1-勵磁系統(tǒng)中的各種定值及試驗

1、勵磁系統(tǒng)中的各種定值介紹一、勵磁系統(tǒng)中各種定值的分類勵磁系統(tǒng)中的各種整定值主要是在勵磁調(diào)節(jié)器( AVR中。本次重點介紹勵磁調(diào)節(jié) 器中的定值。1發(fā)電機的勵磁形式一般有直流勵磁機系統(tǒng)、三機常規(guī)勵磁系統(tǒng)、無刷旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)、 自并勵勵磁系統(tǒng)等。(1) 自勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)：舊自動勵磷調(diào)節(jié)器比(2) 三機常規(guī)勵磁系統(tǒng):AVR(4)自并勵勵磁系統(tǒng)自動勵磁調(diào)節(jié)器厝元件2、華北電網(wǎng)各個電廠所用的勵磁調(diào)節(jié)器有吉思GEC系列、南瑞電控SAVR2000系列、NES510（系列、SJ800系列、武漢洪山的HJT系列、ABB公司的UN5000系列、GE公司的 EX2100系列、英國 R-R的TMR-AVR日本三菱等。

2、各個廠家的勵磁調(diào)節(jié)器中的定值數(shù)量各不相同。少的幾十個（如吉思、南瑞） ，多 的上千個（如ABB GE。3、針對各種勵磁調(diào)節(jié)器中的定值按照使用功能可以分為（1?？刂贫ㄖ担刂茀?shù)）控制定值包括自動方式控制參數(shù)、手動方式控制參數(shù)、PSS控制參數(shù)、低勵限制控制參數(shù)、過勵限制控制參數(shù)、過激磁限制控制參數(shù)等（2）限制動作定值包括過勵限制動作定值、過激磁限制動作定值、低勵限制動作定值等（3）其他定值包括勵磁調(diào)節(jié)器模擬量測量的零飄修正、幅值修正、勵磁方式定義、起勵時間設定、 調(diào)壓速度設定、調(diào)差率等。勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部的控制參數(shù)勵磁調(diào)節(jié)器作為發(fā)電機的一種自動控制裝置。在正常運行或限制動作時，用來控制 發(fā)電機的運行

3、工況不超過正常運行范圍的參數(shù)。 這些參數(shù)在運行中，是時刻發(fā)揮作用的 控制參數(shù)整定的合理，直接影響整個勵磁系統(tǒng)的動態(tài)特性的好壞及各種限制功能的正常 發(fā)揮作用。一、自動方式下的控制參數(shù)（電壓閉環(huán)）1、自動方式是以機端電壓作為控制對象的控制方式，是勵磁調(diào)節(jié)器正常的工作方 式。也是調(diào)度嚴格要求必須投入的運行方式。華北電網(wǎng)調(diào)度部門下發(fā)的華北電網(wǎng)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)調(diào)度管理規(guī)定中規(guī)定：（1） 各發(fā)電廠機組自動勵磁調(diào)節(jié)裝置正常應保持投入狀態(tài)，其投入、退出和參數(shù)更改條件應在運行規(guī)程中作出規(guī)定，并應得到調(diào)度部門和技術(shù)監(jiān)督部門的批準。調(diào)度部門 要求投入的PSS裝置應可靠投入運行。發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置、PSS裝置如遇異

4、常退出，應及時向當值調(diào)度員備案，事后向技術(shù)監(jiān)督部門匯報。（2） 電廠將勵磁系統(tǒng)定值報有關(guān)調(diào)度部門和技術(shù)監(jiān)督部門審核、批準后執(zhí)行。運行 中如定值或設定參數(shù)發(fā)生變化，須經(jīng)有關(guān)調(diào)度部門和技術(shù)監(jiān)督部門核準方可執(zhí)行。參數(shù) 實測后如定值或設定參數(shù)發(fā)生變化，應說明對已實測參數(shù)是否有影響，必要時重新進行參數(shù)實測工作。（3） 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)應采用定發(fā)電機電壓控制方式運行。如果采用其他控制方式需 要經(jīng)過調(diào)度部門和技術(shù)監(jiān)督部門的批準。2、按照經(jīng)典自動控制原理，一般采用 PID控制方式。其中的P代表比例調(diào)節(jié)控制， I代表積分調(diào)節(jié)控制，D代表微分調(diào)節(jié)控制。一般勵磁調(diào)節(jié)器中的PID控制形式有以下三種方式：（1）并聯(lián)PID

