QGDW 11891-2018 同步发电机励磁系统控制参数整定计算导则

4.1励磁系统控制参数整定计算的主要任务是确定励磁系统的技术参数和运行参数，提高励磁系统的 控制性能、安全性能并适应电网稳定运行的要求。 4.2本标准不涉及励磁装置控制功能的配置，不列举励磁装置的具体型式，整定计算方法适用于国内 主要励磁系统控制功能和控制原理，本标准所列功能及原理之外的控制参数整定计算方法可参考制造厂 家技术说明书。 4.3本标准涉及的控制模型及参数的标么化基准值取值方法参考DL/T1167第7章。 4.4励磁系统整定的控制参数应符合发电机组及励磁系统的安全运行能力范围要求。 4.5励磁系统限制环节、励磁保护参数的整定应考虑与发变组继电保护匹配，确保励磁系统限制环节 及励磁保护先于发变组继电保护动作。 4.6励磁系统正式投产时应提供励磁系统控制参数定值单，参见附录A。主控制环节参数、限制环节 参数和其他环节参数定值单格式范例参见表A.1~表A.3。

5主控制环节参数整定计算

5.1电压PID控制环节

水产标准5.1.1串联PID控制

串联PID控制又称动态增益抑制型控制，模型如

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控制的磁场电压如式（2

式中： V 发电机磁场电压，（p.u）.； Vrer 发电机机端电压给定值，（p.u.）； V 发电机机端电压实际值，（p.u.）； K 串联PID比例放大倍数； T、T2 串联PID等效积分环节时间常数，（s）； T、T, 串联PID等效微分环节时间常数，（s）； K 励磁系统功率部分等效一阶惯性环节放大倍数； T 励磁系统功率部分等效一阶惯性环节时间常数，（s） 串联PID控制的幅频特性如图4所示。

图3串联PID控制模型图

1+sT,1+sT 1+sT

图4串联PID控制幅频特性图

采用串联PID控制的励磁系统的稳态增益为KXK，励磁系统的动态增益为KXK,×T,/T2，励磁系 态增益为KXK.XT./T,XT/T

5.1.1.2串联PID控制整定原则

串联PID控制整定原则包括： a 串联PID控制参数应根据同步发电机空载电压阶跃响应试验结果进行整定； 空载电压阶跃量：在阶跃扰动不进入非线性调节区域的原则下，静止励磁系统一般取5%阶跃， 励磁机励磁系统一般取2%阶跃； 静止励磁系统空载电压阶跃响应应满足：上升时间不大于0.5s，振荡次数不超过3次，调节 时间不超过5s，超调量不大于30%； 励磁机励磁系统空载电压阶跃响应应满足：上升时间不大于0.6s，振荡次数不超过3次，调 节时间不超过10s，超调量不大于40%

5.1.1.3串联PID控制整定计算

5.1.1.3.1静止励磁系统参数整定

励磁系统的稳态增益不应小于200，励磁系统的动态增益不应小于30，励磁系统的暂态增益不 30。典型参数可取KXK.=500，时间常数T=1S，T,=10s，T,=0.04S，T,=0.02s。空载阶跃响应特性 求情况下，可不采用串联PID控制的微分环节，即T=T。

5. 1.1.3. 2 励磁机励磁系统参数整定

励磁系统的稳态增益不宜小于800，励磁系统的动态增益不应小于30，励磁系统的暂态增益不宜小 于30。典型参数可取K×K=1200，时间常数T,=1S，T,=10s，T,=0.3s，T,=0.03s。对高起始响应励磁系统 励磁系统的稳态增益不小于1200。对于投入励磁反馈控制环节的励磁机励磁系统，其参数可参照静止厉 磁系统整定。

