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GB／T 7409.2-2020 同步电机励磁系统 第2部分：电力系统研究用模型

GB/T 7409.22020

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附录A （资料性附录） 变压器高压侧电压控制模型 电力系统电压调节器（PSVR)控制引人发电机主变高压侧电压参与AVR的控制，以控制发电机机 端外某一点电压为目标。PSVR由发电机主变高压侧电压与高压母线电压给定的比较、放大、相位补 偿、输出限幅等环节组成，其输出结果送至AVR控制磁场电流，提高发电机潜在的动态无功容量，使高 压母线电压维持在稳定运行范围内，模型框图参见图A.1

电力系统电压调节器（PSVR)控制引人发电机主变高压侧电压参与AVR的控制，以控制发电 外某一点电压为目标。PSVR由发电机主变高压侧电压与高压母线电压给定的比较、放大、相位 输出限幅等环节组成，其输出结果送至AVR控制磁场电流，提高发电机潜在的动态无功容量GB 51321-2018 电子工业厂房综合自动化工程技术标准(完整正版、清晰无水印)，但 母线电压维持在稳定运行范围内，模型框图参见图A.1。

.1PSVR控制模型

型环节可能有不同的实现，特别是在应用限制时。在控制电路和励磁功率单元模拟环节中有外限幅和 内限幅两种方式应考虑。本附录中几种模型环节的不同类型限制实现可作为预期实施的参考。

图B.1和图B.2描述了具有外限幅和内限幅的积分器环节模型。两个模型的区别在于，对于具有 内限幅的积分环节（见图B.2），从y三A或y三B的限制条件开始，一且输入变量u改变符号，该环节输 出值y就开始改变；而带有外限幅的积分环节并非如此（见图B.1），在这种情况下，积分器输出将首 先回退至限制值，然后输出才能脱离限制值

图B.1带有外限幅的积分环节

系统方程：f=u/T 若y≥Af>0则dy/d置0 若y≥A,f0,则dy/dt=f 若B

外限幅允许输出y超出此限制，但只允许参量r在限制值内变化（图B.3）。内限幅（图B.4)不允许 量超出此限值，在硬件中，内限幅要求在其装置中有某种形式的反馈，内限幅的数学描述如图B.4所 示,图B.4不适于延时函数，

图B.3带有外限幅的一阶惯性环节

具有内限幅的一阶惯性环

图B.5带有外限幅的超前滞后环节

图B.6具有内限幅的超前滞后环节

附录C （资料性附录） 多频段电力系统稳定器模型 PSS4B型多频段电力系统稳定器模型见图C.1。PSS4B型使用速度偏差作为输人信号，采用三个 相对独立的支路分别应对低频、中频和高频振荡模式。低频段通常与系统全局模式相关，中频段与系统 区域振荡模式相关联，高频段则与本地模式相关

PSS4B型多频段电力系统稳定器模型见图C.1。PSS4B型使用速度偏差作为输人信号，采用 对独立的支路分别应对低频、中频和高频振荡模式。低频段通常与系统全局模式相关，中频段与 域振荡模式相关联，高频段则与本地模式相关

图C.1多频段电力系统稳定器模型 一PSS4B型

1V/Hz反时限特性计算

V/Hz反时限特性计算见式（D.1)： 1 (D.1) 式中： T 反时限计算延时，单位为秒（s）； K iny 反时限特性积分常数，P.u.； U. 发电机电压，p.u.； fG 发电机频率，p.u.； KvF V/Hz限制设置的斜率，p.u.； Kexp 反时限特性指数系数。 注：p.u.以额定值为基准的标么值。

D.2OEL反时限特性计算

OEL反时限特性计算见式（D.2）

OEL反时限特性计算见式（D.2）： C1 式中： T 反时限计算延时，单位为秒（s）； If 发电机磁场电流，单位为安培（A）； I tN 发电机额定磁场电流，单位为安培（A）； C1 励磁绕组过热系数，

D.3SCL反时限特性计算

SCL反时限特性计算见式（D.3）： T=(I./I C. 式中： T 反时限计算延时，单位为秒（s）； I. 发电机定子电流，单位为安培（A）： 发电机定子电流额定值，单位为安培（A）；

低励限制查表函数由多段折线组成，每一段直线用式（E.1)表示，总的低励限制曲线如图E.1所 Q=K, : P+C; （上 式（E.1)中斜率K，和截距C，可由两点法确定：

图E.1UEL模型多点查表函数F（x）

在模拟励磁辅助控制环节输出在磁场电压控制主环PID之后介入时，宜考虑励磁辅助控制环 的积分复位。以UEL限制为例，当限制偏差△U由负变正时，积分复位启动标志位变为 F.1），并设置积分输出为零（图F.2)

图F.1积分复位启动判断

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G.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G.1励磁机饱和特性

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天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H.1给出负载电压和负载电流的特性曲线及相应的方程。交流励磁机励磁功率单元整流器负 载系数为XE，见式（H.1）

图H.1整流器调节特性及相应的方程

元在图12和图13的模型中的整流器负载系数为XP，见式（H.2）

附录I （资料性附录） 过励限制（OEL)基准值的估算

过励限制（EL)的基准值是额定工况下的同步发电机磁场电流值，一般情况下应以实测为准。当 不能实测时，可采用下述方法估算

极同步发电机电磁功率与功角的关系用标么值表

sind+ sin2=P,+P2 2x X

P。 同步发电机电磁功率，P.U.； E。 同步发电机内电势，P.u.； U 同步发电机电压，p.u.； X 同步发电机纵轴同步电抗，P.u. X. 同步发电机横轴同步电抗，P.u.； 同步发电机内功角，单位为度（）； P, 与励磁控制有关的基本电磁功率，P.U.； P2 与同步发电机电压及同步电抗X。、X。有关的附加电磁功率，与励磁控制无关，P.u. 对于隐极同步发电机（X~X。）,此时P,~0,故有

