1-勵磁系統(tǒng)中地各種定值及試驗

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節(jié)器(AVR )中。本次重點介紹勵磁調節(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)、無刷旋轉勵磁系統(tǒng)、 自并勵勵磁系統(tǒng)等。(3)無刷旋轉勵磁系統(tǒng)2、華北電網(wǎng)各個電廠所用的勵磁調節(jié)器有吉思 GEC系列、南瑞電控SAVR2000系列、NES5100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、日本三菱等各個廠家的勵磁調節(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

2、、GE）3、針對各種勵磁調節(jié)器中的定值按照使用功能可以分為（1 ）控制定值（控制參數(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、 調壓速度設定、調差率等。勵磁調節(jié)器內部的控制參數(shù)勵磁調節(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

3、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，是勵磁調節(jié)器正常的工作方 式。也是調度嚴格要求必須投入的運行方式。華北電網(wǎng)調度部門下發(fā)的華北電網(wǎng)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)調度管理規(guī)定中規(guī)定：（1）各發(fā)電廠機組自動勵磁調節(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，并應得到調度部門和技術監(jiān)督部門的批準。調度部 門要求投入的PSS裝置應可靠投入運行。發(fā)電機自動勵磁調節(jié)裝置、PSS裝置如遇異常 退出，應及時向當值調度員備案，事后向技術監(jiān)督部門匯報。（2）電廠將

4、勵磁系統(tǒng)定值報有關調度部門和技術監(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，須經有關調度部門和技術監(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 需要經過調度部門和技術監(jiān)督部門的批準。2、按照經典自動控制原理，一般采用PID控制方式。其中的P代表比例調節(jié)控制, I代表積分調節(jié)控制，D代表微分調節(jié)控制。一般勵磁調節(jié)器中的PID控制形式有以下三種方式：(1)并聯(lián)PID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

5、遞函數(shù)的數(shù)學表達式為：KP警KdS(2)串聯(lián)PID控制方式傳遞函數(shù)1 T1S1傳遞函數(shù)的數(shù)學表達式為：3(卞)？(1和說明：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 KdS2S(1)將串聯(lián)PID傳遞函數(shù)中，令T2=0，可以變換為:KpTi (KpTi ?T1 Kp)S Kp ?T1S2(2)o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)，Kd (1) =Kp*T1 (2) 則二者具有相同的函數(shù)特性

6、。（3 ）兩級超前滯后環(huán)節(jié)控制方式傳遞函數(shù)說期T鼬：比例堀歳F1,性劇陸時間常數(shù)Th T4：滯后時何常數(shù)電機戰(zhàn)子時問常數(shù)1 T1S 1 T3S傳遞函數(shù)的數(shù)學表達式為：Kp1 T2S 1 T4S在實際整定中，一般將 T1«T2，此環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)的是積分效應（I）; T3>> T4， 此環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)的是微分效應（D）o具體到實際勵磁調節(jié)器中不同的設計，勵磁調節(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)特性影響很大。1、 勵磁系統(tǒng)行業(yè)標準中規(guī)

7、定：階躍量為發(fā)電機額定電壓的 5%，發(fā)電機端電壓超調量應 不超過階躍量的30%，振蕩次數(shù)不超過3次，調整時間不超過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:（1.1）改變Kp參數(shù)對勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的影響:増益改變后礙階躍試驗比較1.06；1.04;1.031.01 -1.00：0.98 :| I I I I I 1 I I I | I I I I | n I I I | I h I I | I I

8、 h I | I I I a g I I I I | H I I I | I I n I0.00.40,31.21.62.02,42.83,23.64. Os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量，純比例增益Kp增大，上升速度加快，超調量增大。(1.2 )改變Ki參數(shù)對勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的影響：枳分改費后5%階躍試魏比較1. Ki*=45, Kl=ia 2. Kp=45j Ki-8,3* Kp=45J Ki-4,2 31, oe :1. 0<1 ；w1. 01 二丄* 009S _0,00. 40. S 1”21,62, 02, 42. S 3” 23. &4,

9、05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。(1.3 )改變Kd參數(shù)對勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的影響:僅改變純微分增益Kd，影響發(fā)電機電壓上升速度和超調量， Kd增大，上升速度加 快，超調量減??；而Kd減小，上升速度變慢，同時超調量增大。(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:說明Kn :搐r 1 宀2JUitu nj o 科-散1 l 4* 滝和匚仆他杓妝|匕：發(fā)卜ti知I代護帝越(2.1 )改變AVR的增益Ks (相當于Kp)1- 02 -L 00 '4, 79兀29E_ 79測試結果表明，僅改變直流

10、增益Kp，主要影響發(fā)電機電壓的上升速率和超調量， 增 益Kp增大，上升速度加快，超調量增大。(2.2 )改變AVR的微分時間常數(shù)T1發(fā)電機空較.改曼T1*十hit冊跌試貌測試結果表明，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，且電壓超調量減小。注：在調節(jié)器中，T1、T2參數(shù)，構成一級積分效應環(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，超調量減少(2.3 )改變AVR的時間常數(shù)T2衣電機空徑，段璧T2, +S制期啟試觸測試結果表明，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量， 時 間常數(shù)

11、T2減小，上升速度加快，超調量變大。注：在調節(jié)器中，T1、T2參數(shù)，構成一級積分效應環(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，超調量變大。(2.4 )改變AVR的微分時間常數(shù)T3L 00T3變化対+毋階躍試驗的燐響測試結果表明，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量, 微分時間常數(shù)T3增大，上升速度加快，超調量減小。注：在調節(jié)器中，T3、T4參數(shù)，構成一級微分效應環(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，超調量減少。(2.5 )同時增大AVR的時間常數(shù)T1、T2，保持T1/T2不變測試結果表

