(高清版)GBT 40589-2021 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則2021-10-11發(fā)布2022-05-01實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T40589—2021 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4縮略語 35總則 36勵(lì)磁設(shè)備要求 37勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)幺值 48勵(lì)磁調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)特性辨識(shí) 49實(shí)測(cè)模型 510計(jì)算模型的選擇與參數(shù)處理 11現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與仿真校核 12模型參數(shù)仿真復(fù)核 附錄A(規(guī)范性)限幅的表達(dá) 附錄B(資料性)調(diào)節(jié)器輸出限幅值獲取方法 附錄C(資料性)電壓調(diào)差率的測(cè)量 附錄D(資料性)低勵(lì)限制模型 附錄E(資料性)過勵(lì)限制模型 附錄F(資料性)發(fā)電機(jī)直軸暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)測(cè)試校核 附錄G(資料性)發(fā)電機(jī)飽和系數(shù)的計(jì)算 參考文獻(xiàn) I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本文件由全國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC446)歸口。本文件起草單位：國(guó)家電網(wǎng)有限公司國(guó)家電力調(diào)度控制中心、中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司、中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心、國(guó)家電網(wǎng)公司西南分部、國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司、國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司、浙江浙能技術(shù)研究院有限公司、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司。1同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則1范圍本文件描述了電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計(jì)算用同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(以下簡(jiǎn)稱“模型”)建立方法。本文件適用于汽輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、抽水蓄能發(fā)電/電動(dòng)機(jī)、核電機(jī)組和光熱機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)建模。同步調(diào)相機(jī)參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T7409(所有部分)同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)GB38755電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則DL/T583大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件DL/T843大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。原始模型primarymodel根據(jù)制造廠提供的資料推導(dǎo)出的模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)。參照原始模型進(jìn)行模型辨識(shí)和參數(shù)實(shí)測(cè)，得到的模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)。計(jì)算模型calculatingmodel用于穩(wěn)定計(jì)算的模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)。與實(shí)測(cè)模型結(jié)構(gòu)一致，通過仿真校核確認(rèn)滿足要求的計(jì)算模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)。與實(shí)測(cè)模型結(jié)構(gòu)有一定差別，通過計(jì)算程序仿真、參數(shù)調(diào)整后基本滿足要求的用于穩(wěn)定計(jì)算的模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)。階躍試驗(yàn)steptest被控量的給定值階躍變化的試驗(yàn)。2階躍試驗(yàn)中，被控量的最大值與最終穩(wěn)態(tài)值之差相對(duì)于階躍量的百分?jǐn)?shù)。階躍信號(hào)加入時(shí)刻。上升時(shí)間upwardtime階躍試驗(yàn)中，從起始時(shí)間起到被控量的變化值初次達(dá)到90%階躍量的時(shí)間。階躍試驗(yàn)中，從起始時(shí)間到被控量的變化值達(dá)到最大值的時(shí)間。階躍試驗(yàn)中，從起始時(shí)間到被控量的變化值與階躍量之差的絕對(duì)值到達(dá)并不再超出階躍量的5%(見圖1中C點(diǎn))所需的最短時(shí)間。符號(hào)說明：U?——初始值；U?——最終穩(wěn)態(tài)值；tug——上升時(shí)間；圖1階躍響應(yīng)特性示例曲線3振蕩次數(shù)numberofoscillation在調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)被控量的振蕩周期數(shù)。在輸入端加入不同頻率正弦信號(hào)或者噪聲信號(hào)，測(cè)量輸出端對(duì)于輸入端的頻率響應(yīng)特性，采用幅頻與相頻特性進(jìn)行曲線擬合來辨識(shí)模型及其參數(shù)的方法。時(shí)域測(cè)量法time-domainmeasuring在輸入端加入階躍等擾動(dòng)信號(hào)，測(cè)量輸出信號(hào)的時(shí)域響應(yīng)特性，通過分析環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)與參數(shù)，并將仿真的時(shí)域響應(yīng)特性曲線與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行曲線擬合來辨識(shí)模型及其參數(shù)的方法。4縮略語下列縮略語適用于本文件。AVR:自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AutomaticVoltageRegulator)OEL:過勵(lì)限制器(OverExcitationLimiter)PID:比例積分微分(ProportionIntegrationDifferentiation)PSS:電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PowerSystemStabilizer)SFC:靜止變頻器(StaticFrequencyConverter)UEL:低勵(lì)限制器(UnderExcitationLimiter)VFL:伏赫茲限制器(VoltageFrequencyLimiter)5.1建模包含現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、參數(shù)辨識(shí)、仿真驗(yàn)證和復(fù)核入庫工作。5.2參數(shù)實(shí)測(cè)與建模按分環(huán)節(jié)測(cè)試、整體驗(yàn)證的原則進(jìn)行。5.3實(shí)測(cè)模型符合GB38755的規(guī)定，符合電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)采用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序要求，并使用電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)采用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證和穩(wěn)定性校核。5.4模型包括勵(lì)磁功率和勵(lì)磁控制兩部分。5.5新投產(chǎn)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)測(cè)建模試驗(yàn)在機(jī)組正式商業(yè)運(yùn)行前完成。勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備改造、軟件升級(jí)、參數(shù)修改等變化并影響勵(lì)磁系統(tǒng)性能的，重新進(jìn)行實(shí)測(cè)建模試驗(yàn)。實(shí)測(cè)建模試驗(yàn)完成時(shí)間超過5年的，進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目至少包括小擾動(dòng)試驗(yàn)和大擾動(dòng)試驗(yàn)，如測(cè)試結(jié)果與上次試驗(yàn)結(jié)果差異較大，則進(jìn)行原因分析和技術(shù)評(píng)估，必要時(shí)重新開展實(shí)測(cè)建模試驗(yàn)。6勵(lì)磁設(shè)備要求6.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在設(shè)計(jì)、型式試驗(yàn)階段應(yīng)確認(rèn)模型參數(shù)，勵(lì)磁設(shè)備應(yīng)通過技術(shù)鑒定。