P。 同步发电机电磁功率，P.U.； E。 同步发电机内电势，P.u.； U 同步发电机电压，p.u.； X. 同步发电机纵轴同步电抗，P.u.； X. 同步发电机横轴同步电抗，P.u.； 0 同步发电机内功角，单位为度（°）； P, 与励磁控制有关的基本电磁功率 与同步发电机电压及同步电抗X 对于隐极同步发电机(XX,）,此时P，

由式（1.2）可见，电磁功率 由此可在功率平面上表示出同步 磁场电流与其发出的有功功率P、 电抗之间的关系，如图1.1所示

在图I.1中，由粗黑实线围成的面积是同步发电机充许运行的范围。A点是额定运行点，是由原

流确定的运行范围；由G点向下的曲线段是由励磁系统中低励限制确定的运行范围，

1.3校核同步发电机纵轴同步电抗X,

在同步发电机短路及空载试验完成后，可接照式（I.3）校核同步发电机纵轴同步电抗X.

X。一一实测的同步发电机纵轴同步电抗（饱和值），P.u.； Ik——同步发电机短路试验当定子电流为额定值时，同步发电机磁场电流值，P.u.或A； I 一同步发电机空载试验当定子电压为额定值时，同步发电机磁场电流值，P.u.或A。

4同步发电机额定磁场电流Ir与空载磁场电流

根据图I.1所示，直角三角形ABF的斜边线段AD是由凸极同步发电机额定工况下的磁场电流值 fN2确定的，而直角三角形ACF的斜边AC则是由隐极同步发电机额定工况下的磁场电流值INi确 定的。 直线段AB

图1.1中直线段BD：

凸极同步发电机额定磁场电流IiN?对应图I.1中的直线段AD：

AB=/P+(岁) +Q~）

PN PN =sin AB sin .*(1.5 PN+ x. +QN

AC=/P+(死+Q)

同步发电机空载运行时，磁场电流I不论对于凸极机还是隐极机都是一样的，对应图I.1中的直 C：

所以，同步发电机额定磁场电流IN和空载磁场电流I的关系为：

上述公式中的X。及X。均采用饱和值计算。 实际应用中，将同步发电机空载额定时的磁场电流值I乘以式（I.10)的K，就可以确定额定工况 下的同步发电机磁场电流值INi或IN2。

1.5同步发电机额定工况下.励磁机磁场电流值的校核计算

图I.2称为“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”，即交流励 磁系统中励磁机功率单元的实用数学模型

图I.2考虑补偿增益后的励磁机数学模型

式中： KsCR 可控硅整流器标么增益，P.u./p.u.； K sCRO 可控硅整流器现场可测量的增益，P.u./p.u.； KB 励磁机补偿增益，P.U./p.u.； Um& 副励磁机输出电压，单位为伏（V）； Uel 励磁机磁场电压基准值，单位为伏（V)； Uefo 同步发电机空载额定时励磁机磁场电压值，单位为伏（V）。 当表述同步发电机与励磁机的关系时，有式（1.12）。 U=I=U[(1+Kc)(1+S)+K] +..........( I.12) =IF(1+Kc)(1+S)+Kp=KBXI 式中： U& 励磁机磁场电压，P.U.； I 励磁机磁场电流，P.U.； U 同步发电机磁场电压，P.u.； I 同步发电机磁场电流，P.U.； SAG Kc 励磁机换相电抗系数，P.U.； S

1 D 励磁机去磁系数GB／T 12085.3-2022 光学和光子学 环境试验方法 第3部分：机械作用力.pdf，p.u.

式（1.12)表明，当用标么值计算时励磁机磁场电流是同步发电机磁场电流的KB倍。在正常运行 况下SEO，故励磁机磁场电流一般仅与Kc和KD的值相关。这里KB被称为励磁机的“补偿增 益”。增加了励磁机的补偿增益KB1后，就有UR=U=U=1P.u.（标么值）的关系成立。 由图I.2，还可推导出同步发电机空载额定电压时，励磁机磁场电流If与励磁机磁场基准电流值 有如下关系

efo=KB XIefB=L(1+Kc)(1+SE)十KXIefB ........... (I..13

I efiN I IefE K=[(1+K)(1+S)+KJ— I I K L

IeN=IXIB=KBXIXIm =I ×(KB×IB) =(KXI0)XI =KXIL.

司步发电机空载额定时的励磁机磁场电流值，单位为安培（A） 励磁机磁场电流·P.U.； 动磁机磁场电流基准值，单位为安培（A）； 励磁机补偿增益，p.u./p.u.； 同步发电机满载额定时的发电机磁场电流，P.u.； 同步发电机空载额定时的发电机磁场电流，P.U.； 同步发电机额定磁场电流IN和空载磁场电流I的比值； 同步发电机空载额定时励磁机磁场电流值，单位为安培（A）

通过式（1.14），可以用同步发电机空载额定时测 工况下的励磁机磁场电流值I。IN。此时的励磁机磁场电流值IeIN是交流励磁机励磁系统中以励 慈场电流I作为控制量的过励限制（OEL）的基准值

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。标么 统应按照以下要求建立： 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DB14／T 712-2018 高速公路施工驻地、场站、工地试验室建设指南，发电机功率 的基准值为发电机额定视在功率，发电机频率的基准值为发电机额定频率。 C 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。 励磁机磁场电流的基准值I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UB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

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。标么 系统应按照以下要求建立： 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，发电机频率的基准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。 励磁机磁场电流的基准值I品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RfB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UB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主励磁机磁场电压的基准值