5、控制方式傳遞函數(shù)Kp：比例增益；Ki :積分增益；Kd:微分增益。傳遞函數(shù)的數(shù)學表達式為：Kp譯七S（2）串聯(lián)PID控制方式傳遞函數(shù)Uc1 +T1S1傳遞函數(shù)的數(shù)學表達式為：Kp （廠云M云） 說明:并聯(lián)PID控制方式和串聯(lián)PID控制方式，按照自動控制原理的傳遞函數(shù)，只是表述方式的不同，實際的傳遞函數(shù)形式是一致的。將并聯(lián)PID的傳遞函數(shù)可以變換為:Ki KpS KdS2(1)。(Kp T1 Kp)S Kp *T1S2將串聯(lián)PID傳遞函數(shù)中，令T2=0,可以變換為:Tl-( 2)。以上（1）、（2）兩個數(shù)學公式中，令:Ki（ 1）=Kp/Ti （2），Kp（ 1）=Kp/Ti*T1+Kp（2），

6、Kd （1）=Kp*T1 （2）。則二者具有相同 的函數(shù)特性。（3）兩級超前滯后環(huán)節(jié)控制方式傳遞函數(shù)說明：耶:比例壇益Tl. 12：超向時何常數(shù)【氛14：滯后時何常數(shù)丁歹發(fā)電機轉(zhuǎn)于時何常數(shù)傳遞函數(shù)的數(shù)學表達式為：Kp * 1 T1S 1 T3S1+T2S 1+T4S在實際整定中，一般將 T1T2此環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)的是積分效應（I）； T3T4,此 環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)的是微分效應（D）。具體到實際勵磁調(diào)節(jié)器中不同的設計，勵磁調(diào)節(jié)器中的實際傳遞函數(shù)和表述方式不同，整定的參數(shù)含義和數(shù)值也有所不同。請注意。二、勵磁系統(tǒng)中的自動方式下，主要影響特性的是PID參數(shù)。PID參數(shù)的整定不同，對自動方式下，勵磁系統(tǒng)的動態(tài)

7、特性影響很大。1、 勵磁系統(tǒng)行業(yè)標準中規(guī)定：階躍量為發(fā)電機額定電壓的 5%發(fā)電機端電壓超調(diào)量應 不超過階躍量的30%振蕩次數(shù)不超過3次，調(diào)整時間不超過10S，電壓上升時間不大于 0.6S （自并勵系統(tǒng)）或0.8S （三機常規(guī)）。2、自動控制方式下，PID參數(shù)變化對勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的影響（1）以并聯(lián)PID控制方式為例，了解PID參數(shù)對動態(tài)特性的影響。并聯(lián)PID控制方式的基本傳遞函數(shù)形式如下：ir.ztFi 電j，(1.1 )改變Kp參數(shù)對勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的影響:改變純比例增益Kp,主要影響發(fā)電機電壓的上升速率和超調(diào)量，純比例增益Kp增大，上升速度加快，超調(diào)量增大。(1.2 )改變Ki參數(shù)對勵磁系

