5.3励磁系统测试接口与试验功能要求

A/D转换接口，各转换接口的绝缘、抗干扰、转换精度和响应时间能满足测试要求， 包括（但不限于）： 1）可以叠加至AVR给定和PSS信号输入点的A/D接口； 2）经D/A转换的AVR控制输出和PSS控制输出。 励磁系统应提供便于仪器测量、接线且符合绝缘要求的励磁电压、励磁电流接线端子 各测试接口能保证测试过程中设备、人员和系统安全。

三层标准规范范本应根据励磁系统类型收集下述资料和数据： a 包含发电机、主变压器及厂站高压母线、送出线路等的主接线图； b） 主变压器、励磁变压器的额定容量、一次和二次额定电压、短路电抗和负序电抗； 直流励磁机空载特性曲线、负载特性曲线、额定电压、额定电流、励磁绕组时间常数 励磁方式、励磁绕组电阻等：

d 交流励磁机额定容量、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定磁场电压和电流、 空载和负载特性曲线、电枢开路时励磁绕组时间常数Tdoe、励磁方式、励磁绕组电阻、 同步电抗Xde、次暂态电抗Xde和负序电抗X2e; 副励磁机额定容量、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定频率、外特性曲线、 空载电压、发电机输出额定电流时的端电压、发电机输出强励电流时的机端电压； 发电机空载特性曲线、发电机Tao等各时间常数、发电机各电抗值、完整的机组轴系各 部件转动惯量（含原动机）、发电机额定电压、额定电流、额定视在功率、额定功率因 数、额定磁场电压、额定磁场电流、空载额定磁场电压、空载额定磁场电流、在规定 温度下的励磁绕组电阻值； 名 励磁系统可控整流桥触发角度范围，励磁系统整流桥、灭磁系统等一次回路接线方式； h 励磁系统功能说明、投产试验报告以及各个环节的整定参数； 有资质第三方出具的励磁系统涉网性能测试报告

a）标幺值是由实际值除以基准值得到的： b）发电机电压的基准值UB为发电机额定电压，发电机电流的基准值B为发电机额定电流， 发电机功率的基准值SB为发电机额定视在功率，发电机转速（频率）的基准值nB（fB） 为发电机额定转速（频率）： 发电机磁场电流的基准值IB为发电机空载特性气隙线上产生额定电压所需的磁场电 流；发电机磁场绕组电阻的基准值RB为发电机额定工况下发电机励磁回路电阻，也可 取为发电机额定磁场电压除以额定磁场电流的数值；发电机磁场电压的基准值UB为磁 场电流的基准值乘以磁场绕组电阻的基准值： d 励磁机磁场电流的基准值IeB为在励磁机空载特性曲线气隙线上产生一个标么值发电 机磁场电压所要求的励磁机磁场电流值，励磁机励磁电阻的基准值ReB为发电机额定 工况下的励磁机励磁回路的电阻，也可取励磁机额定磁场电压除以励磁机额定磁场电 流并考虑回路阻值作为励磁机励磁电阻的基准值RefB；励磁机磁场电压的基准值UefB 为励磁机磁场电流基准值乘以励磁机励磁绕组电阻基准值： 调节器的输入电压、电流和功率的基准值等于发电机电压、电流和功率的基准值。当 控制发电机磁场电压时调节器输出电压基准值等于发电机磁场电压的基准值、调节器 输出电流基准值等于发电机磁场电流的基准值，当控制励磁机磁场电压时调节器输出 电压基准值等于励磁机磁场电压的基准值、调节器输出电流基准值等于励磁机磁场电 流的基准值。

8励磁调节器环节特性辨识的基本方法

根据模拟式调节器的电路图或数字式调节器的传递函数框图，可以确定各部分的模型，在 此基础上测辨其参数。根据模型的具体情况，分级测试各环节的输入、输出特性，根据测量结 果和预定的计算模型拟合得到未知的参数。对励磁调节器环节特性的测试辨识一般在静态情况 下进行，常用的方法有频域测量法和时域测量法，也可以同时采用频域测量和时域测量两种方 法。

8.2.1利用频谱分析仪，测量待辨识环节输出对于输入的频率特性，信号可采用正弦扫频或 噪声信号，采用对比或拟合技术辨识模型的参数。 8.2.2对于简单的一阶模型，可以利用已知频率特性的特征值直接计算参数。