6.2勵(lì)磁設(shè)備應(yīng)提供勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及附加環(huán)節(jié)模型參數(shù)和勵(lì)磁設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)，勵(lì)磁系統(tǒng)及部件原始模型6.3勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)具備供第三方進(jìn)行模型參數(shù)測(cè)試所需要的接口。6.4勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的設(shè)置值應(yīng)以十進(jìn)制表示，時(shí)間常數(shù)以秒表示，放大倍數(shù)和限幅值以標(biāo)幺值表示，并說4明標(biāo)幺值的基準(zhǔn)值選取方法。6.5三相全控橋的整流器宜采用余弦移相。6.6勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)在定型生產(chǎn)前完成環(huán)節(jié)模型正確性檢查，或者同類型調(diào)節(jié)器在其他機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)建模中已經(jīng)驗(yàn)證其環(huán)節(jié)參數(shù)正確，否則應(yīng)通過環(huán)節(jié)特性辨識(shí)方法確認(rèn)PID和軟反饋校正環(huán)節(jié)的模型參數(shù)。每一型號(hào)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)進(jìn)行一次完整的環(huán)節(jié)測(cè)試辨識(shí)。6.7勵(lì)磁調(diào)節(jié)器不應(yīng)設(shè)置死區(qū)。7勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)幺值7.1勵(lì)磁系統(tǒng)多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)采用標(biāo)幺值形式，標(biāo)幺值由實(shí)際值除以基準(zhǔn)值得到。7.2發(fā)電機(jī)電壓的基準(zhǔn)值U;為發(fā)電機(jī)額定電壓；發(fā)電機(jī)電流的基準(zhǔn)值I;為發(fā)電機(jī)額定電流；發(fā)電機(jī)功率的基準(zhǔn)值SB為發(fā)電機(jī)額定視在功率；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(頻率)的基準(zhǔn)值ng(fg)為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(頻7.3發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值Im為發(fā)電機(jī)空載特性氣隙線上產(chǎn)生額定電壓所需的磁場(chǎng)電流。發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組電阻的基準(zhǔn)值Rm為發(fā)電機(jī)額定工況下發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路電阻，也可取為發(fā)電機(jī)額定磁場(chǎng)電壓除以額定磁場(chǎng)電流的數(shù)值。發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值Um為磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值乘以磁場(chǎng)繞組電阻的基準(zhǔn)值。7.4勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值Im為在勵(lì)磁機(jī)空載特性曲線氣隙線上產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)幺值發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓所要求的勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流值。勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電阻的基準(zhǔn)值Rem為發(fā)電機(jī)額定工況下的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路的電阻，也可取勵(lì)磁機(jī)額定磁場(chǎng)電壓除以勵(lì)磁機(jī)額定磁場(chǎng)電流并計(jì)及回路阻值。勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值Ucm為勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流基準(zhǔn)值乘以勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組電阻基準(zhǔn)值。7.5調(diào)節(jié)器的輸入電壓、電流和功率的基準(zhǔn)值等于發(fā)電機(jī)電壓、電流和功率的基準(zhǔn)值。當(dāng)控制發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出電壓基準(zhǔn)值等于發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值，調(diào)節(jié)器輸出電流基準(zhǔn)值等于發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值。當(dāng)控制勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出電壓基準(zhǔn)值等于勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值，調(diào)節(jié)器輸出電流基準(zhǔn)值等于勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值。8勵(lì)磁調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)特性辨識(shí)8.1一般規(guī)定勵(lì)磁調(diào)節(jié)器線性環(huán)節(jié)和非線性環(huán)節(jié)的測(cè)試辨識(shí)宜在靜態(tài)情況下進(jìn)行。線性環(huán)節(jié)測(cè)量可采用頻域測(cè)量法或時(shí)域測(cè)量法，也可同時(shí)采用兩種方法。8.2頻域測(cè)量法8.2.1利用頻譜分析儀，測(cè)量待辨識(shí)環(huán)節(jié)輸出對(duì)于輸入的頻率特性，信號(hào)可采用正弦掃頻或噪聲信號(hào)，采用對(duì)比或擬合技術(shù)辨識(shí)模型的參數(shù)。8.2.2一階環(huán)節(jié)的模型參數(shù)，可利用已知頻率特性的特征值直接計(jì)算。8.2.3非一階環(huán)節(jié)的模型參數(shù)，可采用參數(shù)擬合技術(shù)或采用模型頻率特性和實(shí)測(cè)頻率特性對(duì)比方法確定。8.2.4測(cè)量頻率范圍應(yīng)根據(jù)研究對(duì)象特點(diǎn)選擇。8.3時(shí)域測(cè)量法8.3.1輸入擾動(dòng)信號(hào)宜為階躍信號(hào)，測(cè)量輸出響應(yīng)，采用對(duì)比輸出響應(yīng)特性曲線的方法辨識(shí)模型的5參數(shù)。8.3.2采用階躍響應(yīng)試驗(yàn)法測(cè)量一階慣性環(huán)節(jié)參數(shù)時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)變化量的0.632倍所需時(shí)間即為該環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；輸出穩(wěn)態(tài)變化量與輸入階躍量之比即為該環(huán)節(jié)的增益。8.3.3非一階環(huán)節(jié)的參數(shù)可采用時(shí)域參數(shù)辨識(shí)，或采用相同輸入信號(hào)下仿真待辨識(shí)模型響應(yīng)和實(shí)測(cè)響應(yīng)對(duì)比的方法來確定。8.4非線性環(huán)節(jié)測(cè)量測(cè)量非線性環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)了解并通過實(shí)際測(cè)量檢驗(yàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、PSS各環(huán)節(jié)是否存在死區(qū)、限幅、PSS自動(dòng)投退等邏輯控制、非線性環(huán)節(jié)、變參數(shù)、是否采用余弦移相等。限幅環(huán)節(jié)應(yīng)區(qū)分內(nèi)限幅和外限幅，限幅表達(dá)應(yīng)符合附錄A的規(guī)定。9實(shí)測(cè)模型9.1一般要求9.1.1確定勵(lì)磁系統(tǒng)模型應(yīng)根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)類型收集下列資料：a)勵(lì)磁變壓器額定容量、一次和二次額定電壓及短路電抗；b)直流勵(lì)磁機(jī)空載特性曲線、負(fù)載特性曲線、額定電壓、額定電流、勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)、激勵(lì)方式和勵(lì)磁繞組電阻等；c)交流勵(lì)磁機(jī)額定容量、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)、額定磁場(chǎng)電壓和電流、空載和負(fù)載特性曲線、電樞開路時(shí)勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)T'a、激勵(lì)方式、勵(lì)磁繞組電阻、同步電抗Xa、次暫態(tài)電抗X”和負(fù)序電抗X?;電機(jī)輸出額定電流時(shí)的端電壓和發(fā)電機(jī)輸出強(qiáng)勵(lì)電流時(shí)的端電壓；e)發(fā)電機(jī)空載特性曲線、發(fā)電機(jī)T'a等各時(shí)間常數(shù)、發(fā)電機(jī)各電抗值、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(包括發(fā)電機(jī)和原動(dòng)機(jī))、發(fā)電機(jī)額定電壓、額定電流、額定視在功率、額定功率因數(shù)、額定磁場(chǎng)電壓、額定磁場(chǎng)電流、空載額定磁場(chǎng)電壓、空載額定磁場(chǎng)電流和規(guī)定溫度下的勵(lì)磁繞組電阻值；f)勵(lì)磁系統(tǒng)功能說明、投產(chǎn)試驗(yàn)報(bào)告及各個(gè)環(huán)節(jié)的原始模型及整定參數(shù)。