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DL／T 2286-2021 大型水轮发电机组励磁控制系统性能测试与评价导则.pdfICS27.100 CCS K 51
DL/T 22862021
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市政工程施工组织计划(精选)--03--(25份)大型水轮发电机组励磁控制系统
范围 规范性引用文件. 术语和定义 动态性能分类及判据 动态性能评价指标 性能测试试验 附录A（资料性）阻尼比的计算 附录B（资料性）复频域稳定特性
范围 规范性引用文件. 术语和定义 动态性能分类及判据 动态性能评价指标 性能测试试验 附录A（资料性）阻尼比的计算 附录B（资料性）复频域稳定特性
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：.标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国电力企业联合会提出。 本文件由电力行业水电站自动化标准化技术委员会（DL/TC17）归口。 本文件起草单位：中国长江三峡集团有限公司、国电南瑞科技股份有限公司。 本文件主要起草人：黄大可、刘绍新、高劲松、余振、谢燕军、俸靖、邹毅、刘国华、陈小明、 司汉松、丁伦军、杨京广、朱必良、熊俞超、曾涛、刘喜泉、王波、赵远、孔丽君。 本文件为首次发布。 本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二 条一号，100761）。
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电机组励磁控制系统性能测试与
图1励磁控制系统的结构框图
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图2励磁控制系统的闭环结构框图
图3同步发电机励磁控制系统的典型闭环频率响应特性
图4励磁控制系统的开环结构框图
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励磁控制系统动态特性应分为大信号性能、小信号性能。大信号性能与设备的规范及交接试验密 切相关，小信号性能与稳定性及模型研究密切相关。
4.2.1大信号性能分析应考虑励磁控制系统运行在非线性区域的动态响应，大信号性能反映了瞬态突 变时励磁系统性能对电力系统的影响。 4.2.2大信号主要的性能指标应包括励磁系统顶值电流、励磁系统顶值电压、励磁系统电压响应时 间、顶值电流倍数、顶值电压倍数、超调量、振荡次数、调节时间，指标的描述参见DL/T583。 4.2.3大信号性能测试项目应包括发电机空载大信号阶跃响应试验、发电机负载大信号阶跃响应仿真 试验。发电机空载大信号阶跃响应试验在空载条件下进行；发电机负载大信号阶跃响应试验一般使用 仿真手段来进行，有条件时可在负载条件下进行
4.3.1小信号性能分析应反映励磁控制系统运行在线性区域内的动态响应，包含了小扰动时励磁系统 性能对电力系统的影响。小信号性能标准提供了对系统动态不稳定的初始阶段负载增量变化、电压增 量变化和同步发电机转速增量变化的响应评估方法，为励磁系统研究提供了确认励磁系统模型参数的 方法。 4.3.2小信号性能指标内容应包括：阶跃响应的上升时间、超调量、峰值、调节时间和振荡次数；频 蒸鸣应性的增益裕量和相位盗量
4.3.2小信号性能指标内容应包括：阶跌响应的上开时间、超调量、峰值、调节时间和振汤次数； 率响应特性的增益裕量和相位裕量。
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小信号主要的性能指标判据获取途径可有：瞬态响应特性（线性）、频率响应特性（线性）、复 稳定特性。 瞬态响应特性要求如下： a）应采用阶跃响应来反应闭环控制系统瞬态特性。励磁控制系统电压阶跃响应反映发电机端电压 对输入阶跃变量的瞬态响应。阶跃响应可用于小信号分析和大信号性能评价标准，二者的区别 在于试验施加的扰动信号强度，小信号应保证阶跃量在线性区域。 b）阶跃响应主要指标宜采用发电机端电压的上升时间、超调量、峰值、调节时间和振荡次数等量 值，见图6。 c）性能测试项目应包括发电机空载阶跃响应试验、发电机负载阶跃响应试验等。 d）同步发电机负载阶跃响应时应记录发电机有功功率的响应过程，分析发电机励磁控制系统的固 有特征频率和系统阻尼特性。在本机振荡模式下有功功率振荡的阻尼比应不小于0.1，当发电 机快速调节有功功率时无功功率变化应不超过30%额定无功功率