8.2.3对于非一阶模型，由于对象的模型结构和部分参数一般已知，可以采用参数拟合技术 或采用模型的频率特性和实测的频率特性对比的方法确定模型的参数。

8.2.3对于非一阶模型，由于对象的模型结构和部分参数一般已知，可以采用

8.2.4测量的频率范围应根据研究对象的特点来选择。

8.3.1输入扰动信号，一般为阶跃信号，测量输出响应，采用对比输出响应特性曲线的方法 辨辩识模型的参数。 8.3.2对于简单的一阶惯性模型，如励磁调节器的电压和功率测量环节等，当采用阶跃响应 试验法时，其输出达到稳态变化量的0.632倍所需的时间就是环节的时间常数；输出稳态变 化量与输入阶跃量之比，就是环节的增益。

8.3.1输入扰动信号，一般为阶跃信号，测量输出响应，采用对比输出响应特性曲线的方法 辨辩识模型的参数。

8.3.3对于非一阶模型，如励磁调节器的PID环节、超前环节、励磁调节器的软负反馈环节、 励磁调节器的励磁机时间常数补偿环节（硬负反馈环节）、PSS环节等，可以采用时域参数辨 识或采用相同的输入信号下仿真待辨识模型的响应和实测响应对比的方法来确定环节参数。

8.3.3对于非一阶模型，如励磁调节器的PID环节、超前环节、励磁调节器的软负反馈环节、

8.4非线性环节的测量

应了解并通过实际测量来检验励磁调节器（包括PSS）各环节是否存在死区、限幅、逻 控制（如PSS自动投退）、非线性函数、变参数以及是否采用余弦移相等，要区分内限幅和外 幅两种限幅环节。限幅的表达见附录A。

8.5电压调差率与无功电流补偿率的测量

励磁系统建模试验时应对无功电流补偿率进行测量校核，综合预计算参数与校核试验结 确定励磁系统无功电流补偿系数并写入报告

8.5.2电压调差率极性的校核

在发电机发出无功功率的情况下， 机变压器组单元接线时，从负到正调整被试验机组的无功电流补偿系数（当采用扩大单元接线 过，无功电流补偿系数在大于0的范围内递增调整），测量被试验机组的机端电压应该逐渐变低， 无功功率应该逐渐变小，可确认为极性与GB/T7409规定一致；若被试验机组的机端电压逐渐 变高，无功功率逐渐变大，可确认为极性与GB/T7409规定相反

5.3电压调差率与无功电流补偿率的测量

8.5.3.1电压调差率测量方法1

在功率因数等于0的情况下，保持电压给定值不变，甩掉50%～100%的额定无功功率，测 量甩负荷前后的发电机电压，然后用式（1）计算电压调差率。

8.5.3.2电压调差率测量方法2

D(%) = UiN

此方法可以用于被试验机组有相邻机组或无功补偿设备的情况。在发电机发出无功功率 情况下（有功功率保持不变），保持电压给定值不变，大幅调整相邻机组或无功补偿设备的无 功率，测量调整前后被试验机组的机端电压和无功电流，然后用式（2）计算电压调差率：

Iro、/r1、/N 一一为调整前后的发电机无功电流值和额定电流值。工程上也可以用相对应的无 功率Qro、Qr1和额定视在功率Sn近似代替电流。

8.5.3.3无功电流补偿率测量方法

发电机空载运行时，记录给定值与机端电压的对应曲线，给定值宜在0.98～1.02倍额定机 端电压范围，可记录多组数据供负载试验时选取其中一组。发电机并网运行时，调节机组无功 功率至较大值，保持机端电压给定值不变。设定无功电流补偿系数为0，记录发电机稳定运行时 的有功功率、无功功率、机端电压值，更改无功电流补偿系数，记录发电机稳定运行时的有功 功率、无功功率、机端电压值。通过式3） （5）计算设定值修改后的无功电流补偿率：

D。一一无功补偿系数设置为0的电压调差率； D一一第i次修改无功电流补偿系数后的电压调差率； UtN一一发电机额定电压； Uto一一负载试验时励磁系统给定值对应空载时的发电机机端电压； Utio一一无功电流补偿系数为0的发电机机端电压； Kcci、Uti一一第i次修改无功电流补偿系数后的无功电流补偿率、发电机机端电压； /N 一发电机额定电流值

8.5.3.4无功电流补偿率测量方法2

发电机并网运行时，调节机组无功功率至较大值，保持机端电压给定值不变。通过逐步更 改无功电流补偿系数，以1%为步长修改，记录每一个无功电流补偿系数设定值下的发电机稳定 运行时的有功功率、无功功率、机端电压值。通过式（6）计算设定值修改后的无功电流补偿率：