9.1.2實(shí)測(cè)模型應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和參數(shù)辨識(shí)建立。9.1.3計(jì)算模型應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)模型建立。計(jì)算模型應(yīng)符合電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序使用要求。計(jì)算模型應(yīng)至少包括AVR、PSS、調(diào)差特性和強(qiáng)勵(lì)限制模型和參數(shù)。電壓安全穩(wěn)定計(jì)算和中長(zhǎng)期穩(wěn)定計(jì)算，應(yīng)包括UEL、OEL和VFL限制模型和參數(shù)。9.2勵(lì)磁系統(tǒng)組成9.2.1發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁功率部分、勵(lì)磁控制部分組成，見圖2。9.2.2勵(lì)磁控制部分實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁穩(wěn)定控制和限制功能，由電壓電流測(cè)量與附加調(diào)差環(huán)節(jié)、PID或軟反饋校正環(huán)節(jié)、功率控制環(huán)節(jié)、補(bǔ)償勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋環(huán)節(jié)、頂值限制環(huán)節(jié)、VFL環(huán)節(jié)、OEL環(huán)節(jié)和UEL環(huán)節(jié)等組成。9.2.3勵(lì)磁系統(tǒng)按照勵(lì)磁功率部件不同，分為以下三種類型：a)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；b)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；c)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。6勵(lì)磁控制部分勵(lì)磁功率部分發(fā)電機(jī)上UrEF——發(fā)電機(jī)電壓給定值；圖2勵(lì)磁系統(tǒng)組成9.3靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)包括自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(見圖3)、恒電壓源供電的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(見圖4)和交流側(cè)串聯(lián)的復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(見圖5)。U符號(hào)說明：GS——同步發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；T——?jiǎng)?lì)磁變壓器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖3自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)7TGSTVAVR符號(hào)說明：T——?jiǎng)?lì)磁變壓器；U——可控整流器；GS——同步發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖4恒電壓源供電的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)//GSTVTPAVR符號(hào)說明：U——可控整流器；GS——同步發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；TP——并聯(lián)變壓器；TS——串聯(lián)變壓器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖5交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)9.3.2自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型模型采用三相全波可控整流和余弦移相方式的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分可建立圖6所示的功率部分別表示實(shí)際輸出的限幅受到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變動(dòng)的影響。圖6中各變量均采用標(biāo)幺值。8GB/T40589—2021符號(hào)說明：U?——發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；URMAx——AVR的最大輸出電壓；I?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；UR——AVR的輸出電壓；U;——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；URMN——AVR的最小輸出電壓。圖6自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型換弧壓降系數(shù)計(jì)算方法見式(1)。Kc——換弧壓降系數(shù)，標(biāo)幺值(p.u.);Uerk——?jiǎng)?lì)磁變壓器短路電壓，標(biāo)幺值(p.u.);Uer——?jiǎng)?lì)磁變壓器二次額定線電壓，單位為伏(V);Ig——磁場(chǎng)電流基準(zhǔn)值，單位為安(A);Ug——磁場(chǎng)電壓基準(zhǔn)值，單位為伏(V);Sern——?jiǎng)?lì)磁變壓器額定容量，單位為伏安(VA)。調(diào)節(jié)器輸出上限計(jì)算方法見式(2),下限計(jì)算方法見式(3)。URMN=1.35UercosαwAx/UmUrMAx=1.35Uercosαwy/UmUrMN——AVR的最小輸出電壓，標(biāo)幺值(p.u.);))Uer——?jiǎng)?lì)磁變壓器二次額定線電壓，單位為伏(V);awx——可控整流器的最大控制角，單位為度(°);Um——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓基準(zhǔn)值，單位為伏(V);UrMAx——AVR的最大輸出電壓，標(biāo)幺值(p.u.);aniN——可控整流器的最小控制角，單位為度(°)調(diào)節(jié)器輸出限幅值可通過發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)求得，見附錄B。獲得的磁場(chǎng)電壓最大值需要按照同一時(shí)刻時(shí)的發(fā)電機(jī)電壓、磁場(chǎng)電流和Kc進(jìn)行修正。9.3.3恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型見圖7。Kc按照式(1)計(jì)算，URMAx和URMN按照式(2)和式(3)計(jì)算。電源來自勵(lì)磁機(jī)電樞的交流勵(lì)磁機(jī)可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型與本模型相同。圖7中各變量均采用標(biāo)幺值。9符號(hào)說明：UrMAx—-AVR的最大輸出電壓；I?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；Kc——換弧壓降系數(shù)；UR—-AVR的輸出電壓；U?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；圖7恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型9.3.4交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型可采用恒電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型近似模擬，計(jì)算換弧壓降系數(shù)時(shí)應(yīng)計(jì)及串聯(lián)變壓器的漏抗。9.4交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可分為交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)和交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)見圖8和圖10,交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)見圖9。AVR-符號(hào)說明：GS0——副勵(lì)磁機(jī)；U?——可控整流器；GS1——主勵(lì)磁機(jī)；U?——不可控整流器；GS——同步發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖8有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)GS1U?TA白勵(lì)恒爪符號(hào)說明：T——主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁變壓器；U?