5.1.2并联PID控制

5. 1. 2 并联 PID 控制

并联PID控制模型如图5所示。

说明： K——并联PID比例放大倍数

兑明 一并联PID比例放大倍数：

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并联PID控制的磁场电压如式（3）所示。

式中： V一一发电机磁场电压，（p.u.）； Vrer一一发电机机端电压给定值，（p.u.）； 发电机机端电压实际值，（p.u.）； 一并联PID比例放大倍数； K,一一并联PID积分放大倍数； K，一一并联PID微分放大倍数； 并联PID微分时间常数，宜小于0.5s； K 励磁系统功率部分等效一阶惯性环节放大倍数； T 励磁系统功率部分等效一阶惯性环节时间常数，（s） 用并联PID控制的励磁系统的稳态增益理论值为8o，励磁系统

5.1.2.2并联PID控制整定原则

图5并联PID控制模型图

并联PID控制整定原则包括： a 并联PID控制参数应根据发电机空载电压阶跃响应试验结果进行整定； 6） 空载电压阶跃量：在阶跃扰动不进入非线性调节区域的原则下，静止励磁系统一般取5%阶跃， 励磁机励磁系统一般取2%阶跃； C) 静止励磁系统空载阶跌响应应满足：上升时间不大于0.5S，振荡次数不超过3次，调节时间 不超过5s，超调量不大于30%； d) 励磁机励磁系统空载阶跌响应应满足：上升时间不大于0.6S，振荡次数不超过3次，调节时 间不超过10s，超调量不大于40%； 并联PID控制函数转换成串联PID控制函数时，转换后的串联PID控制函数等效参数应是实数

5.1.2.3并联PID控制整定计算

5.1.2.3.1静止励磁系统参数整定

励磁系统的动态增益不应小于30， 典型参数可取K,XK=60，K,XK=20。空载阶跃响应特性满足要求情况下，可不采用并联PID控制的微分 环节，即K,设置为O。

5.1.2.3.2励磁机励磁系统参数整定

励磁系统的动态增益不应小于30，比例放大倍数K,与积分放大倍数K,比例宜在10:2～10:8范围内， K/T,不宜小于5。典型参数可取K×K,=60，K,×K=20，K,×K=10，K/T,=10。对于投入励磁反馈控制环 的励磁机励磁系统，其参数可参照静止励磁系统整定。

5.1.3混合PID控制

5.1.3.1混合PID控制原理

混合PID控制模型如图6

混合PID控制的磁场电压如式（4）所示。

图6混合PID控制模型图

式中： V 一发电机磁场电压，（p.u.）； Vref 发电机机端电压给定值，（p.u.）； V 发电机机端电压实际值，（p.u.）： K 一混合PID比例放大倍数； 一混合PID积分放大倍数； T、T,一 一混合PID等效微分环节时间常数，（s）； K 励磁系统功率部分等效一阶惯性环节放大倍数； T 励磁系统功率部分等效一阶惯性环节时间常数，（s）。 采用混合PID控制的励磁系统的稳态增益理论值为°o，励磁系统的动态增益为K,XK。

1.3.2混合PID控制整

混合PID控制整定原则包括： a） 混合PID控制参数应根据发电机空载电压阶跃响应试验结果进行整定； b） 空载电压阶跃量：在阶跃扰动不进入非线性调节区域的原则下，静止励磁系统一般取5%阶跃， 励磁机励磁系统一般取2%阶跃： c） 静止励磁系统空载阶跃响应应满足：上升时间不大于0.5s，振荡次数不超过3次，调节时间 不超过5s，超调量不大于30%； d） 励磁机励磁系统空载阶跃响应应满足：上升时间不大于0.6s，振荡次数不超过3次，调节时 间不超过10s，超调量不大于40%

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5.1.3.3.1静止励磁系统参数整定

励磁系统的动态增益不应小于30，比例放大倍数K与积分放大倍数K,比例宜在10:2～10:8范围 ≥T4。典型参数可取KXK=60，K,×K,=20，T,=0.08s，T,=0.04s。空载电压阶跃响应特性满足要求 ，可不采用混合PID控制的微分环节，即T,=T

5.1.3.3.2励磁机励磁系统参数整定

励磁系统的动态增益一般不小于30，比例放大倍数K,与积分放大倍数K，比例宜在10:2～10:8范 般取0.01s～0.05s，T3一般取T的4～15倍。典型参数可取K,×K.=60，K,×K=20，T=0.2s，T,=0 于投入励磁反馈控制环节的励磁机励磁系统，其参数可参照静止励磁系统整定。