8、統(tǒng)動態(tài)特性的影響：僅改變純積分增益Ki，對發(fā)電機電壓的響應特性影響不大。i廠frw 呷十“丁“尸卡“亍“十“屮丫”“”廠艸屮“亍“呷富”丁“”LFfiw”卜嚴亍“丁”丫屮“亍”叩冒”“”?！毕聝摇倍　睆S”半“嚴呷屮“厲LFnw 0. D 0. 4 CL 呂1.21. 62. 02. 42. S3. 23. 64.(1.3 )改變Kd參數(shù)對勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的影響：微分改變啟匕味階跌 試驗 比較微分改喪啟5%階跌試驗比較1” 06 -1. 031. 011” 000. 9S. 00. 40- 81B 21. 62- O 2. 42, S3, 23. 64. Os僅改變純微分增益Kd,影響發(fā)電機電壓

9、上升速度和超調(diào)量，Kd增大，上升速度加快, 超調(diào)量減??；而Kd減小，上升速度變慢，同時超調(diào)量增大。(2) 以兩級超前滯后控制方式為例，了解 PID參數(shù)對動態(tài)特性的影響: 兩級超前滯后環(huán)節(jié)控制方式的基本傳遞函數(shù)形式如下：Kn：比例聃益T1、 Tr 趙liifH寸卩”常數(shù)T3. 14 獅后t吋常數(shù)密：程:七科L軋子I吋M席數(shù)(2.1 )改變AVR的增益Ks (相當于Kp)發(fā)電機空載，改變Ke+5%階罠試驗1”則4.294.795.29反旳6.296.797.297.79S. 298.799.29測試結(jié)果表明，僅改變直流增益Kp,主要影響發(fā)電機電壓的上升速率和超調(diào)量，增益Kp增大，上升速度加快，超調(diào)

10、量增大。測試結(jié)果表明，僅改變微分時間常數(shù) T1，主要影響發(fā)電機電壓的上升速率，微分時 間常數(shù)T1增大，上升速度加快，且電壓超調(diào)量減小注：在調(diào)節(jié)器中，T1、T2參數(shù)，構(gòu)成一級積分效應環(huán)節(jié)。當 T1增大時，相當于增 加了微分效應，減少了積分效應。因此，T1增大，上升速度加快，超調(diào)量減少。(2.3 )改變AVR的時間常數(shù)T2測試結(jié)果表明，僅改變時間常數(shù) T2,主要影響發(fā)電機電壓的上升速率和超調(diào)量，時 間常數(shù)T2減小，上升速度加快，超調(diào)量變大。注：在調(diào)節(jié)器中，T1、T2參數(shù)，構(gòu)成一級積分效應環(huán)節(jié)。當 T2減少時，相當于增 加了微分效應，減少了積分效應。因此，T1減少，上升速度加快，超調(diào)量變大。(2.4

11、 )改變AVR的微分時間常數(shù)T3T3變化對+毋肋躍試驗的影響測試結(jié)果表明，僅改變微分時間常數(shù)T3,主要影響發(fā)電機電壓的上升速率和超調(diào)量, 微分時間常數(shù)T3增大，上升速度加快，超調(diào)量減小注：在調(diào)節(jié)器中，T3、T4參數(shù)，構(gòu)成一級微分效應環(huán)節(jié)。當 T3增大時，相當于增 加了微分效應。因此，T3增大，上升速度加快，超調(diào)量減少。(2.5 )同時增大AVR勺時間常數(shù)T1、T2,保持T1/T2不變。測試結(jié)果表明，同時增大 AVR的時間常數(shù)T1、T2,對發(fā)電機電壓的超調(diào)量和上升時 間影響不大。3、通過以上波形，我們可以了解 PID參數(shù)整定是否合適，在現(xiàn)場可以通過空載 5漸躍 試驗的方法來驗證。如果發(fā)現(xiàn)空載5%

