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《同步电机励磁系统：电力系统研究用模型》GB T 7409.2-2007

图8电势源静止励磁功率单元

只有在特殊情况下要求设备允许流过正向和负向励磁电流时，图9的数学模

图10电势源励磁功率单元模型之二

复合源静止励磁功率单元采用电流源和电压源（取自同步电机）供电的两种整流变压器。设计的形 式有电流源和电压源在直流侧并联、直流侧串联、交流侧并联和交流侧串联等多种形式。复合源静止励 磁功率单元使用甚少DB33T 178-2016 林木种子检验规程，这里仅说明交流侧串联的复合源静止励磁功率单元。 图11给出了两个电源在整流器交流侧串联、电压相加的原理图。带有气隙的电抗器将电流源转换 为电压源，也有采用带气隙的电流源变压器直接将电流源转换为电压源。图12给出相应的模型

3.5控制功能的数学模型

图11交流侧串联、电压相加的复合源静止励磁功率单元

系统德定 该系统研究有关的数学模型数据。对系 厅适当地简化会减少许多繁琐工作 ，例如，当要计算超过转子角第 动以外的特性时，使用简化的模型会 因为现代电网的电力系统稳定性通常要经过 或数次振荡后方能确定。因此，在某种 能简化的

3.5.1电压测量和负载电流补偿单元模型

通常，模拟发电机端电压信号是所有电压调节器共用的。图13表示交流侧电压信号与负载电 尝的合成。在此情况下，将输人变量（发电机电压和电流)进行相量相加，然后将合成信号整流。道 负载电流的补偿采用下面的某一种形式：

图13端电压信号及负载电流补偿

当机组间未经阻抗直接并联时，采用电流补偿，造成一个人为的阻抗匹配，以 分担无功功率。这种情况下，X。应为正值。 当单一机组通过大的阻抗联到系统，或两台及多台机组通过各自变压器联到系统时可能要求 调节发电机端外某点的电压。比如，可以补偿变压器的部分阻抗，在这些情况下，R。和X。取 负值。 多数负载电流的补偿忽略R。分量，而只要求X。值，在此条件下，负载电流的影响可视为无功分量 的影响，起该作用的部件称作无功电流补偿器。 不使用补偿器，而仅仅用于端电压整流后的滤波时，仍适用于图13。另一方面，滤波环节可能是复 杂的，为了模拟，可以简化为一阶惯性环节，在许多情况下此时间常数很小，可忽略不计。 加入负载补偿器影响滤波后的端电压信号与参考信号比较，参考信号表示端电压的理想整定值，选 择等效电压调节器的参考信号UREF，以满足初始运行条件。 当使用补偿器时，应注意可能会在功率振荡的情况下附加上正的或负的阻尼。

3.5.2校正环节模型

励磁控制的校正环节实现励磁调节和稳定控制功能。 校正环节、并联型PID校正环节、软反馈校正环节和励磁机时间常数补偿环节。也有几种校正环节组 合的情况。 a）串联型PID校正环节 串联型PID校正环节模型见图14。Kv设置为1时校正环节由两级超前滞后环节组成。Kv设置 为零时校正环节带纯积分环节，实现无差调节。

b）并联型PID校正环节

并联型PID校正环节模型见图15

图14串联型PID校正环节

图15并联型PID校正环节

c）软反馈校正环节 软反馈校正环节模型见图16。软反馈环节输入信号在静止励磁系统中为调节器输出U.，在励磁机 励磁系统中可以是励磁机磁场电流信号Uie，或者发电机磁场电压U。软反馈环节输出信号加到电压 相加点或者PID校正环节的输出

d）励磁机时间常数补偿环节

图16软反馈校正环节

效时间常数。励磁机时间常数补偿环节的输人 发电机磁场电压或励磁机磁场电流信号，反馈 约输出，见图17

图17励磁机时间常数补偿环节

3.5.4电力系统稳定器模型 电力系统稳定器输人信号一般有发电机有功功率、机端电压的频率、发电机转速或它们的组合。电 力系统稳定器可以用于发电机和电动机工况，但是参数需要分别整定。 电力系统稳定器输出信号一般叠加到电压调节器电压相加点上。叠加到电压相加点的电力系统稳 定器输出量的基准值同发电机电压的基准值。叠加到其他点的电力系统稳定器输出量的基准值为叠加 到电压相加点的电力系统稳定器输出量的基准值乘以需重点抑制的振荡频率下电压相加点到电力系统 稳定器输出相加点的动态增益。电力系统稳定器输入量的基准值同发电机基准值。 a）单输人信号电力系统稳定器模型一一PSS1型 PSS1型单输人信号电力系统稳定器模型由信号测量环节、两级隔直环节、轴系扭振滤波器、三级超 前滞后环节、增益调整环节和输出限幅环节组成，见图18。输入信号可以是发电机有功功率、机端电压 的频率或发电机转速。

c）双输人信号电力系统稳定器模型一PSS3型 PSS3型双输人信号电力系统稳定器模型由两路信号测量环节带增益调整、两级隔直环节、三级超 前滞后环节和输出限幅环节组成，见图20。通常采用发电机有功功率和频率作为输人信号，在这种情 况下可以不考虑扭振抑制环节。