5.2.1.1发电机磁场电压软负反馈控制原理

发电机磁场电压软负反馈控制模型如图7所示。

发电机磁场电压软负反馈控制输出值如式（5）所示，

式中： Vr一一发电机磁场电压软负反馈控制输出值，（p.u.）； K,一一发电机磁场电压软负反馈控制放大倍数； T,一一发电机磁场电压软负反馈控制时间常数，（s） V一一发电机磁场电压，（p.u.）。

5.2.1.2发电机磁场电压软负反馈控制整定原！

图7发电机磁场电压软负反馈控制模型图

发电机磁场电压软负反馈控制整定原则包括： a）发电机磁场电压软负反馈控制环节主要应用于励磁机有刷励磁系统，静止励磁系统中一般 入 (K=0) ;

6） 发电机磁场电压软负反馈控制参数应结合电压PID控制环节参数考虑，根据同步发电机空载电 压阶跃响应试验结果进行整定； 采用发电机磁场电压软负反馈控制的电压PID控制环节中微分环节不宜投入： 在阶跃扰动不进入非线性调节区域的原则下，一般取2%空载阶跃量； 采用励磁机有刷励磁系统的发电机空载电压阶跃响应应满足：上升时间不大于0.6s，振荡次 数不超过3次，调节时间不超过10s，超调量不大于40%

5.2.1.3发电机磁场电压软负反馈控制整定计算

5.2.2.1发电机磁场电压硬负反馈控制原理

发电机磁场电压硬负反馈控制模型如图8所示。

电机磁场电压硬负反馈控制输出值如式（6）所 Vm. = K..×V.

发电机磁场电压硬负反馈控制输出值如式（6）所示。

式中： 发电机磁场电压硬负反馈控制输出值，（p.u.）； 发电机磁场电压硬负反馈控制系数； V, 发电机磁场电压，（p.u.）。

5.2.2.2发电机磁场电压硬负反馈控制整定原

图8发电机磁场电压硬负反馈控制模型图

发电机磁场电压硬负反馈控制整定原则包括： a）发电机磁场电压硬负反馈控制应用于励磁机有刷励磁系统，静止励磁系统不投入（Km=0） b）发电机磁场电压硬负反馈控制参数整定时需要参考移相环节和励磁机参数； c）发电机磁场电压硬负反馈控 整定目标是将励磁机时间常数等效降低

5.2.2.3发电机磁场电压硬负反馈控制整定计算

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动磁机磁场电流硬负反馈

励磁机磁场电流硬负反馈控制模型如图9所示。

磁机磁场电流硬负反馈控制输出值如式（7）所

式中： Vke 励磁机磁场电流硬负反馈控制输出值，（p.u.）； 励磁机磁场电流硬负反馈控制系数； Ier 励磁机磁场电流，（p.u.）。

5.2.3.2励磁机磁场电流硬负反馈控制整定原

图9励磁机磁场电流硬负反馈控制模型图

VH2 = KH2 × I

励磁机磁场 a）励磁机磁场电流硬负反馈控制应用于励磁机励磁系统，静止励磁系统不投入（K=0）； b）励磁机磁场电流硬负反馈 定时需要参考移相环节和励磁机参数： c励磁机磁场电流硬负 将励磁机时间常数等效降低

5.3励磁系统输出上下限

AU COs(αMIN) U pID K COS(αMAx) U. Kcl,

说明： 电压PID控制环节输出值； au 励磁调节最大触发角，（°）： a 励磁调节最小触发角，（°）； U 一整流桥交流侧线电压， （V); K。一一与换相电抗相关的整流器负荷系数； I，一一发电机磁场电流，（A）； 4U一计及励磁系统一次回路压降的综合电压补偿值，（V）； 发电机磁场电压， (V)