12、階躍試驗的結(jié)果，與行業(yè)標準相比不符?？梢詤⒄?以上的調(diào)整原則進行參數(shù)調(diào)整，使之滿足標準的要求。其他傳遞函數(shù)的形式，可以依照傳遞函數(shù)的變換為并聯(lián)PID的形式，根據(jù)實際傳遞函數(shù)的形式進行參數(shù)調(diào)整。一般情況下，試驗整定完成后，此部分的參數(shù)不允許隨意更改。因為，此部分參數(shù) 是保證勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的基礎，同時也是勵磁調(diào)節(jié)器中其他限制控制功能實現(xiàn)的基礎。三、手動控制方式(勵磁電流閉環(huán)方式或勵磁電壓閉環(huán)方式)手動控制方式，是自動方式方式發(fā)生故障后的一種后備運行方式。手動控制方式的 控制對象是If （轉(zhuǎn)子電六）或Uf （轉(zhuǎn)子電壓）。在手動方式下，不要求勵磁系統(tǒng)的動態(tài) 特性。行業(yè)標準中，也未對其提出具體的要求。

13、我們一般認為，只要達到運行中穩(wěn)定。 發(fā)生小擾動后，變化過程平穩(wěn)，并最終仍能夠保持穩(wěn)定即可。1手動控制方式的傳遞函數(shù)形式一般采用：（1）PID控制（比例、積分、微分）、（2）P控制（比例）、（3）PI控制（比例、積分）傳遞函數(shù)形式比較簡單，不在描述了。2、手動控制方式，各個制造廠為方便起見，原理設計上一般很簡單。某些制造廠還將 此部分參數(shù)設置為不允許現(xiàn)場調(diào)整。我們通過現(xiàn)場實際試驗和檢查分析后，發(fā)現(xiàn)：在一 般情況下，手動方式下的控制參數(shù) PID整定值，一般為自動方式下的1/3到1/5。保證 工作穩(wěn)定即可，不追求控制的快速性和精確性。手動控制方式傳遞函數(shù)與自動控制方式傳遞函數(shù)相似。但是要注意控制對象

14、是If（轉(zhuǎn)子電流）或Uf （轉(zhuǎn)子電壓），不是自動方式下的機端電壓。四、PSS控制方式1、PSS的作用：PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）是附加在自動方式下的控制方式。其作用是抑制電網(wǎng)系統(tǒng)的0.1 2HZ的有功功率振蕩。此功能，通過測量發(fā)電機有功功率的變化，利用一組控制參 數(shù)，來改善勵磁系統(tǒng)的角度滯后情況，抑制電網(wǎng)系統(tǒng)的有功功率振蕩。通過PSS功能，可以提高發(fā)電機有功輸出的穩(wěn)定性和對系統(tǒng)振蕩的抑制能力。正常運行中，此部分功能 是正常投入工作的。如果發(fā)生系統(tǒng)振蕩，PSS將自動起作用，以抑制系統(tǒng)振蕩。華北電網(wǎng)調(diào)度部門下發(fā)的華北電網(wǎng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ PSS裝置運行暫行規(guī)定中要求：（一）投入PSS裝置的機組，其機

15、組的PSS裝置正常必須置入投運狀態(tài)，且必須 將自動勵磁調(diào)節(jié)器投入自動位置。（二）投入PSS裝置的機組，如自動勵磁調(diào)節(jié)器退出自動位置，視為PSS退出 運行。（三）投入PSS裝置的發(fā)電機組因各種原因退出PSS裝置（PSS氐于定值后裝置 自動退出情況除外）時,應提前向調(diào)度部門提出申請。原則上該機組的PSS退出時, 相應機組也應停運，特殊情況另行處理。（四）發(fā)電機組PSS裝置（包括勵磁系統(tǒng)）的整定參數(shù)應適應華北、華中、東 北區(qū)域電網(wǎng)不同聯(lián)網(wǎng)方式運行要求，對0.1HZ-2.0HZ系統(tǒng)振蕩頻率范圍的低頻振 蕩模式應能提供正阻尼。（五）根據(jù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定要求應投入PSS裝置的發(fā)電機組，發(fā)電廠有責任和 義務在機