图20双输入信号电力系统稳定器模型—PSS3型

3.5.5限制器和电力系统稳定器作用于电压调节器的方式

限制器包括欠励限制器、过励限制器、过励瞬时限制器、定子电流限制器和V/Hz限制器等 限制作用于电压调节器的方式可采用迭加方式或者比较门方式。迭加方式，限制动作后电压调节 仍起作用。比较门方式，限制动作后电压调节被阻断，实现被限制量的闭环控制。 限制器和电力系统稳定器作用于电压调节器的方式有两种，限制后电力系统稳定器离线和在线 结合具体的电网，不同的作用方式对小扰动稳定性的影响不同，有时需要调整有关参数。 图21为欠励限制、过励瞬时限制和电力系统稳定器作用于电压调节器的一般方式。 实际模型或者按照等效方式选择作用点和作用方式。

本部分提供的励磁系统模型对应多数在中国电网运行的、符合标准要求的发电机励磁系统，也包含 了多数在中国应用于电力系统稳定性研究的谢滋系统模型，当有需要时按照3.。增添限制器，当 所提供的模型不能满足应用时应建立新的、符合实际的励磁系统模型， 本部分所提供的励磁系统模型各个环节并非必须全部使用，当部分环节不使用时，可以采用设置 参效等模型的约定值使其不起作用

3.6.1交流励磁机励磁系统模型

这类励磁系统由交流励磁机和静止整流器或者旋转整流器产生发电机磁场所需要的直流电流，模 型考了发电机磁场电流对交流励磁机的去磁作用和整流器的换相压降作用， a）EX1型交流励磁机励磁系统模型 图22所示EX1型模型用来表示副励磁机向励磁调节器供电的不可控整流器交流励磁机励磁系统， EX1型模型有串联型PID校正和软反馈校正；有过励瞬时限制；有励磁系统输出电压最大值限制 按照反馈信号的来源分为A、B两型，A型适用于无刷励磁系统，B型适用于有刷或无刷励磁系统， COMP为比较门环节

b）EX2型交流励磁机励磁系统模型

图23所示的EX2型模型用来表示发电机机端变压器向励磁调节器供电的不可控整流器交流励磁 机励磁系统，按照反馈信号的来源分为A、B两型，A型适用于无刷励磁系统，B型适用于有刷或无刷 励磁系统。与EX1模型的差别仅仅在于调节器输出受发电机电压影响，励磁调节器的输出电压限幅 值与发电机端电压成正比，为U.·U.mx和U.·U.min，EX2型模型其他部分同EXI型

c）EX3型交流励磁机励磁系统模型

EX3型与EX1型模型的差别在于采用并联型PID，其他与EX1型模型相同，EX3型交流励 磁系统模型见图24。

EXI型与EX3型模型的差别在于励磁电源与发电机电压有关，EX4型交流励磁机励磁系统模型 见图25，

e）EX5型交流励磁机励磁系统模型

图26所示的EX5型模型用来表示可控整流器交流励磁机励磁系统，也可以用来表示其他稳定的 电源向可控整流器供电的可控整流器励磁系统。这个系统没有副励磁机，一般采用交流励磁机自励恒 系统， EX5型模型有串联型PID校正和软负反馈校正.软负反馈校正的输人来自温带器输出

图26EX5型励磁系统模型

EX6型与EX5型模型的差别在于采用并联型PID,其他与EX5型模型相同，EX6型交流励 磁系统模型见图27

3.6.2直流励磁机励磁系统模型

图27EX6型励磁系统模型

K，设为零即可，当直流励磁机的空载特性和负载特性有显著差别时，Kp按直流励磁机的空载特性和 负载特性确定。

3.6.3静止励磁系统模型

图28所示的ST1型励磁系统模型用来表示自并励静止励磁系统。自并励静止励磁系统通过 励磁变压器由发电机机端取得励磁电源，经可控整流器输出励磁电压。调节器的输出电压，也就 是发电机磁场电压。它的限幅值与发电机电压成正比，为U.·U.max和U，·U.min。模型含过励电 流瞬时限制。 ST1模型有串联型PID校正、软负反馈校正和过励瞬时限制，软负反馈校正的输人来自调节器 输出，

ST2型静止励磁系统模型

图28ST1型静止励磁系统模型

b)ST2型 图29为ST2型静止励磁系统模型。ST2型与ST1型模型的差别在于采用恒定励磁电源，其 ST1型模型相同。

GB/T7409.22008

图29ST2型静止励磁系统模型

c）ST3型静止励磁系统模型 图30为ST3型静止励磁系统模型。ST3型与ST1型模型的差别在于采用并联型PID校正 与ST1型模型相同，

图30ST3型静止励磁系统模型

d）ST4型静止励磁系统模型 图31为ST4型静止励磁系统模型。ST4型与ST3型模型的差别在于采用恒定励磁电源，其他与 ST3型模型相同

c）ST5型静止励磁系统模型

图31ST4型静止励磁系统模型

GB/T 7409.22008

32ST5型带励磁电压反馈的静止励磁系统模

Usll max,Usl min,UsI2 maxUs12 min 电力系统稳定器输人限幅值。 Um、Im、RBUefB、IefB、RerB 分别为发电机磁场电压、磁场电流和磁场绕组电阻基准值，励磁机磁 场电压、磁场电流和磁场绕组电阻基准值