——主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)恒壓可控整流器；GS——同步發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖9交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)l!gTVTGSlU?——可控整流器；GS1——主勵(lì)磁機(jī)；U?——不可控整流器；GS——同步發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；T——主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁變壓器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖10有勵(lì)磁變的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)9.4.2有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型采用三相全波整流的、有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型如圖11所示，該模型包括不可控整流器(靜止和旋轉(zhuǎn)兩種類型)和交流勵(lì)磁機(jī)兩部分。符號(hào)說明：UR——AVR的輸出電壓；UrMN——AVR的最小輸出電壓；s——傳遞函數(shù)的頻域變量；TE——主勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)；Ue——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出的直流電壓；U——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；Fex——整流器調(diào)節(jié)特性的函數(shù)；Ix——規(guī)格化電流；UrE——?jiǎng)?lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流換算為電壓值；Sg——主勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)；K:——主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)系數(shù)；Kc——換弧壓降系數(shù)；I?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；Kp——主勵(lì)磁機(jī)去磁系數(shù)。圖11有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型9.4.2.2交流勵(lì)磁機(jī)空載特性測(cè)量斷開發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁開關(guān)，保持勵(lì)磁機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變。測(cè)量勵(lì)磁機(jī)電樞交流電壓和勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流從零到強(qiáng)勵(lì)對(duì)應(yīng)值。將勵(lì)磁機(jī)電樞交流電壓乘以1.35倍轉(zhuǎn)為直流電壓后繪制勵(lì)磁機(jī)空載特性曲線，也可測(cè)整流后的直流電壓，此時(shí)直流側(cè)負(fù)載以足夠保證整流器導(dǎo)通為限。9.4.2.3交流勵(lì)磁機(jī)負(fù)載特性測(cè)量結(jié)合發(fā)電機(jī)空載、短路或負(fù)載試驗(yàn)，測(cè)量發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓和勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流之間的關(guān)系曲線。9.4.2.4交流勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)間常數(shù)測(cè)量交流勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)間常數(shù)T:在勵(lì)磁機(jī)空載條件下用階躍法測(cè)定，階躍時(shí)交流勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓的波形應(yīng)為理想階躍波形。也可在勵(lì)磁機(jī)負(fù)載條件下用頻率響應(yīng)法確定。對(duì)于無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，只能在勵(lì)磁機(jī)負(fù)載條件下測(cè)試。根據(jù)不同的試驗(yàn)條件可采取下列測(cè)試方法：——交流勵(lì)磁機(jī)在空載條件下，采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器手動(dòng)定控制角方式使交流勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓正向或負(fù)向階躍，測(cè)錄交流勵(lì)磁機(jī)電樞電壓上升或下降曲線，當(dāng)變化量達(dá)到0.632時(shí)所需的時(shí)間即為T:;——交流勵(lì)磁機(jī)在空載條件下，利用手動(dòng)勵(lì)磁裝置在勵(lì)磁機(jī)電壓不超過額定電壓、階躍量不小于50%條件下合上或拉開手動(dòng)柜交流側(cè)開關(guān)，測(cè)錄交流勵(lì)磁機(jī)電樞電壓上升或下降曲線，當(dāng)變化GB/T40589—2021量達(dá)到0.632時(shí)所需的時(shí)間即為T:;——發(fā)電機(jī)空載，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作在自動(dòng)方式，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電壓相加點(diǎn)加入噪聲信號(hào)，用頻譜分析儀測(cè)量交流勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流和磁場(chǎng)電壓之間的頻率特性，或發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓對(duì)勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓的頻率特性，根據(jù)交流勵(lì)磁機(jī)模型辨識(shí)得到TE。換弧壓降系數(shù)Kc以發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流基準(zhǔn)值對(duì)整流方程進(jìn)行標(biāo)幺化得到，計(jì)算方法見式(4)。Kc——換弧壓降系數(shù)，標(biāo)幺值(p.u.);X1?！?jiǎng)?lì)磁機(jī)次暫態(tài)電抗，標(biāo)幺值(p.u.);X?——?jiǎng)?lì)磁機(jī)負(fù)序電抗，標(biāo)幺值(p.u.);Uv?！?jiǎng)?lì)磁機(jī)電樞額定線電壓，單位為伏(V);……………Ig——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值，單位為安(A);UB——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值，單位為伏(V);Sv——?jiǎng)?lì)磁機(jī)額定容量，單位為伏安(V·A)。整流器的換弧角小于60°時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)輸出值見式(5)。式中各變量均采用標(biāo)幺值。U;——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；Ug——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出直流電壓；Kc——換弧壓降系數(shù)；I?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型未包含副勵(lì)磁機(jī)電抗引起換弧壓降的影響。勵(lì)磁系統(tǒng)的換弧壓降影響顯著時(shí)，需要進(jìn)行功率部分增益實(shí)測(cè)和調(diào)節(jié)器輸出限制值實(shí)測(cè)，采取等效副勵(lì)磁機(jī)電壓等方法表示該影響。9.4.2.6交流勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)分別為發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓、75%發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓和發(fā)電機(jī)額定磁場(chǎng)電壓下的勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)。由圖12勵(lì)磁機(jī)空載飽和曲線和空載氣隙線、按照式(6)確定Se(UE)。圖12中的縱坐標(biāo)為勵(lì)磁機(jī)輸出直流電壓，橫坐標(biāo)為勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流，一般用標(biāo)幺值表示。當(dāng)式(5)條件滿足時(shí)，以式(7)Ug——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出直流電壓；SE(UE)——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出直流電壓為Ue時(shí)對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)；C——?jiǎng)?lì)磁機(jī)空載飽和曲線上與勵(lì)磁機(jī)輸出電壓U:對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流；B——?dú)庀渡吓c勵(lì)磁機(jī)輸出電壓Ur對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流。