16、組安裝PSS裝置并將其置入投運狀態(tài);對于新投產(chǎn)的機組，其PSS裝置必 須與該機組同步投運。2、PSS傳遞函數(shù)形式:（1） PSS1A 模型APTwS化-Kpsa1 卜 T1S1+T3S71+T5S/Ur二1+TwS津1+T2S1+T4S1+T6SJ-M9&pssiA莫型參數(shù)說明：TW隔直環(huán)節(jié)時間常數(shù)；Kpss=PSS俞出增益；T1、T2、T3、T4、T5、T6=g前滯后補償系數(shù)。（2） PSS2A 模型TW1 TW2 TW3隔直環(huán)節(jié)時間常數(shù)；T7=電功率計算時間常數(shù)；Ks仁PSS俞出增益； 心2=計算電功率的補償系數(shù)；Ks3=言號匹配系數(shù)；T1、T2、T3、T4=g前滯后補償系數(shù);T8、T9=

17、ffl振信號濾波時間常數(shù)；N M扭振信號濾波器階數(shù)；3、PSS投入效果的檢查： 有功功率振蕩的阻尼比計算方法:標么制通過現(xiàn)場加入+2+4漸躍信號，實際測量的發(fā)電機有功功率的波形，計算阻尼比。計算公式如下：1, “ P1 - P2、E = ln()2 P3 - P4(1) PSS未投入的負載階躍波形：帶負荷+睥階躍試驗現(xiàn)場實測錄波圖帶負荷PM投入事茨階躍試驗觀場實測錄波圖通過錄波圖的比較，可以明顯看出PSS投入后，+2漸躍中的有功功率變化。有功功 率的振蕩波形有明顯的改變。規(guī)程要求：阻尼比應提高到 0.1以上，保證機組對于系統(tǒng)的振蕩是強阻尼效果。且 振蕩次數(shù)有所減少，證明能夠迅速抑制住機組對系統(tǒng)

18、的振蕩，保證機組有功輸出的穩(wěn)定 性。五、過勵限制、低勵限制、過激磁限制控制參數(shù)：以上三種限制，是勵磁系統(tǒng)中都具有的限制器。其功能是在發(fā)電機發(fā)生運行工況改 變時，控制發(fā)電機的機端電壓、勵磁電流、無功功率在正常允許的范圍內(nèi)，保證發(fā)電機 不由于系統(tǒng)的故障、系統(tǒng)振蕩或人為誤操作而跳機，造成非計劃停機。此三種限制器的控制參數(shù)，在勵磁調(diào)節(jié)器中，某些廠家允許單獨設置。但也有某些 廠家為保證與自動方式控制參數(shù)之間的配合，已經(jīng)在內(nèi)部默認設置好了。傳遞函數(shù)的形 式，也依據(jù)不同的廠家有所不同。關(guān)于限制器的傳遞函數(shù)，各個廠家也許各有不同，一 般不提供給用戶。如果有興趣的人，可以咨詢廠家，讓他們提供此部分的傳遞函數(shù)形式

19、。以下列出的各種限制器最終應達到的試驗效果，只作為現(xiàn)場進行試驗驗證的參考。 具體的傳遞函數(shù)和整定控制參數(shù)，可咨詢各個廠家。（某些廠家在說明書里，未提供相關(guān) 的函數(shù)和控制參數(shù)的說明。）1、過勵限制控制參數(shù)：此部分的控制參數(shù)，一般采用勵磁調(diào)節(jié)器廠家的默認設置的控制參數(shù)，并經(jīng)現(xiàn)場試 驗驗證，限制動作后，工作穩(wěn)定即可。此部分的限制功能重要的是控制If （轉(zhuǎn)子電流）不超過發(fā)電機正常允許的范圍。（1）現(xiàn)場實際波形說明：當發(fā)電機出現(xiàn)強勵工況時，發(fā)電機的If急劇上升。當達到動作定值時，瞬時 If電流限制動作，限制If電流為2.0倍額定（一般情況下）。在經(jīng)過限制動作定值的延 時時間后，自動降低If電流至額定電流