一调节器输出。 发电机磁场电压、励磁系统输出（用发电机气隙磁场电压的标么值表示）。 发电机磁场电流（用发电机气隙磁场电流的标么值表示）。 U.U, 发电机端电压的矢量及标量（用额定值的标么值表示）。 I.I. 发电机定子电流的矢量及标量（用额定值的标么值表示）。 Ief 励磁机磁场电流。 U. 换向电抗后的励磁机电压（用发电机气隙磁场电压的标么值表示）。 UREF 电压调节器设定值（按照满足初始条件确定）。 Uss 电力系统稳定器输出。 UERR 电压控制通道的偏差信号。 Uie 与励磁机磁场电流成比例的信号。 Uc 电压测量和补偿器输出。 UA 电压校正环节的输出。 Usn,Us12 电力系统稳定器输人信号。 UuEL. 欠励限制输出。

GB/T 7409.22008

在电力系统研究中发电机和励磁机的电压和电流，以及调节器输入和输出量用标么值表示。 a）标么值等于实际值除以基准值， b）发电机电压的基准值为发电机额定电压，发电机电流的基准值为发电机额定电流，发电机功 率的基准值为发电机额定视在功率，发电机频率的基值为发电机额定频率。 发电机磁场电流的基准值I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为发电机额定磁场电压除以发电机额定磁场电流，某些情况下 需要考虑回路电阻的影响，发电机磁场电压的基准值U为磁场电流的基准值乘以磁场绕组 电阻的基准值。 d 励磁功率单元输出电流和电压的基准值分别取发电机磁场电流和电压的基准值。 e 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，励磁机磁场绕组电阻的基准值RB为发电机额定工况下的 励磁机励磁回路的电阻，励磁机磁场电压的基准值U。B为励磁机磁场电流基准值乘以励磁机 磁场绕组电阻基准值。 调节器的输人电压、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，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。

a）标么值等于实际值除以基准值 b）发电机电压的基准值为发电机额定电压，发电机电流的基准值为发电机额定电流，发电机功 率的基准值为发电机额定视在功率，发电机频率的基值为发电机额定频率。 发电机磁场电流的基准值I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为发电机额定磁场电压除以发电机额定磁场电流，某些情况下 需要考虑回路电阻的影响，发电机磁场电压的基准值U为磁场电流的基准值乘以磁场绕组 电阻的基准值。 励磁功率单元输出电流和电压的基准值分别取发电机磁场电流和电压的基准值。 励磁机磁场电流的基准值IB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，励磁机磁场绕组电阻的基准值RB为发电机额定工况下的 励磁机励磁回路的电阻，励磁机磁场电压的基准值U。B为励磁机磁场电流基准值乘以励磁机 磁场绕组电阻基准值。 调节器的输人电压、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，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。

附录B 规范性附录 整流器调节特性 供给整流器电路的所有交流电源都有内部阻抗主要是感性的·这个阻抗的作用改变了换向过程 当整流器负载电流增大时引起非线性地减小整流器平均输出电压，常采用的三相全波桥式电路有三个 运行区段，根据整流器负载电流，用方程式表示这三个运行区段特性， 图B.1给出负载电压和负载电流的特性曲线及相应的方程，交流慈机动磁功率单元整流器负 载系数为X：

疏器调节特性及相应的

即可，采用图9的模型，采用三相全控桥整流器的静止励磁功率 单元在图9和图10的模型中的整流器负载系数为X：：

X, = 3X,Im 元UR

SL 221-2019 中小河流水能开发规划编制规程GB/T7409.22008

励磁机饱和函数Se反映因励磁机饱和引起的励磁增加。在给定的励磁输出电压下，可在常电阻 负载饱和曲线、气隙线、空载饱和曲线上分别得到产生此电压所需的励磁机磁场电流，从而确定A，B， C的量值（图C.1）。 对于不单独模拟负载相关效应的交流励磁机励磁功率单元（图7模型），以及直流励磁机励磁功率 单元（图3模型）应有

图C.1励磁机饱和特性

整制电路和助磁功率单元模拟中有两种限蝠必须考虑，外限幅允许输出Y超出此限制但只允 X在限制值内变化（图D.1)，内限幅（图D.2)不允许量Y超出此限值，在硬件中.内限福要求 置中有某种形式的反馈，内限幅的数学描述如图D.2，图D.2不适于延时函数， 较复杂的函数应用了内限幅.是香能简化还取决干函数本身

JTGE41-2005《公路工程岩石试验规程》表F.1给出了本部分与 表 F. 1 本部分与 IE 技术性差异及其原因

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