UEmAx——發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)輸出直流電壓；UmAx——發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)勵(lì)磁電壓；Kc——換弧壓降系數(shù)?！?8)Um?sMAx——75%發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)電壓對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)輸出直流電壓；Kc——換弧壓降系數(shù)。標(biāo)引序號(hào)和符號(hào)說明：1——?jiǎng)?lì)磁機(jī)空載飽和曲線對(duì)應(yīng)的氣隙線；2——?jiǎng)?lì)磁機(jī)空載飽和曲線；3——?jiǎng)?lì)磁機(jī)恒定電阻飽和曲線；A——恒定電阻飽和曲線上與勵(lì)磁機(jī)輸出電壓Ug對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流；C——?jiǎng)?lì)磁機(jī)空載飽和曲線上與勵(lì)磁機(jī)輸出電壓U:對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流；B——?dú)庀渡吓c勵(lì)磁機(jī)輸出電壓Ug對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流。圖12求取飽和系數(shù)的勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性9.4.2.7三相全波不可控整流器調(diào)節(jié)特性三相全波不可控整流器模型見圖13。圖中各變量均采用標(biāo)幺值。GB/T40589—2021Fxk符號(hào)說明：圖13不可控三相全波整流橋模型采用式(4)計(jì)算Kc時(shí)，F(xiàn)Ex采用式(9)形式。式中各變量均采用標(biāo)幺值。式中：I、——規(guī)格化電流；Kc——換弧壓降系數(shù)；I:——?jiǎng)?lì)磁機(jī)負(fù)載電流即發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流；Ug——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出的直流電壓；FEx——整流器調(diào)節(jié)特性的函數(shù)。9.4.2.8去磁系數(shù)在勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線的未飽和區(qū)域按照式(10)計(jì)算去磁系數(shù)。式中各變量均采用標(biāo)幺值。式中：Kp——去磁系數(shù)；Ieg——某一發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓下，勵(lì)磁機(jī)負(fù)載曲線上與之對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流Ien——某一發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓下，勵(lì)磁機(jī)空載曲線上與之對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流Kc——不可控整流器的換弧壓降系數(shù)。當(dāng)缺少實(shí)測(cè)的勵(lì)磁機(jī)空載、負(fù)載特性時(shí)可采用制造廠的出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)特性，或通過計(jì)算得到。9.4.2.9自勵(lì)系數(shù)自勵(lì)系數(shù)K:是勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁的他勵(lì)安匝數(shù)與總勵(lì)磁安匝數(shù)之比。當(dāng)勵(lì)磁機(jī)僅采用他勵(lì)時(shí)Kg=1。9.4.2.10發(fā)電機(jī)勵(lì)磁側(cè)電量與勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁側(cè)電量的靜態(tài)關(guān)系發(fā)電機(jī)勵(lì)磁側(cè)電量與勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁側(cè)電量的靜態(tài)關(guān)系見式(11)。式中各變量均采用標(biāo)幺值。GB/T40589—2021Ut——?jiǎng)?lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓；Iet——?jiǎng)?lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流；U;——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓；Kc——換弧壓降系數(shù)；SE——?jiǎng)?lì)磁機(jī)空載飽和系數(shù)；Kp——?jiǎng)?lì)磁機(jī)去磁系數(shù)。9.4.2.11勵(lì)磁機(jī)的限幅值勵(lì)磁機(jī)輸出的直流電壓下限值為零。9.4.2.12調(diào)節(jié)器輸出限幅值副勵(lì)磁機(jī)電壓隨負(fù)荷的增大而降低，強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)電壓下降系數(shù)Kp對(duì)永磁機(jī)可取85%~90%,對(duì)自勵(lì)恒壓副勵(lì)磁機(jī)可取90%～95%。調(diào)節(jié)器輸出限幅值可以通過發(fā)電機(jī)大擾動(dòng)試驗(yàn)求得，見附錄B。調(diào)節(jié)器最大輸出電壓和最小輸出電壓，按照式(12)、式(13)計(jì)算。Kp——強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)電壓下降系數(shù)；U——發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下的副勵(lì)磁機(jī)電樞線電壓值，單位為伏(V)awin——可控整流器最小控制角，單位為度(°);Um——?jiǎng)?lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電壓基準(zhǔn)值，單位為伏(V)。式中：URMN——調(diào)節(jié)器輸出最大限幅值；αmAx——可控整流器最大控制角，單位為度(°)。9.4.3交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中的交流勵(lì)磁機(jī)均為自并勵(lì)恒壓交流勵(lì)磁機(jī)，其功率部分模型見圖7。模型中設(shè)定交流勵(lì)磁機(jī)電壓調(diào)節(jié)器可以維持電樞電壓恒定。交流勵(lì)磁機(jī)的換弧壓降系數(shù)Kc由按照式(15)和式(16)計(jì)算。調(diào)節(jié)器輸出限幅值可以通過發(fā)電機(jī)大擾動(dòng)試Kc——換弧壓降系數(shù)，標(biāo)幺值(p.u.);X"。——主勵(lì)磁機(jī)直軸次暫態(tài)電抗，標(biāo)幺值(p.u.)X?e——主勵(lì)磁機(jī)負(fù)序電抗，標(biāo)幺值(p.u.);Ux——主勵(lì)磁機(jī)額定電壓，單位為伏(V);Im——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)值，單位為安(A);Um——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值，單位為伏(V);SN?！?jiǎng)?lì)磁機(jī)額定容量，單位為伏安(VA)。U——發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下的副勵(lì)磁機(jī)電樞線電壓值，單位為伏(V)avi——可控整流器最小控制角，單位為度(°);Um——發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓的基準(zhǔn)值，單位為伏(V)。URMN——調(diào)節(jié)器輸出最大限幅值；an?x——可控整流器最大控制角，單位為度(°)。)采用三相全波整流的、有勵(lì)磁變的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型見圖14,該模型包括不可控整流器和交流勵(lì)磁機(jī)模型，其中不可控整流器包括靜止和旋轉(zhuǎn)兩種類型。符號(hào)說明：UR——AVR的輸出電壓；U?——機(jī)端電壓；UgmAx——AVR的最大輸出電壓；UrMN——AVR的最小輸出電壓；UFEmx——?jiǎng)?lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓最大滯；Kp——主勵(lì)磁機(jī)去磁系數(shù)；I?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；Kg——主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)系數(shù)；Sr(UE)——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出直流電壓為Ug時(shí)對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)；——主勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)；——?jiǎng)?lì)磁機(jī)輸出的直流電壓；——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；——整流器調(diào)節(jié)特性的函數(shù)；UrE——?jiǎng)?lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流換算為電壓值；Se——主勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)；Ix——規(guī)格化電流；Kc——換弧壓降系數(shù)。