GB/T7409.2-2020
同步电机励磁系统第2部分：电力系统研究用模型
Excitationsystemsforsynchronousmachines—Part2：Modelsforpowersystemstudies
- 中国标准分类号（CCS）K21
- 国际标准分类号（ICS）29.160.20
- 实施日期2021-01-01
- 文件格式PDF
- 文本页数44页
- 文件大小4.64M
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同步电机励磁系统第2部分：电力系统研究用模型
国家标准 GB/T7409.2一2020 代替GB/T7409.2一2008 同步电机励磁系统 第 2部分:电力系统研究用模型 machines Excitationsystemsforsynchroous" Part2:Modelsforpowersystemstudies 2020-06-02发布 2020-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T7409.2一2020 目 次 前言 引言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 励磁功率单元分类 图示法及稳定性研究的数学模型 4.1直流励磁机励磁功率单元 4.2交流励磁机励磁功率单元 4.3电势源静止励磁功率单元 4.4复合源静止励磁功率单元 控制功能的数学模型 5.1 电压渊量和负载电流补偿环节模型 比例-微分积分(PID)校正环节模型 5.2 5.3励磁反馈环节模型 5.！限幅环节 l0 5.5电力系统稳定器模型 5.6电压控制主环通用结构 11 5.7辅助限制环节模型 1l 5.8辅助限制环节介人电压控制主环的方式 15 励磁系统模型 15 6.1概述 15 6.2交流励磁机励磁系统模型 16 6.3直流励磁机励磁系统模型 18 6.4静止励磁系统模型 18 专用语 19 7.1参数 19 7.2变量 21 附录A(资料性附录变压器高压侧电压控制模型 23 附录B(规范性附录)限幅表示法 24 附录C资料性附录)多频段电力系统稳定器模型 227 28 附录D(规范性附录反时限特性计算 29 附录E(资料性附录UEL模型查表函数 30 附录F资料性附录积分复位表示法 31 附录G规范性附录饱和函数 32 附录H规范性附录整流器调节特性
GB/T7409.2一2020 33 附录I资料性附录过励限制(OEL)基准值的估算 37 附录」规范性附录标么系统 38 参考文献
GB/T7409.2一2020 前 言 GB/T7409《同步电机励磁系统》分为三个部分: GB/T7409.1同步电机励磁系统定义; GB/T7409.2同步电机励磁系统第2部分:电力系统研究用模型; GB/T7409.3同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求
本部分为GB/T7409的第2部分
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本部分代替GB/T7409.2一2008《同步电机励磁系统电力系统研究用模型》,与GB/T7409.2 2008相比,主要技术变化如下 增加了“对励磁系统辅助限制模型作了具体描述”,所建立的发电机励磁系统模型能够满足国内 主要的发电机励磁系统进行与现场实测数据的仿真比对,可供电力系统稳定分析之用(见5.7); -增加了标量迭加式负载电流补偿模型见5.1); 修改了部分电压校正环节模型及说明见5.3,2008年版的3.5.2); -增加了部分电力系统稳定器模型(见5.5); 增加了V/Hz限制,OEL,sCL及UEL模型(见5.7); 增加了各辅助限制环节和电力系统稳定器介人电压控制主环的方式(见5.8) 增加了“变压器高压侧电压控制模型”(见附录A); 增加了“多频段电力系统稳定器模型”(见附录C).: 增加了“反时限特性计算”(见附录D); 删除了原资料性附录E和附录F(见2008年版的附录E和附录F)
增加了“UEL模型查表函数”(见附录E); 增加了“积分复位表示法”(见附录F). 增加了“磁场电流的估算方法”,可用于OEL环节限制特性整定(见附录I; 本部分由电器工业协会提出 本部分由全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/Tc26)归口