20、附近。通過試驗波形主要檢查，If電流達到限制動作定值后，If （控制對象）迅速被控制 在限制值附近穩(wěn)定運行，且不發(fā)生If的上下大幅度振蕩。通過現(xiàn)場波形，就可以確認控 制參數(shù)合理，控制特性良好。2、低勵限制控制參數(shù)：此部分的控制參數(shù)，一般采用勵磁調(diào)節(jié)器廠家的默認設置的控制參數(shù)，并經(jīng)現(xiàn)場試 驗驗證，限制動作后，工作穩(wěn)定即可。此部分的限制功能重要的是控制發(fā)電機的無功功率不超過發(fā)電機正常的允許范圍。（1）現(xiàn)場實際波形標么制勵磁調(diào)節(jié)器自動-5%階躍，檢查低勵限制器限制情況秒說明：通過試驗波形，主要檢查無功功率達到限制動作定值后（允許在短時間內(nèi)， 無功下降較多。因為在發(fā)生無功下降時，勵磁調(diào)節(jié)器不可能馬上起

21、作用。終歸要等到調(diào) 節(jié)器判定出來后，才能進行調(diào)節(jié)。而無功功率的變化，不能按照機端電壓的調(diào)節(jié)速度的 要求調(diào)整進行。因此，會出現(xiàn)短時間無功下降較多的現(xiàn)象），無功功率（控制對象）迅速 被控制在限制值附近穩(wěn)定運行，且不發(fā)生無功功率的上下大幅度振蕩。通過現(xiàn)場波形， 就可以確認控制參數(shù)合理，控制特性良好。3、過激磁限制控制參數(shù)：此部分的控制參數(shù)，一般采用勵磁調(diào)節(jié)器廠家的默認設置的控制參數(shù)，并經(jīng)現(xiàn)場試 驗驗證，限制動作后，工作穩(wěn)定即可。此部分的限制功能是控制發(fā)電機的 V/F的比率不超過發(fā)電機正常的允許范圍。（1）現(xiàn)場實際波形：發(fā)電機申壓額定降低轉(zhuǎn)速至V/F限制動作，最終逆變滅磁試驗說明：通過試驗波形主要檢查

22、： 當電壓上升時，限制動作，能夠很快的控制發(fā)電機機端電壓/頻率的比值在允許范 圍內(nèi)（限制動作整定值），且限制動作后，限制機端電壓在限制定值處穩(wěn)定，不發(fā)生大幅 度的振蕩。 當頻率下降時，限制動作，能夠確認達到限制動作定值后，調(diào)整發(fā)電機機端電壓 下降。下降期間，機端電壓平滑下降，且 V/F的比值保持為限制定值。勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部的限制器動作定值勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部限制器的動作定值，整定方法與保護的整定原則基本相同。主要根 據(jù)發(fā)電機、變壓器的基本特性來整定。在整定限制定值時，還要考慮與機組保護定值的 配合關(guān)系。一、限制動作定值與控制參數(shù)之間的關(guān)系：限制動作參數(shù)（定值）第一個方框內(nèi)整定的是限制動作定值，第二個方框內(nèi)整定的是限制控制參數(shù)。請在 了解勵磁調(diào)節(jié)器整定參數(shù)時，注意區(qū)分。所有的勵磁調(diào)節(jié)器的限制功能均由以上兩部分 組成。二、主要介紹過勵限制、低勵限制、過激磁限制三種限制器的限制動作定值整定方法。1、過勵限制（OEL：瞬時/延時過勵磁電流限制又稱為強勵限制，限制曲線按轉(zhuǎn)子發(fā)熱量大小做成反 時限特性，并考慮當電力系統(tǒng)中發(fā)生短路，應保證機組強勵倍數(shù)不受限制。 限制參數(shù) 可根據(jù)發(fā)電機制造廠提供的轉(zhuǎn)子過負荷曲線的要求設定。（1）限制動作曲線與發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷曲線、保護的轉(zhuǎn)子過負荷曲線的配合關(guān)系：1000U80CQOODQ40fDTime (Sec)(Ifl)定義匚限制啟