有勵(lì)磁變的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型與有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型的區(qū)別：調(diào)節(jié)器輸出限制值與發(fā)電機(jī)電壓有關(guān)；URMAx和URMN用式(12)、式(13)計(jì)算；U為機(jī)端變二次側(cè)額定線電壓，且Kep=1。調(diào)節(jié)器輸出限幅值可以通過發(fā)電機(jī)大擾動(dòng)試其他參數(shù)的計(jì)算與有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)功率部分模型參數(shù)計(jì)算相同。9.5直流勵(lì)磁機(jī)模型直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)見圖15,直流勵(lì)磁機(jī)模型見圖16。符號(hào)說明：G——直流勵(lì)磁機(jī)；GS——發(fā)電機(jī)；TA——電流互感器；TV——電壓互感器；U——可控整流器；AVR——自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。圖15直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)lK?-S?.Ky符號(hào)說明：UR——AVR的輸出電壓；T:——直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)；U;——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓；K:——主勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)系數(shù)；Sg——主勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)；Kp——主勵(lì)磁機(jī)去磁系數(shù)；I?——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。圖16直流勵(lì)磁機(jī)模型9.5.2直流勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線測(cè)量空載特性：斷開發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁開關(guān)。保持勵(lì)磁機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變。測(cè)量勵(lì)磁機(jī)電壓和勵(lì)磁機(jī)總勵(lì)磁安-匝、他勵(lì)安-匝數(shù)從零到強(qiáng)勵(lì)的對(duì)應(yīng)值。負(fù)載特性：合上發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁開關(guān)。測(cè)量發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓和勵(lì)磁機(jī)總勵(lì)磁安-匝、他勵(lì)安-匝數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。9.5.3直流勵(lì)磁機(jī)飽和系數(shù)SE直流勵(lì)磁機(jī)模型飽和系數(shù)S:是Ur的函數(shù)，由圖12勵(lì)磁機(jī)空載和負(fù)載特性曲線按照式(6)確定飽和系數(shù)SE。按照實(shí)際勵(lì)磁機(jī)的他勵(lì)安匝數(shù)與總安匝數(shù)之比計(jì)算自勵(lì)系數(shù)KE。9.5.5勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)穩(wěn)定計(jì)算用的直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)T:等于直流勵(lì)磁機(jī)空載時(shí)其勵(lì)磁回路的時(shí)間常數(shù)。按照式(10)計(jì)算去磁系數(shù)Kp,其中令Kc=0。9.6勵(lì)磁控制部分模型9.6.1電壓電流測(cè)量與附加調(diào)差電壓測(cè)量與附加調(diào)差單元的模型如圖17所示。grgrKRj—符號(hào)說明：U,——發(fā)電機(jī)端電壓矢量；i,——發(fā)電機(jī)端電流矢量；Rc——對(duì)應(yīng)于全電流的有功電流補(bǔ)償率；j——表示復(fù)數(shù)的虛部部分；Xc——對(duì)應(yīng)于全電流的無功電流補(bǔ)償率；Kg——電壓測(cè)量環(huán)節(jié)增益(在計(jì)算程序中宜選定為1.0p.u.);TR——電壓測(cè)量環(huán)節(jié)的等效時(shí)間常數(shù)；UrEF——電壓給定值；UeRR——電壓偏差信號(hào)。圖17電壓測(cè)量與調(diào)差單元模型數(shù)字式調(diào)節(jié)器的電壓測(cè)量存在隨機(jī)的純滯后時(shí)間，可以進(jìn)行多次階躍試驗(yàn)獲得平均純滯后時(shí)間，TR等于該平均純滯后時(shí)間。電壓調(diào)差率的測(cè)量見附錄C。9.6.2PID和軟反饋校正PID校正環(huán)節(jié)包括串聯(lián)型和并聯(lián)型，見圖18和圖19。軟反饋校正環(huán)節(jié)見圖20,以發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓、調(diào)節(jié)器輸出或勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流為其輸入信號(hào)。勵(lì)磁系統(tǒng)模型以UrF表示勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流，在非限幅區(qū)域，調(diào)節(jié)器輸出電壓的靜態(tài)標(biāo)幺值與Ur靜態(tài)標(biāo)幺值相同。符號(hào)說明：GB/T40589—2021T?、T?、T?、T?——時(shí)間常數(shù)。+工+K?符號(hào)說明：Kp——比例增益；Kp——微分增益；Tp——微分時(shí)間常數(shù)；+Up——微分環(huán)節(jié)上限幅值；—Up——微分環(huán)節(jié)下限幅值；K?——積分增益；+U?——積分環(huán)節(jié)上限幅值；-U?——積分環(huán)節(jié)下限幅值。圖19并聯(lián)型PID校正環(huán)節(jié)符號(hào)說明：K,——軟反饋增益；Tp——時(shí)間常數(shù)。補(bǔ)償勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋單元可等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。反饋單元輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓或勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流。測(cè)量該環(huán)節(jié)輸入輸出數(shù)據(jù)，將輸入輸出按照計(jì)算基準(zhǔn)值折算后，獲得比例反饋系數(shù)。9.6.4功率控制三相全控整流橋功率控制環(huán)節(jié)包括移相和可控整流橋兩部分。移相環(huán)節(jié)的輸入是調(diào)節(jié)器的控制電壓U,如采用余弦移相，U。為±1時(shí)對(duì)應(yīng)可控整流器控制角為0°和180°,則功率控制環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K;計(jì)算見式(17)?！街校篣——換弧壓降前的直流電壓，標(biāo)幺值(p.u.);U.——控制電壓，標(biāo)幺值(p.u.);Ua——整流橋交流側(cè)線電壓，單位為伏(V);Ug——調(diào)節(jié)器輸出電壓基準(zhǔn)值，單位為伏(V)。功率控制環(huán)節(jié)的延時(shí)特性作一階慣性環(huán)節(jié)處理，其時(shí)間常數(shù)取下述兩個(gè)時(shí)間之大者：調(diào)節(jié)器對(duì)控制角調(diào)整的平均延時(shí)和相鄰觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔。當(dāng)延時(shí)不大于10ms時(shí)可以不予計(jì)及。三相全波整流電路采用非余弦移相，或功率控制采用定頻調(diào)寬方式時(shí)，環(huán)節(jié)增益應(yīng)采用額定工況處線性化處理的方法確定，調(diào)節(jié)器輸出限幅值應(yīng)按實(shí)際可控特性計(jì)算，并且經(jīng)過發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)校核。9.6.5頂值限制頂值限制包括頂值電壓限制和頂值電流瞬時(shí)限制。頂值限制對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果有影響，應(yīng)構(gòu)建符合實(shí)際的頂值限制模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。頂值限制值可通過大擾動(dòng)試驗(yàn)或靜態(tài)試驗(yàn)獲取。UEL應(yīng)構(gòu)建符合實(shí)際的模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。UEL通用模型見附錄D。OEL應(yīng)構(gòu)建符合實(shí)際的模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。OEL通用模型見附錄E。VFL應(yīng)構(gòu)建符合實(shí)際的模型，設(shè)置符合實(shí)際的限制值。VFL模型應(yīng)符合GB/T7409(所有部分)的規(guī)定。