本部分起草单位华北电力科学研究院有限责任公司、哈尔滨电机厂有限责任公司、电力科学 研究院有限公司,国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、南京南瑞继保电气有限公司、东方电气自 动控制工程有限公司、上海电气电站设备有限公司发电机厂、国网冀北电力有限公司电力科学研究院、 浙江浙能技术研究院有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、大唐集团科学技术研究院有限公司 广州擎天实业有限公司、北京科电亿恒电力技术有限公司 本部分主要起草人;谢欢,苏为民、李国良、吴龙、濮钧、吴跨宇,吴涛周平、王磊,史扬、霍承祥、 陈新琪、余振、戴申华、杨立强、熊鸿韬、孙新志、李显彤、周谧
本部分所代替标准的历次版本发布情况为: GB7409一1987; GB/T7409.21997、GB/T7409.2一2008
GB/T7409.2一2020 引 言 在电力系统稳定性研究中,当同步电机的运行状态已被准确地模拟,则电机的励磁系统也应建立适 当的模型
由于受数据取得、编程和计算的限制,在允许情况下采用具有适当精度的简化模型是必要 的
这些模型需适用于表现下述时间的励磁系统性能: -故障发生前的稳态条件期间 从故障发生到故障清除期间; 故障清除后振荡期间
假定在稳态研究中频率偏差在士5%额定值内,励磁模型可以忽略频率偏差的影响
励磁系统模型需要对于稳态条件和同步电机固有振荡频率是有效的
这个振荡频率的典型值一般 不大于3Hz
保护功能和灭磁及过电压抑制设备的动作也不包括在模型使用范围内
失步运行、次同步谐振/振 荡或轴系扭振的研究需考虑更详细模型
励磁系统建模方法和标准模型也可能用于与同步电机有关的其他动态问题,但需要检查模型用于 该研究的适用性 在电力系统研究中,所涉及的各种励磁系统功能在图1框图中给出
这些功能包括 电压控制部件 辅助限制环节; 电力系统稳定器; 励磁反馈环节; 励磁功率单元
励磁功率单元的主要区分特征是励磁功率提供与变换的方式
本部分参考国内现有发电机励磁系统实际模型和用于电力系统稳定分析的发电机励磁系统计算模 型,参考IEEEstd.421.52016标准,提出了概括的、符合实际的、可以满足电力系统稳定分析要求的 发电机励磁系统计算模型
IN
GB/T7409.2一2020 辅助限制环节 电力系统稳定器 电压控制部件 励磁反馈环节 励磁功率单元 同步发电机 及电力系统 图1同步电机励磁系统(虚线框内部分)通用功能框图
GB/T7409.2一2020 同步电机励磁系统 第2部分电力系统研究用模型 范围 GB/T7409的本部分规定了励磁系统模拟简图、励磁功率单元和控制功能的数学模型,及其相关 参数和变量的术语定义
本部分适用于电力系统研究和分析中所使用的汽(燃气)轮发电机,水轮发电机、抽水蓄能发电/电 动机和核电机组的励磁系统模型
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
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GB/T7409.1同步电机励磁系统定义 术语和定义 GB/T7409.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 电压控制主环mainvotagecontron 将同步发电机机端电压的实际测量值与给定值进行比较,并按其偏差以适当的控制规律调节励磁 输出的环节
注其主要功能中还包含负载电流补偿,励磁反饿环节及电力系统稳定器(powersystemstabilizer，Pss)功能
3.2 辅助限制环节ausiliarylimiters 励磁调节器中除电压控制主环以外的限制环节
注其包含V/H2限制,过励限制,最大励磁电流限制,定子电流限制、欠励限制等 3.3 最大励磁电流限制maximumcurrentlimiter 任何运行工况下,瞬时限制励磁系统输出电流不超过规定的最大值
3.4 V/AHla限制voltsperhertzlimiter;VFL -种防止同步电机或与其相连变压器的电压与频率之比超过允许范围的附加单元或 电压调节器中一 功能
3.5 过励限制 overe%citationlimiter;OEL 电压调节器中一种将励磁系统输出电流限制在允许值之内的附加单元或功能