UtN一一发电机额定电压： IN一一额定电流值； Uto一一无功电流补偿系数为0的机端电压； KRCCi、UtivQi 一第i次修改无功电流补偿系数后的无功电流补偿率、发电机机端电压、无功 功率。

8.5.3.5无功电流补偿率测量方法3

发电机并网运行时，调节机组无功功率至较大值。记录无功电流补偿系数为0时的发电 有功功率、无功功率、机端电压值给定值。逐步更改无功电流补偿系数，以1%为步长修改， 次修改完调整电压给定值使得机组无功功率回到试验调整前的水平，稳定后记录发电无功功率 机端电压值给定值。通过式（7）计算设定值修改后的无功电流补偿率：

Urefo一一无功电流补偿系数设置为0时的发电机机端电压给定值： Q。一一无功电流补偿系数设置为0时的无功功率； Urefi一一第i次修改无功电流补偿系数并调整机组无功功率至Qo后的发电机机端电压给定 值；

9励磁系统实测数学模型的建立

9.1.1收集资料，确定励磁系统数学模型类型。 9.1.2根据资料情况，确定现场试验项目，编写试验方案，进行现场试验。

9.1.1收集资料，确定励磁系统数学模型类型

9.1.3整理数据，建立励磁系统实测模型

在励磁系统实测数学模型的建立过程中，需整理并提供如下数据： a）各变量的基准值； b）根据频域或时域测量数据确定环节参数； c）建立励磁系统实测模型。

9.2发电机励磁系统的组成

发电机励磁系统由励磁功率部分、励磁控制部分、发电机电压测量和无功电流补偿部分以 及电力系统稳定器（简称PSS）组成，见图2所示，

发电机电压测量和电流衣 分形成实现控制的偏差信号 励磁控制部分实现励磁稳定控制和限制功能，由PID或软反馈校正环节、功率控制环节、 补偿励磁机时间常数的反馈环节、顶值限制环节、过磁通（V/Hz）限制环节、过励限制环节和 低励限制环节等组成， 励磁系统按照励磁功率部件不同，分为以下三种类型： a）直流励磁机励磁系统：

b) 交流励磁机励磁系统，包括静止或旋转的不可控整流器； 静止励磁系统，包括自并励静止励磁系统、恒定电压源静止励磁系统、交流励磁机可 控整流器励磁系统和交流侧串联自复励静止励磁系统

9.3静止励磁系统功率部分数学模型

9.3.1静止励磁系统结

静止励磁系统包括自并励静！ 源供电静止励磁系统、交流励磁机可控整 别组图3、 、图4、图5和图6所示。

图3自并励静止励磁系

图4恒电压源供电静止励磁系统

5交流励磁机可控整流器励磁系统

凌流励磁机可控整流器质

9.3.2自并励静止励磁系统功率部分数学模型

9.3.2自并励静止励磁系统功率部分数学模型 9.3.2.1功率部分数学模型

图6交流侧串联自复励静止励磁系统

采用三相全波可控整流和余弦移相方式的自并励静止励磁系统功率部分可建立图7所示 功率部分数学模型。

一发电机磁场电压； 一一功率放大环节增益： TE 一一功率放大环节时间常数： Ac 换弧压降系数。

URMAx和URMIN分别为发电机电压为额定值时电压调节器的最大输出电压和最小输出电压 JURMAx和UURMIN分别表示实际输出的限幅受到发电机机端电压变动的影响。

9.3.2.2换弧压降系数K

9.3.2.3调节器输出限制值URvax和UMIN

3UeTkUTIB UeSEIN

3UETkUET"I TU.SETN

3.3恒电压源静止励磁系统功率部分数学模型

恒电压源静止励磁系统功率部分数学模型见图8所示。Kc按照式（8）计算，URMAXx和UR 按照式（9）和式（10）计算。

图8恒电压源静止励磁系统功率部分数学模型和电源来自励磁机电枢的交流励磁机可控整

9.3.4交流侧串联自复励静止励磁系统功率部分数学模型

交流侧串联自复励静止励磁系统功率部分数学模型可采用恒电压源静止励磁系统功率部 数学模型近似模拟，但在计算换弧压降系数时必须考虑串联变压器的漏抗

交流励磁机可控整流器励磁系统功率部分数学

数学模型见图8。模型认为交流励磁机的电压调节器可以维持电枢电压恒定。交流励磁机的换 压降系数Kc由式（11）计算。URMAx和URMIN按照式（12）和式（13）计算。