励磁系统输出上下限值如式（8）式（9）所

图10励磁系统输出上下限模型图

式(8)～式(9)中： Vnur 发电机最大磁场电压， (V); VauIN 发电机最小磁场电压， (V); Uac 整流桥交流侧线电压， (V) ; ar 励磁调节最大触发角， （°）； aMIN 励磁调节最小触发角， （°）; Kc 与换相电抗相关的整流器负荷系数： Iaur 发电机最大磁场电流， （A） 4U 计及励磁系统一次回路压降的综合电压补偿值，（V）

5.3.2励磁系统输出上下限整定原则

励磁系统输出上下限整定原则包括： a）励磁调节最小触发角应保证发电机在规定强励电流倍数下能够输出规定的强励电压倍数； b）励磁系统最大输出电压需要考虑励磁电源内阻抗压降、整流元件压降及传输回路压降的影响： C）励磁调节最大触发角应保留足够的安全裕度，保证不会发生逆变颠覆故障

5.3.3励磁系统输出上下限整定计算

励磁系统输出上下限整定计算应满足： a）励磁调节最小触发角如式（10）所示，实际整定值不应大于式（10）计算值

式中： a 励磁调节最小触发角，（°）； Vnur 发电机最大磁场电压，（V）； 与换相电抗相关的整流器负荷系数； Iaur 发电机最大磁场电流，（A）； 4U 计及励磁系统一次回路压降的综合电压补偿值，可取2V～4V； U. 整流桥交流侧线电压，（V）

VMAX +KCIMAx +AU αmIv =arccos( 1.35U

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动磁调节最大触发角一般不大于150°

6限制环节参数整定计算

伏赫兹限制目的是防止同步发电机或与其相连变压器过磁通。典型的伏赫兹限制计算逻辑如 示。

伏赫兹反时限限制配合曲线如图12所示。

图11典型伏赫兹限制逻辑图

发电机或变压器过激磁能力曲线： 发变组过励磁反时限继电保护动作曲线： 伏赫兹反时限限制动作曲线。

发电机或变压器过激磁能力曲线： 发变组过励磁反时限继电保护动作曲线： 伏赫兹反时限限制动作曲线。

发电机或变压器过激磁能力曲线： 发变组过励磁反时限维继电保护动作曲线 伏赫兹反时限限制动作曲线。

图12伏赫兹反时限限制曲线配合图

伏赫兹限制整定原则包括： 伏赫兹限制应具备反时限限制特性，伏赫兹限制反时限动作特性宜采用5点及以上的折线方式 实现： 伏赫兹限制定值设置应与同步发电机及主变压器的过激磁特性曲线匹配； 伏赫兹限制启动值、限制值应与发变组过励磁继电保护和过电压继电保护的定值相互配合。

.1.3伏赫兹限制整定计算

6.2.1过励限制原理

具功能设计和参数整定应以发电机磁场绕组 过电流特性作为依据。典型过励限 13所

一发电机额定磁场电流，（p.u.）； I，一一发电机磁场电流，（p.u.）； Iact——过励限制磁场电流启动值， (p.u.): 一发电机励磁绕组冷却热量：

一发电机额定磁场电流，（p.u.）； I，一—发电机磁场电流，（p.u.）； Iact——过励限制磁场电流启动值， (p. u. ) 一发电机励磁绕组冷却热量：

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Acoo 发电机过励冷却系数； C 发电机励磁绕组发热热量； C——发电机励磁绕组过热常数； 一过励限制动作信号。

6. 2.2过励限制整定原则

过励限制配合曲线如图14所示。

过励限制整定原则包括：

图13典型过励限制逻辑图

图14过励限制配合曲线图

隐极同步发电机励磁绕组过电流能力如式（11）所示，过励限制动作曲线应依据过电流能 时限特性整定：

式中： I,一一发电机磁场电流，（p.u.）； t一一持续时间，（s）； C一一发电机励磁绕组过热常数。 对于隐极同步发电机，C值参见GB/T7064的规定； 水轮发电机励磁绕组过电流能力可参照公式（11），并满足DL/T583的规定。水轮发电机的 励磁绕组应能承受2倍额定磁场电流，持续时间为：空气冷却的水轮发电机不少于50s，确定 励磁绕组过热常数C值为150；水直接冷却或加强空气冷却的水轮发电机不少于20s，确定励 磁绕组过热常数C值为60； d 过励限制应与同步发电机转子过负荷继电保护定值相互配合，应在同步发电机转子过负荷继电 保护动作之前限制磁场电流到规定值：