GB/T7409.2一2020 3.6 statorcurrentlimiter;sCL 定子电流限制 电压调节器中一种在过励或欠励时通过调整同步发电机定子电流的无功分量来限制定子电流在允 许值之内的附加单元或功能
3.7 underexcitationlimiter;UEL 欠励限制 电压调节器中一种在不同有功负荷下限制同步发电机无功功率不低于规定值的附加单元或功能 励磁功率单元分类 -图示法及稳定性研究的数学模型 4.1直流励磁机励磁功率单元 近年来,虽然新机组已很少采用直流励磁机,但还有部分同步电机装有这类励磁机
图2就是一种 采用它励绕组的直流励磁机励磁功率单元简图,图3表示该励磁功率单元的模型
模型中用交、直流励 磁机自励磁场的常数K来描述有自励分量励磁机的特性
注意;采用它励励磁机时KE=1
同步发电机 Gs 用于稳定控制的反馍 要用时 直流励磁机 励磁绕组 直流励磁机 励磁控制输入 图2采用一个它励绕组的直流励磁机励磁功率单元 S+K 图3与图2相对应的模型 励磁控制采用机械式,电磁式,电子式和数字式控制装置
考虑到采用直流励磁机的机组数量和重要程度的减小,对上述励磁控制形式,统一用图3的简图描 述即可满足要求
4.2交流励磁机励磁功率单元 交流励磁机励磁功率单元利用交流励磁机带静止或旋转二极管整流器,给同步电机提供磁场电流
GB/T7409.2一2020 采用它励方式时交流励磁机磁场电流的电源可为副励磁机,采用自励方式时该电源可为取自于机 端的电势源或复合静止电源
图4和图5分别表示交流励磁机采用永磁式副励磁机作电源的励磁功率单元简图;图6和图7表 示交流励磁机采用机端励磁变压器作为电源的励磁功率单元简图
图4和图6中整流器的输出经电刷和滑环给同步发电机的磁场绕组
励磁机的旋转磁场绕组到励 磁控制设备也是通过滑环和电刷进行电联接的;图5和图7中整流器和交流励磁机的电枢与同步电机 同轴旋转,旋转整流器的输出不需用滑环或电刷,而直接与同步电机的磁场绕组联接
同步发电机 GS YYAYA 不控整流器 可控整流器 交流励磁机 才 水磁式刷 PMG 励磁机 图4它励有刷交流励磁机励磁功率单元 同步发电机 GS 旋转不控 整流器 可控整流器 交流励磁机 十 永磁式刷 MG 励磁机 图5它励无刷交流励磁机励磁功率单元
GB/T7409.2一2020 同步发电机 扇碰交安 GS YYYn 不控整 大 流器 交流励磁机 可控整流器 图6自励有刷交流励磁机励磁功率单元 同步发电机 GS 励磁变 旋转不控 太 整流器 交流励磁机 可控整流器 图7自励无刷交流励磁机励磁功率单元 图8表示采用永磁式副励磁机作电源的交流励磁机励磁功率单元的模型
该模型用以描述励磁机 带负载时的稳态和瞬态特性(在某些情况下考虑到瞬时负载影响,需用更详细的模型)
取决于励磁机 数据完整程度,可以构成不表达换相作用励磁机励磁功率单元模型,即设X;为零
图9表示采用有励磁变压器的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分数学模型
有励磁变压器的交流励磁机励磁系统功率部分数学模型与有副励磁机的交流励磁机励磁系统功半 部分数学模型的区别是调节器输出限制值与发电机电压有关
GB/T7409.2一2020 lm-K, um KRS U" T" S+K F
l，l，Xp 图8它励交流励磁机励磁功率单元详细模型 m一K" K+SE 4u rman U NT tnme S+K F，X 图9有励磁变压器的自励交流励磁机励磁功率单元详细模型 图10表示交流励磁机励磁功率单元的简化模型
当不可能获得全部数据时,可用简化模型
虽然 用负载的饱和曲线只能描述其稳态负载特性,但已可以满足许多研究的要求
GB/T7409.2一2020 4 Tn S十K 图10交流励磁机励磁功率单元简化模型图 4.3电势源静止励磁功率单元 电势源静止励磁功率单元有三种连接方式,包括电源采用自励恒压且与同步电机同轴的辅助发电机、或 取自与主发电机电压无关的辅助母线、或取自同步电机的输出端,励磁功率单元结构如图11所示
前两者分 别称作旋转源它励静止励磁系统和静止鄙它励励磁系统,其数学模型可以表示为图12后者称作自并励静止 励磁功率单元,自并励静止励磁系统的性能和模型应考虑受机端电压变化的影响,数学模型可以表示为图13
厂用电 同步发电机 同步发电机 同步发电机 自励恒压 励磁机 GS 励磁变 Gs Gs 励做变 mn 太 可挖憋流器 可控整流器 可控整流器 可替换 图11电势源静止励磁功率单元 可控整流装置采用全控桥,也可采用一半晶闸管、一半二极管的半控桥