12、明，同時增大 AVR的時間常數(shù)T1、T2，對發(fā)電機電壓的超調量和上升 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%階躍試驗的方法來驗證。如果發(fā)現(xiàn)空載 5%階躍試驗的結果，與行業(yè)標準相比不符?？梢?參照以上的調整原則進行參數(shù)調整，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）

13、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 （轉子電六）或 Uf （轉子電壓）。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。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)場調整。我們通過現(xiàn)場實際試驗

14、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是 I（f 轉 子電流）或 Uf （轉子電壓），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

15、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 須將自動勵磁調節(jié)器投入自動位置。（二）投入PSS裝置的機組，如自動勵磁調節(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低于定值后裝置 自動退出情況除外）時，應提前向調度部門提出申請。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

16、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0.1HZ2.0HZ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 義務在機組安裝PSS裝置并將其置入投運狀態(tài);對于新投產的機組，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-mPSS1A模型參數(shù)說明：TW=隔直環(huán)節(jié)時間常數(shù)；Kpss=PSS輸出增益；T1、T2、T3、T4、T5、T6=超前滯后 補償系數(shù)(2) PSS2A 模型TW1、TW2、TW3=隔直環(huán)節(jié)時間常數(shù)；T7=

17、電功率計算時間常數(shù)；Ks仁PSS輸出增 益；Ks2=計算電功率的補償系數(shù)；Ks3=信號匹配系數(shù)；T1、T2、T3、T4=超前滯后補償系 數(shù)；T8、T9=扭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:通過現(xiàn)場加入+2+4%階躍信號，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 P2三=廠1 "卩3 P4)(1) PSS未投入的負載階躍波形:帶負荷+騙階躍試驗現(xiàn)場實欄錄波圖(2) PSS投入后的負載階躍波形：帶負荷PSSg入4羽階躍試驗現(xiàn)場實測錄被圖通過錄波圖的比較，可以明顯看出PSS投入后，+2%階躍中的

18、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)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，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，已經在內部默認設置好

19、了。傳遞函數(shù)的形 式，也依據(jù)不同的廠家有所不同。關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。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 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)， 一般采用勵磁調節(jié)器廠家的默認設置的控制參數(shù)， 并經現(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)場實際波形過創(chuàng)宓卿功

20、傣栓杏If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)，一般采用勵磁調節(jié)器廠家的默認設置的控制參數(shù)，并經現(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

21、實際波形勵磁調節(jié)器自動-廉階躍，檢杏低勵限制需限制情況說明：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,無功下降較多。因為在發(fā)生無功下降時，勵磁調節(jié)器不可能馬上起作用。終歸要等到調 節(jié)器判定出來后，才能進行調節(jié)。而無功功率的變化，不能按照機端電壓的調節(jié)速度的 要求調整進行。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)，一般采用勵磁調節(jié)器廠家的默認設置的控制參數(shù)，并經現(xiàn)場試 驗驗證，限制動作后，工作

22、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：說明：通過試驗波形主要檢查: 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（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。勵磁調節(jié)器內部的限制器動作定值勵磁調節(jié)器內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

23、慮與機組保護定值的 配合關系。一、限制動作定值與控制參數(shù)之間的關系：瑜人信號限制動忡養(yǎng)數(shù)定值）第一個方框內整定的是限制動作定值，第二個方框內整定的是限制控制參數(shù)。請在 了解勵磁調節(jié)器整定參數(shù)時，注意區(qū)分。所有的勵磁調節(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子過負荷曲線的要求設定。（1）限制動作曲線與發(fā)電機轉子過負荷曲線、保護的

24、轉子過負荷曲線的配合關系：if r ri 為C<Oi>嗎 og*floTime (SeciCm)定爻，限制啟術定値 (if. 0定叉.限制曲統(tǒng)整定定值案廉一主的皆式曲I匚t)確認駅制曲住上購其觸點的鐵齬(2) 整定方法:(2.1 )按照發(fā)電機的轉子過負荷曲線(反時限)。(2.2 )與發(fā)變組保護轉子過負荷(反時限)定值相配合。保證限制先于保護動作。 (2.3)勵磁變壓器保護整定，也應同時考慮過勵限制時，保護不會先于限制動作。(3) 限制動作曲線的校驗，可以在靜態(tài)調試中，通過通入不同的If電流，檢查動作延時情況。要求在限制曲線的各個段的延時，均在發(fā)電機轉子過負荷曲線和保護轉子 反時限過

25、負荷曲線的以內。2、低勵限制(UEL)：限制整定值可在線修改。實際限制參數(shù)應根據(jù)進相試驗的最終結果進行設定(1 )限制動作曲線：般情況下，低勵限制曲線形狀有以下 4種:(1.1)直線形(兩點定義)(1.2 )兩段折線(三點定義)：P4(0, Q2)»CP2, Q2)0>(1.3 )四段折線(五點定義)：(1.4 )曲線形(多點定義)(2 )定值整定方法：(2.1 )按照發(fā)電機進相試驗的結果，進行整定。(2.2)進相試驗時，同時進行低勵限制動作試驗。此種方法，在我們調試中，使 用較多。因為，在某些調節(jié)器中，低勵限制的實際動作值，還要考慮當時的機端電壓情 況。如果當時機端電壓較高，貝U限制動作值較低。當機端電壓較低時，貝U限制動作值較 高。調節(jié)器中，一般是將當時機端電壓的標幺，平方后乘以整定的限制動作值。因此， 會造成低勵限制的實際動作值在整定值附近有土 15%Sn左右的變化。如下圖：(3