发电机励磁系统参数测试及PSS参数整定

ValueEngineering

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（TA1=TA2=TA3=TA4=

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———————————————————————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

GeneratorExcitationSystemParametersTestandPSSParameterSetting

麦艳红①MAIYan-hong；钟文②ZHONGWen

（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）（①NanningCollegeforVocationalTechnologyMechatronicalEngineeringCollege，Nanning530008，China；

②GuangxiGuiwangElectricPowerTestCo.，Ltd.，Nanning530007，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:Throughthetest,thepapermeasuresgeneratorexcitationsystemandPSSmathematicalmodelandrelatedparameters,andoptimizestheparameters,makingthevariousperformanceindicatorsofexcitationsystemmeetthenationalstandard,ensuringthesafe

operationofpowergrid,whichhasimportantsocialmeaningandeconomicbenefits.关键词：发电机；PSS；励磁系统；参数测试

Keywords:generator；PSS；excitationsystem；parametertest中图分类号：TM31文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）02-0033-03·33·价值工程相频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正

确的。

1.1.3PID的超前/滞后环节频谱辨识

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的比例放大环节（Kp=1）设为1，设置TA1＝1，

TA1=4，使环节为滞后，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）PID的比例放大环节（Kp=1）设为1，设置TA1=0.04，

TA1=0.02，使环节为超前，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。

d）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。

e）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相

频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正

确的。

1.2PSS模型频谱分析辨识

1.2.1PSS的AD-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PSS的AD接

口，调节器内部AD采样数据直接关联到调节器PSS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。

1.2.2PSS的隔直环节频谱辨识

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）PSS的比例放大设为1，Tw3设为5，T1=T2=T3=T4=

1，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相

频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确

的是。

1.2.3PSS的超前环节频谱辨识

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）PSS的比例放大设为1，Tw3设为30，T1=0.2，T2=

0.02，T3=T4=1，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相

频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正

确的。

1.2.4PSS的滞后环节频谱辨识

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）PSS的比例放大设为1，Tw3设为30，T3=0.03，T4=

0.3，T1=T2=1，使环节为滞后，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。用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特

性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的

2测量励磁系统各环节参数

2.1空载时动态试验项目

2.1.1发电机空载特性试验使用WFLC-VI电量记

录分析仪，高精度万用表等仪器，完成发电机空载特性试

验，通过试验，掌握发电机空载额定励磁电压、励磁电流

等数据，为励磁系统标幺值计算和发电机时间常数的确定

提供依据。要求发电机电压不低于1.2倍的额定电压。适

当提高调节器过激磁限制定值和发变组过激磁保护定值。

a）试验条件：10KV电缆拉到励磁变高压侧，励磁变高

压侧与发电机断开连接。

b）试验准备：将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流

接入WFLC-VI电量记录分析仪。

c）试验方法：①按现地“增磁“按钮逐渐改变励磁电

流，测量发电机定子电压（额定电压的10%-120%范围）上

升特性曲线。②按现地减磁按钮逐渐改变励磁电流，测量

发电机定子电压（额定电压的120%-10%范围）下降特性

曲线。③结束后，按“逆变”按扭，发电机逆变灭磁。④恢复

发电机过电压保护定值。

2.1.2励磁系统开环放大倍数测试

a）试验条件：10KV电缆拉到励磁变高压侧，励磁变高

压侧与发电机断开连接。①断开发变组出口开关；②发电

机维持额定转速,主调节器运行方式置“电压闭环”，给定

置40%。

b）试验方法：①按调“起励”按钮，发电机机端电压升

至40%额定电压。②主调节器比例系数置为原先设定值的

1/5即，积分、微分退出。（调节器制造厂人员直接设置）③

缓慢升高发电机电压，分别在发电机电压为40%、50%、

60%、70%、80%、90%、95%、100%额定电压时记录UF、Ur、

ΔU、UC、α、UL。其中UF为PT二次电压、Ur为给定电压、

ΔU、UC为α角控制电压、α为可控硅导通角、UL为整流

桥输出电压。④试验结束后，发电机逆变灭磁。⑤恢复主调

节器原先参数。

2.1.3发电机空载时间常数Tdo’测试发电机空载时

间常数是发电机电枢开路时发电机励磁绕组的时间常数。

a）试验条件：①断开发变组出口开关。②发电机维持

额定转速。

b）试验方法：在发电机空载额定电压条件下，采用突

然封闭励磁调节器触发脉冲的方法（先拉开一个通道调节

器电源，再突然拉开另一通道励磁调节器电源），使发电机

灭磁，用WFLC-VI电量记录分析仪测录发电机电压下降

的曲线，计算发电机转子时间常数。

2.1.4阶跃响应试验在励磁调节器投入发电机（解

网）运行的条件下先进行小信号阶跃响应试验，阶跃量应

在保证励磁系统无任何元件出现饱和的前提下尽量大一

些（不大于10%），阶跃量暂定为5%，记录励磁系统主要·34·