4.3.3小信号主要的性能指标判据获取途径可有：瞬态响应特性（线性）、频率响应特性 频域稳定特性。
4.3.4瞬态响应特性要求如下
4.3.5频率响应特性（线性系统）
4.3.5.1频率响应特性
4.3.5.2开环频率响应特性
玄控制系统的开环频率响应特性主要特征是低频增益G、交叉频率のc、相位裕量Φ和增益
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4.3.5.3闭环频率响应特性
4.3.6复频域稳定特性
4.3.7小信号性能指标优化
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4.4电力系统稳定器（PSS）
4.4.1励磁控制系统的稳定性
发电机功角和励磁调节器增益加大，会降低励磁控制系统的稳定性，由不稳定系统引起的励磁控 制系统振荡，会有变化的频率和幅值，二者取决于不稳定的程度和系统扰动的性质，这振荡可能与瞬 态稳定及大信号性能或动态稳定及小信号性能有关。
4.4.2同步发电机振荡的类型
付加励磁控制时，必须考虑同步发电机和电力系统间，同一电力系统中同步发电机间的振荡特 步发电机振荡通常按特性分类如下：
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a）本机一系统振荡。这些振荡可能关联到一个电厂的一台或多台同步发电机，对比较大的电力 系统或负荷中心一起在频率从0.7Hz到2Hz范围内摆动。现代励磁系统对发电机机端电压调 节速度很快，虽然随着励磁调节器的增益增大，在振荡频率范围内同步转矩增加了，但在发电 机的转矩一转速环中引进了与增益及所联系统有关的负阻尼转矩，本机一系统振荡可能变成负 阻尼转矩。应用电力系统稳定器能够增加同步转矩和阻尼转矩。 6） 地区间振荡。这些振荡可能关联到电力系统中有若干同步发电机组合的一部分，相对电力系 统中另一部分的发电机间的摆动，通常地区间振荡比起本地振荡的频率要低。励磁系统可能对 地区间振荡产生负阻尼，因为地区间振荡通常涉及许多发电机，因此要求在许多发电机励磁系 统都投入电力系统稳定器。 机组间振荡。这类振荡通常使得同一电厂或邻近电厂的2台或多台同步发电机，这些发电机 互相摆动，通常摆动频率在1.5Hz到3Hz间。这些振荡可能会因电力系统稳定器引起，因此 在设定电力系统稳定器参数时必须加以考虑。
4.4.3电力系统稳定器应用
电力系统稳定器是为调节器提供附加输入，用以改善电力系统动态性能的一个或一组单元。电 急定器输入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。典型的 充稳定器模型如图8、图9所示。
8单输入信号电力系统稳定器模型PSS13
值电流、顶值电压、励磁系统电压响应时间、励磁系统标称响应、励磁系统阶跃（瞬态）响 标应符合DL/T583的规定
5.2.1同步发电机空载的励磁控制系统指标如下：
a）对励磁控制系统频率响应，应满足励磁系统增益为30～800增益裕量为2dB～20dB，相角 量为20°～80°，峰值为1～4（0dB～12dB），带宽为0.3Hz～5Hz。 b）对励磁控制系统阶跃响应，应满足励磁系统超调量为0%～40%，上升时间为0.025s～2.5
庄河市凤凰街道办明星小区园林绿化工程施工组织设计DL/T22862021
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5.2.2同步发电机并网的励磁控制系统指标
发电机励磁系统性能测试试验包括发电机空载试验和发电机负载试验两部分，其中空载试验包括 发电机空载大信号阶跃试验、发电机空载小信号阶跃试验、发电机空载闭环频率响应试验、发电机开 环频率响应仿真试验：负载试验包括发电机负载大信号阶跃仿真试验、发电机负载小信号阶跃试验。
任何确定大信号性能的现场试验应考虑试验对电力系统的冲击。当无法进行现场试验时送电线路改造工程施工组织设计，可用入 网模型检测试验结果来代替
6.3发电机空载大信号阶跃响应试验