PSS應(yīng)選擇與實(shí)際一致的模型。PSS模型主要有兩種：?jiǎn)屋斎胄盘?hào)PSS模型(見圖21)和加速功率型PSS模型(圖22)。l+sT?sTwzT4ssinUsn——PSS輸入信號(hào)；——PSS信號(hào)測(cè)量環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；——PSS隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；A?、A?——PSS濾波器參數(shù)；T?、T?、T?、T?、Ts、Ts——PSS時(shí)間常數(shù)；Ks——PSS增益；Uss——PSS輸出信號(hào)。圖21單輸入信號(hào)PSS模型1+sTwgKgaPWkTs7eKsesTgSTKs?2+符號(hào)說明：——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或頻率；P——發(fā)電機(jī)有功功率；——傳遞函數(shù)的頻域變量；Twi、Twz、Tws、Twi——PSS隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；Uss——PSS輸出；Ussmx、Ussmit——PSS輸出限幅值。圖22加速功率型PSS模型按照規(guī)定的基準(zhǔn)值將實(shí)際的增益折算為標(biāo)幺化的增益。對(duì)PSS輸出信號(hào)，當(dāng)PSS輸出加入到AVR電壓相加點(diǎn)上時(shí)PSS輸出信號(hào)的基準(zhǔn)值應(yīng)與發(fā)電機(jī)電壓的基準(zhǔn)值相同；當(dāng)PSS輸出加入到AVR電壓相加點(diǎn)后的某環(huán)節(jié)的輸出點(diǎn)時(shí)，PSS輸出信號(hào)的基準(zhǔn)值與該輸出點(diǎn)信號(hào)的基準(zhǔn)值相同，以保證計(jì)算模型的正確性。需要獲得PSS信號(hào)的測(cè)量時(shí)間常數(shù)。數(shù)字式調(diào)節(jié)器的PSS信號(hào)測(cè)量存在隨機(jī)的純滯后時(shí)間，可以進(jìn)行多次階躍試驗(yàn)獲得平均純滯后時(shí)間，測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)等于該平均純滯后時(shí)間。10計(jì)算模型的選擇與參數(shù)處理10.1等同計(jì)算模型選擇及參數(shù)處理10.1.1等同計(jì)算模型宜采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序中已有的勵(lì)磁系統(tǒng)模型，無適用模型時(shí)可采用自定義模型。10.1.2實(shí)測(cè)模型的控制部分、電壓測(cè)量、頂值限制和PSS環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)模型一致時(shí)，直接采用標(biāo)準(zhǔn)模型；不一致時(shí)，可通過等值變換獲得穩(wěn)定計(jì)算用環(huán)節(jié)模型。10.1.3PSS輸出信號(hào)相加點(diǎn)、用作勵(lì)磁穩(wěn)定器的軟反饋和用作減少勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的反饋相加點(diǎn)與實(shí)測(cè)模型一致。10.1.4當(dāng)并聯(lián)型PID轉(zhuǎn)換為串聯(lián)型PID且不出現(xiàn)非負(fù)實(shí)數(shù)根時(shí)，認(rèn)為并聯(lián)型PID與串聯(lián)型PID有一致的結(jié)構(gòu)，可將并聯(lián)型PID轉(zhuǎn)換為串聯(lián)型PID。10.1.5當(dāng)實(shí)測(cè)模型中有多個(gè)限幅時(shí)，可采用穩(wěn)定計(jì)算用模型的限幅替代。10.1.6當(dāng)實(shí)測(cè)模型中存在多個(gè)串聯(lián)的小時(shí)間常數(shù)慣性環(huán)節(jié)時(shí)，宜合并為一個(gè)時(shí)間常數(shù)不小于10ms的一階慣性環(huán)節(jié)。10.1.7穩(wěn)定計(jì)算用模型中多余的環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)使其不起作用。10.1.8當(dāng)發(fā)電機(jī)空載和負(fù)載下調(diào)節(jié)器參數(shù)或限制值不同、且對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響時(shí)，應(yīng)在建模報(bào)告中提供空載和負(fù)載下的參數(shù)。10.2近似計(jì)算模型的選擇及參數(shù)處理方法10.2.1如果電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序中無法得到與實(shí)測(cè)模型等同的計(jì)算模型，應(yīng)選擇與實(shí)測(cè)模型有相同的勵(lì)磁系統(tǒng)類型且最為接近的模型作為近似計(jì)算模型。10.2.2通過計(jì)算校核確定近似計(jì)算模型參數(shù)。11現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與仿真校核11.1現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍試驗(yàn)，階躍量不應(yīng)使調(diào)節(jié)器進(jìn)入限幅區(qū)域，一般為1%～5%。用SFC直接拖動(dòng)的調(diào)相機(jī)，需要將調(diào)相機(jī)拖到額定轉(zhuǎn)速附近后在墮轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行空載電壓給定階躍11.2通過資料或試驗(yàn)獲得發(fā)電機(jī)空載特性曲線、T'a等發(fā)電機(jī)參數(shù)。T'的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)校核方法見附錄F。11.3在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序中設(shè)置發(fā)電機(jī)參數(shù)，電抗參數(shù)應(yīng)采用不飽和值，發(fā)電機(jī)飽和系數(shù)應(yīng)按程序規(guī)定定義求取，常用算法見附錄G。建立勵(lì)磁系統(tǒng)模型，進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍仿真計(jì)算。11.4計(jì)算實(shí)測(cè)和仿真中的發(fā)電機(jī)空載電壓給定階躍響應(yīng)的上升時(shí)間tup、峰值時(shí)間tp、超調(diào)量Mp、調(diào)整時(shí)間t、和振蕩次數(shù)N;仿真與實(shí)測(cè)的偏差允許值應(yīng)符合表1。表1仿真與實(shí)測(cè)的偏差允許值品質(zhì)參數(shù)參數(shù)范圍偏差允許值(=實(shí)測(cè)值一仿真值)±0.5實(shí)測(cè)值Mp0～10%±0.5實(shí)測(cè)值全部士2sN全部12模型參數(shù)仿真復(fù)核12.1實(shí)測(cè)勵(lì)磁模型參數(shù)經(jīng)仿真復(fù)核后，方可用于電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)仿真計(jì)算。12.2實(shí)測(cè)報(bào)告復(fù)核內(nèi)容應(yīng)包括：a)核查勵(lì)磁建模試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容的完整性；b)核查現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；c)進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載電壓小階躍試驗(yàn)仿真；d)進(jìn)行發(fā)電機(jī)負(fù)載電壓小階躍試驗(yàn)仿真。12.3模型參數(shù)實(shí)際電網(wǎng)復(fù)核工作應(yīng)包括：a)實(shí)測(cè)模型參數(shù)放入實(shí)際電網(wǎng)中，進(jìn)行無擾動(dòng)校核；b)實(shí)測(cè)模型參數(shù)放入實(shí)際電網(wǎng)中，進(jìn)行小擾動(dòng)校核；c)實(shí)測(cè)模型參數(shù)放入實(shí)際電網(wǎng)中，根據(jù)需要，進(jìn)行大擾動(dòng)校核。GB/T40589—2021(規(guī)范性)限幅的表達(dá)A.1內(nèi)限幅積分環(huán)節(jié)內(nèi)限幅應(yīng)符合圖A.1u<0,則dy/dt=u;若y≤B,u<0,dt=u。符號(hào)說明：u——輸入信號(hào)；A——限幅上限值；B——限幅下限值；y——輸出信號(hào)。的規(guī)定，其邏輯關(guān)系為：若y≥A,u>0,則dy/dt置0;若y≥A,則dy/dt置0;若y≤B,u>0,則dy/dt=u;若B<y<A,則dy/圖A.1積分環(huán)節(jié)內(nèi)限幅則dy/dt為0;如y=B,且f<0,則dy/dt為0;其他B<y<A。符號(hào)說明：u——輸入信號(hào)；A——限幅上限值；T——一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；B——限幅下限值；y——輸出信號(hào)。圖A.2一階慣性環(huán)節(jié)內(nèi)限幅A.2外限幅積分環(huán)節(jié)外限幅應(yīng)符合圖A.3的規(guī)定，其邏輯關(guān)系為：如A≥y≥B,則x=y;如y>A,則x=A;GB/T40589—2021符號(hào)說明：u——輸入信號(hào)；y——積分后輸出信號(hào)；A——限幅上限值；B——限幅下限值；x——輸出信號(hào)。一階慣性環(huán)節(jié)外限幅應(yīng)符合圖A.4的規(guī)定，其邏輯關(guān)系為：如B≤y≤A,則x=y;如y>A,則符號(hào)說明：u——輸入信號(hào)；T——一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；y——積分后輸出信號(hào)；A——限幅上限值；B——限幅下限值；x——輸出信號(hào)。