常常通过控制触发角限制 输出电压,用U和U-来表示
半控桥输出不能逆变,U的值等于零
最常用的可控整流桥只允许正向磁场电流通过
若同步电机端部扰动引起负的磁场电流,图12和 图13的数学模型对此就不再是有效的,在这种情况下,同步电机磁场绕组的电压不再受调节器的控制. 而决定于其他因素
U+ u 1+sT 图12它励励磁功率单元模型
GB/T7409.2一2020 U+一X 1+T -一X 图13自并励静止励磁功率单元模型 4.4复合源静止励磁功率单元 复合源静止励磁功率单元同时采用电流源和电压源(取自同步电机)两种整流变压器供电
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,这里仅说明交流侧串联的复合源静止励磁功率单元
图14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15给出相应的模型 电势源变压器 电抗器 同步发电机 Gs 可控整流器 电流源变压器 图14交流侧串联,电压相加的复合源静止励磁功率单元 m l十x 4,=kK,而+从 U F,=,,E 图15对应图14的模型
GB/T7409.2一2020 5 控制功能的数学模型 5.1电压测量和负载电流补偿环节模型 仿真模拟的发电机端电压测量环节是所有电压调节器共有的
考虑电流补偿时,通常有基于矢量 合成电压测量和基于标量迭加的电压、电流测量两种方式: 基于矢量合成的电压测量和负载电流补偿环节; a 图16表示发电机电压与负载电流补偿的矢量合成
U 元 R0 (=|风+(+K.风 1sT 图16基于矢量合成的电压及负载电流补偿模型 b)基于标量相乘迭加的电压、电流测量与负载电流补偿环节
在大部分工程应用中,不考虑有功电流的电抗压降和无功电流电阻压降时,可将图16所示模型简 化为如图17所示
Uee UR U 1十sTR 1十sT I+TR 图17基于标量相乘迭加的电压,电流测量与电流补偿模型 通常,负载电流的补偿采用下面的某一种形式: 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,以使机组能合理地 分担无功功率,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16和图17
另外,滤波环节可能
GB/T7409.2一2020 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
加人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UeEF,以满足初始运行条件
常见的其他形式变压器高压侧电压控制有 PsVR,其具体模型框图参见附录A
5.2比例-微分-积分(PID)校正环节模型 励磁控制的PID校正环节实现励磁调节和稳定控制功能
PID校正环节一般分为;串联型PID校 正环节和并联型PID校正环节,具体如下 串联型PID校正环节 串联型PID校正环节模型见图18
K设置为1时校正环节由两级超前滞后环节组成
K、 设置为零时校正环节带纯积分环节,实现无差调节
U AmaX UAmm 1+se URe" K,n(1+se K,+xa 1+Ta L工 图18串联型PID校正环节 b 并联型PID校正环节 并联型PID校正环节模型见图19
U KAN Uen 1+T wn um U1mimn 图19并联型PID校正环节 5.3励磁反馈环节模型 励磁反馈环节一般包括软反馈环节和励磁机时间常数补偿环节 软反馈环节 a 软反馈环节模型见图20
软反馈环节输人信号在静止励磁系统中为调节器输出U,,在励磁机 励磁系统中可以是与励磁机磁场电流信号成比例的U.,或者发电机磁场电压U,软反馈环节
GB/T7409.2一2020 输出信号加到图24中电压相加点U.或者PID校正环节的输出Ua或U K 或u t 1+T 图20软反馈校正环节 b) 励磁机时间常数补偿环节 励磁机时间常数补偿环节也称硬反馈环节,用以减少励磁机等效时间常数
励磁机时间常数 补偿环节的输人信号为发电机磁场电压或励磁机磁场电流信号,反馈到PID校正环节的输 出,见图21 U或. U sN 图21励磁机时间常数补偿环节 5.4限幅环节 要注意区分内限幅和外限幅两种限幅环节
内限幅和外限幅的表达见附录B
5.5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