式中： I,一一发电机磁场电流，（p.u.）； t一一持续时间，（s）； C一一发电机励磁绕组过热常数。 对于隐极同步发电机，C值参见GB/T7064的规定； C 水轮发电机励磁绕组过电流能力可参照公式（11），并满足DL/T583的规定。水轮发电机的 励磁绕组应能承受2倍额定磁场电流，持续时间为：空气冷却的水轮发电机不少于50s，确定 励磁绕组过热常数C值为150；水直接冷却或加强空气冷却的水轮发电机不少于20s，确定励 磁绕组过热常数C值为60； d 过励限制应与同步发电机转子过负荷继电保护定值相互配合，应在同步发电机转子过负荷继电 保护动作之前限制磁场电流到规定值：

e） 以励磁机磁场电流作为过励限制控制量时应考虑励磁机的饱和。应检查励磁机磁场过电流能力 与发电机磁场过电流能力之间的关系，以过电流能力低者为整定依据； f） 过励限制反时限特性曲线应能独立设置，反时限特性曲线与限制启动值、限制目标值等其它参 数无关； g） 过励限制动作过程中，磁场电流调节应快速平稳；过励限制动作后，同步发电机及励磁系统应 稳定运行，有功功率振荡阻尼比不小于0.03

5.2.3过励限制整定计算

过励限制整定计算应满足： a）过励限制启动值Iact可取1.05p.u.1.1p.u.，应小于发电机转子过负荷继电保护反时限启动 值并留有合理级差，级差可取0.01p.u.～0.03p.u.； b） 过励限制的励磁绕组过热系数应与发电机的励磁绕组过热常数留有合理级差，可取5%～15%发 电机励磁绕组过热常数。隐极同步电机过励限制的励磁绕组过热常数C依据GB/T7064规定取 30; c）过励冷却系数K可取0.5~1.0

3.1顶值电流限制原理

贝值电流限 不超过发电机转于允许的最大微场电流值。贝 时动作的方式

6.3.2顶值电流限制整定原则

顶值电流限制整定原则包括： a 顶值电流限制应与同步发电机励磁绕组过电流能力相适应，对于励磁机励磁系统还应考虑励磁 机励磁绕组过电流能力： b) 顶值电流限制应与励磁变过电流继电保护定值相互配合，应在继电保护动作之前限制磁场电流 到规定值； 顶值电流限制应与励磁系统输出过电流能力相适应，有效控制励磁系统输出电流在允许范围 内； d 静止励磁系统的顶值电流限制采用发电机磁场电流作为输入量，励磁机励磁系统的顶值电流限 制可采用励磁机磁场电流作为输入量； 顶值电流限制定值不应影响发电机励磁系统的强励能力。

6.3.3顶值电流限制整定计算

顶值电流限制整定计算应满足： 顶值电流倍数可取发电机磁场电流最大允许值或略小，励磁机励磁系统的顶值电流倍数可取发 电机磁场电流最大允许值所对应的励磁机磁场电流值或略小，一般取2倍发电机额定磁场电流 时对应的励磁机磁场电流值： b）顶值电流限制宜采用瞬时或小延时动作管件标准，延时动作时间不大于0.1s。

6.4.1欠励限制原理

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欠励限制的主要目的是控制发电机组运行在静稳极限、定子端部铁芯发热限制和发电机设计PQ曲线 允许的范围内，维持电网电压的稳定和发电厂厂用电电压在运行范围内。典型欠励限制计算逻辑如图15 所示。

6.4.2欠励限制整定原则

欠励限制配合曲线如图16所示。

iso标准欠励限制整定原则包括

图15典型欠励限制逻

16欠励限制配合曲线图