(資料性)調(diào)節(jié)器輸出限幅值獲取方法B.1試驗(yàn)方法調(diào)節(jié)器輸出限幅值可通過發(fā)電機(jī)空載大擾動(dòng)試驗(yàn)來獲得。在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行大階躍試驗(yàn)，階躍量的大小應(yīng)使擾動(dòng)達(dá)到可控整流器最小和最大控制角，并保證發(fā)電機(jī)安全。計(jì)算模型中采用實(shí)測(cè)值。B.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法UrmAx——調(diào)節(jié)器最大輸出限幅值；Un——試驗(yàn)中最大發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓，單位為伏(V);Kc——換弧壓降系數(shù)；In——對(duì)應(yīng)于Un試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流，單位為安(A);U?——對(duì)應(yīng)于Un試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)電壓，單位為伏(V)。式中：URMN——調(diào)節(jié)器最小輸出限幅值；U?——試驗(yàn)中最小發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電壓，單位為伏(V);I?——對(duì)應(yīng)于U?的試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流，單位為安(A);U?對(duì)應(yīng)于U?的試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)電壓，單位為伏(V)。B.2.2交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中的URM?x和URMN按照式(B.3)和式(B.4)計(jì)算。B.2.3有副勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中的算，有勵(lì)磁變的交流勵(lì)磁機(jī)不可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中的URMAx和URMN按照式(B.7)和式(B.8)計(jì)算。UR——試驗(yàn)中調(diào)節(jié)器最大輸出值，單位為伏(V);Kp——強(qiáng)勵(lì)時(shí)副勵(lì)磁機(jī)電壓下降系數(shù)，對(duì)永磁機(jī)可取85%～90%,對(duì)自勵(lì)恒壓副勵(lì)磁機(jī)可取Uem——?jiǎng)?lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓基準(zhǔn)值，單位為伏(V)。式中：Ug——試驗(yàn)中調(diào)節(jié)器最小輸出值，單位為伏(V)。式中：U?——試驗(yàn)中與UR相對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)端電壓，標(biāo)幺值(p.u.)。GB/T40589—2021URMN=UR/(UmU?)U?——試驗(yàn)中與UR相對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)端電壓，標(biāo)幺值(p.u.)。GB/T40589—2021(資料性)電壓調(diào)差率的測(cè)量C.1電壓調(diào)差極性的測(cè)量在發(fā)電機(jī)有功功率保持不變、滯相運(yùn)行的情況下，保持電壓給定值不變，當(dāng)采用發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線時(shí)，從負(fù)到正調(diào)整被試驗(yàn)機(jī)組的無功電流補(bǔ)償系數(shù)；當(dāng)采用擴(kuò)大單元接線時(shí)，無功電流補(bǔ)償系數(shù)在大于零的一定范圍內(nèi)調(diào)整。若試驗(yàn)機(jī)組的機(jī)端電壓逐漸變低，無功功率逐漸變小，則極性與GB/T7409(所有部分)規(guī)定一致；若試驗(yàn)機(jī)組的機(jī)端電壓逐漸變高，無功功率逐漸變大，則相反。C.2電壓調(diào)差率的測(cè)量C.2.1方法一，在功率因數(shù)等于零的情況下，保持電壓給定值不變，甩掉50%～100%的額定無功功率，測(cè)量甩負(fù)荷前后的發(fā)電機(jī)電壓，然后按照式(C.1)計(jì)算電壓調(diào)差率：D——電壓調(diào)差率；U?——甩負(fù)荷后的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，單位為伏(V);U?——甩負(fù)荷前的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，單位為伏(V);Um——發(fā)電機(jī)額定電壓，單位為伏(V);I、——發(fā)電機(jī)額定電流，單位為安(A);I、——甩負(fù)荷前的發(fā)電機(jī)無功電流，單位為安(A)。C.2.2方法二，此方法可用于被試驗(yàn)機(jī)組有相鄰機(jī)組或無功補(bǔ)償設(shè)備的情況。在發(fā)電機(jī)發(fā)出無功功率的情況下(有功功率保持不變),保持電壓給定值不變，調(diào)整相鄰機(jī)組或無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率，測(cè)量調(diào)整前后被試驗(yàn)機(jī)組的機(jī)端電壓和無功電流，然后按照式(C.2)計(jì)算電壓調(diào)差率：…………(C.2)Ia——相鄰機(jī)組或無功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)整無功后的目標(biāo)發(fā)電機(jī)無功電流，單位為安(A);Ia?——相鄰機(jī)組或無功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)整無功前的目標(biāo)發(fā)電機(jī)無功電流，單位為安(A)。注：工程上也可用相對(duì)應(yīng)的無功功率Qa、Qa和額定視在功率SN分別近似代替電流Iq、Ia和Iv。C.2.3方法三，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，保持機(jī)端電壓給定值不變。通過逐步更改無功電流補(bǔ)償系數(shù)，以1%為步長(zhǎng)修改，記錄每一個(gè)無功電流補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定值下的發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的有功功率、無功功率、機(jī)端電壓值。通過式(C.3)計(jì)算設(shè)定值修改后的電壓調(diào)差率：式中：D;——第i次修改調(diào)差系數(shù)后的電壓調(diào)差率；X?——發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的飽和值，標(biāo)幺值(p.u.);K——?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)靜態(tài)增益，標(biāo)幺值(p.u.);U?——無功電流補(bǔ)償系數(shù)為0的機(jī)端電壓，單位為伏(V);……(C.3)U;——第i次修改調(diào)差系數(shù)后的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，單位為伏(V);Un——發(fā)電機(jī)額定電壓，單位為伏(V);Iv——發(fā)電機(jī)額定電流，單位為安(A);Q;——第i次修改調(diào)差系數(shù)后的發(fā)電機(jī)無功功率，單位為乏(var)。GB/T40589—2021(資料性)低勵(lì)限制模型D.1折線型低勵(lì)限制折線型由多段直線組成，也可是一段直線。每一段直線用式(D.1)表示，折線型低勵(lì)限制曲線的一段直線見圖D.1。Q=KP+C………(D.1)式中：Q——發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制無功值，標(biāo)幺值(p.u.);K——折線型低勵(lì)限制曲線中一段直線的斜率；P—-發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有功，標(biāo)幺值(p.u.);C——折線型低勵(lì)限制曲線的一段直線在P-Q坐標(biāo)系中的截距。符號(hào)說明：(P?,Q?)——發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)1;(P?,Q?)——發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)2。圖D.1折線型低勵(lì)限制中的一段直線一般給定斜率K和截距C,或由二點(diǎn)法確定K和C,見式(D.2)。式中各變量均采用標(biāo)幺值。式中：K——折線型低勵(lì)限制曲線中一段直線的斜率；Q?——發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的無功功率；Q?——發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)2對(duì)應(yīng)的無功功率；P?——發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的有功功率；P?——發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)2對(duì)應(yīng)的有功功率；C——折線型低勵(lì)限制曲線的一段直線在P-Q坐標(biāo)系中的截距。D.2圓周型低勵(lì)限制圓周型動(dòng)作線的圓心在Q軸上，見圖D.2。給定r、Q?時(shí)圓弧用式(D.3)表示。式中各變量均采用標(biāo)幺值。P2+(Qo-Q)2=r2→Q=Qo-√r2-P2……(D.3