式（11）～（13）申： aMAx和αMIN一一分别为可控整流器最大控制角和最小控制角，（°)； 一发电机磁场电压基准值，V。

9.4交流励磁机励磁系统功率部分数学模型

2元UBSNe 1.35UeAc COSs αMIN URMAX Um 1.35U .Ac COS αMAX URMIN Um

3(Xde + X2)UNlm 2元UBSNe 1.35U cAc COS QMIN URMAX UB 1.35U .Ac COS αMAX Um

磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统（图9）和 励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统（图10）。

图9有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统

电压互感器： 电流互感器。

9.4.2有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分数学模型

9.4.2.1功率部分数学模型

图10有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统

采用三相全波整流的、有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分数学模型 如图11所示，该模型包括了不可控整流器模型（静止和旋转两种类型）和交流励磁机模型。

图11有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分数学模型

图11有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分数学模型

9.4.2.2交流励磁机空载特性测量

断开发电机转子灭磁开关，保持励磁机额定转速不变。测量励磁机电枢交流电压和励磁机 磁场电流从0到强励对应值。将励磁机电枢交流电压乘以1.35倍转为直流电压后绘制励磁机空 载特性曲线，也可测整流后的直流电压，此时直流侧负载以足够保证整流器导通为限。

9.4.2.3交流励磁机负载特性测量

结合发电机空载、短路或负载试验，测量发电机磁场电压和励磁机磁场电流之间的关系 线。

9.4.2.4交流励磁机空载时间常数T.测量

交流励磁机空载时间常数在励磁机空载条件下用阶跃法测定，阶跃时交流励磁机磁场电压 的波形应为理想阶跃波形，否则将影响测试的准确性。也可以在励磁机负载条件下用频率响应 法确定。对于无刷励磁系统，只能在励磁机负载条件下测试。根据不同的试验条件可采取下述 测试方法： a）交流励磁机在空载条件下，采用励磁调节器手动定控制角方式使交流励磁机磁场电压 正向或负向阶跃，测录交流励磁机电枢电压上升或下降曲线，当变化量达到0.632时所 需的时间即为TE；

交流励磁机在空载条件下，利用手动励磁装置（感应调压器接三相不可控整流）在励 磁机电压不超过额定电压、阶跃量不小于50%条件下合上或拉开手动柜交流侧开关， 测录交流励磁机电枢电压上升或下降曲线，当变化量达到0.632时所需的时间即为TE； 发电机空载，励磁调节器工作在自动方式，在励磁调节器电压相加点加入噪声信号， 用频谱分析仪测量交流励磁机磁场电流和磁场电压之间的频率特性，或发电机磁场电 压对励磁机磁场电压的频率特性，根据交流励磁机模型辨识得到TE； 试验数据或设计参数

9.4.2.5换弧压降系数K

电机磁场电流基准值对整流方程进行标幺化得到

9.4.2.6交流励磁机饱和系数Sp

3/3(Xde + X2e)UNlmB 2元U.S

SEMAX、SE0.75MAX、Seo分别为发电机强励电压、75%发电机强励电压和发电机额定磁场电压 下的励磁机饱和系数。由图12所示励磁机空载饱和曲线和空载气隙线，按照式（16)确定Se[Ue]。 图12中的纵坐标为励磁机输出直流电压，横坐标为励磁机磁场电流，一般用标么值表示。当式 （15）条件满足时，以式（17）和式（18）确定UEMAX和Ue0.75MAX。

9. 4. 2. 7三相全波不可控整流器调节特性（Fsx函数）

三相全波不可控整流器数学模型如图13所示。图中Ue为未计及换弧电抗压降的整流桥 输出电压；为计及换弧电抗压降后整流桥输出电压粉煤灰标准，即发电机磁场电压；为励磁机负载电 即发电机磁场电流；Fex表示整流器调节特性的函数；IN为规格化电流；Kc为换弧压降系数。

采用式（14）计算Kc时，Fx采用式（19）形式。

图13三相全波不可控整流器数学模型

9. 4. 2. 8 去磁系数 K

在励磁机空载和负载特性曲线的未饱和区域进行计算。设某一发电机磁场电压下，励磁 空载气隙线的电流为efl，励磁机负载曲线的电流为lef2，则：

当缺少实测的励磁机空载、负载特性时可采用制造厂的出厂试验数据或设计特性，或通过 计算得到。

9.4.2.9自励系数K

住宅标准规范范本电机励磁侧电量与励磁机励磁侧电量的静态关

U, = I, =U,[(1+ K. / V3)(1+ S,)+ K,]