定性，而且可以有效地提高发电机及其相联的电力 系统的技术经济指标。为此，在正常运行或事故情况下，同步发 电机都需要调节励磁电流。励磁调节应执行下列任务。 一、电压控制及无功分配 在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压 (或升压变压器高压侧电压)在给定水平。当发电机负荷改变而 端电压随之变化时，由于励磁调节器的调节作用，励磁系统将自 动地增加或减少供出的励磁电流，使发电机端电压回复到给定水平，保证有一定的调压精度。当机组甩负荷时，通过励磁系统的 调节作用，应限制机瑞电压使之不致过份升高。另外．当几台机 组并列运行时，通过励磁系统应能稳定地分配机组的无功功率。 维持电压水平和机组间稳定分损无功功率，这是励磁调节应执行 的基本任务。调节作用，应限制机瑞电压使之不致过份升高。另外．当几台机组并列运行时，通过励磁系统应能稳定地分配机组的无功功率。维持电压水平和机组间稳定分损无功功率，这是励磁调节应执行的基本任务。 二、提高同步发电机并列运行的稳定性 电力系统可靠供电的首要要求，是使并入系统中的所有同步 发电机保持同步运行。系统在运行中随时会遭受各种扰动，这样，伴随着励磁调节,系统将由一种平衡状态企图建立新的平衡状
实验二同步发电机励磁控制实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3．了解微机励磁调节器的基本控制方式； 4．掌握励磁调节器的基本使用方法。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F （保持机端电压稳定）、恒I L （保持励磁电流稳 定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。 电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。 三、实验项目和方法 （一）同步发电机起励实验 同步发电机的起励（控制方式）有三种：恒U F 方式起励，恒α方式起励和恒I L 方式起励。 其中，除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。 恒U F 方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%～115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。 图1 励磁控制系统示意图