迭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
电力系统稳定器输 人量的基准值同发电机基准值
电力系统稳定器模型主要有单输人信号电力系统稳定器模型、合成加速功率型电力系统稳定器模 型和其他电力系统稳定器模型 a 单输人信号电力系统稳定器模型 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22
输人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
Usn w1 Tw2 1+As十A,2 1+sT 1+sTw 1+sTw2 Usm 1十 1+sTn 1+sg im + 1+xT I十n Us 图22 单输入信号电力系统稳定器模型- -PSS1型 10
GB/T7409.2一2020 D)合成加速功率型电力系统稳定器模型PSS2型 PSS2型合成加速功率型电力系统稳定器模型见图23
PSsS2型模型采用发电机转速(或频 率)和有功功率作为输人信号U和U,经过运算产生机械功率变化量信号,该信号减去有 功功率变化量信号即为加速功率变化量信号,以此作为电力系统稳定器校正信号输人到超前 滞后环节、增益调整环节和限幅环节
lsmms Usm Ks(1+T Ulsn +T 1十0 sTnm I+I n 1十sTw 十sTw2 1十sT% 1十sTrm" 1十Tm" 1十sTM 1十sp Usmmn Ussm s12 Uen A豆 T 1lsTwn 1十w 1lsTm Us2min 图23 加速功率型电力系统稳定器模型 -PSS2型 其他电力系统稳定器模型,比如多频段PSS模型(参见附录C)
5.6电压控制主环通用结构 电压控制主环通常由几种校正环节组合而成,其通用结构模型见图24,图中虚线描述了励磁反 馈环节和电力系统稳定器可选择的介人位置
励磁系统稳定计算模型可按照实际模型或按照等效 方式设置KA,K、T、T;、K那和PID1、PID2对应的参数,选择励磁反馈环节和电力系统稳定器介人 点
K设置为0时励磁反馈校正环节为软反馈校正,K、T，设置为零时该环节为励磁机时间常数补 偿环节
PID3 R8 PID PID2 1+T 1十sT 或U
KK 1十s? 图24电压控制主环通用结构模型 5.7辅助限制环节模型 本部分提供的励磁辅助限制器模型对应部分在电网运行的、符合标准要求的发电机励磁调节 器辅助限制功能
辅助限制环节主要包括V/Hz限制、过励限制(OEL),定子电流限制(sCL)和欠励限制(UEL): V/Hz限制环节 V/Hz限制环节实现防止同步电机或与其相连变压器过磁通功能
V/Hz限制环节根据反时 限实现方式不同可分为:解析函数类型和多点折线查表类型
采用解析函数类型实现反时限功能的V/Hz模型见图25,设置K实现不同的反时限动作 时间整定,设置K实现反时限动作返回时间整定,模型采用低通比较门(LV)方式介人电 压控制主环,输出信号Um接人图33中UvEL是
反时限特性计算公式见附录D的D.1
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GB/T7409.2一2020 e um Uwm T+T ww_Rr UwEr Kx 0.O0.9 100" Aepm 图25采用解析函数实现反时限功能的V/IHz模型 采用多点折线形式的V/Hz功能模型见图26,F(r)是由电压与机组频率比值r对时间 T的多段折线函数,用于整定反时限动作特性
模型采用低通比较门(LV)方式介人电压 控制主环,输出信号Uw接人图33中Um FL2
U +T 1+T Uv， K I0.O10.99 UHm Um Ut 图26采用多点折线形式的反时限v/Hz模型 b)过励限制环节 过励限制环节实现将励磁系统输出电流限制在允许值之内,限制作用可能是瞬时的或延时 的
过励限制环节通常由反时限计时模型、反时限动作模型和最大励磁电流限制动作模型 组成
) OEL反时限计时模型见图27,设置Km实现不同的反时限动作时间整定,设置K实现 反时限动作返回散热时间整定,反时限特性计算公式见D.2
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GB/T7409.2一2020 If4> ese o f4>= else 图27oEL反时限计时模型 EL
反时限动作模型见图28,K、设置为1时动作校正环节由两级超前滞后环节组成 2 K、设置为0时动作校正环节带纯积分环节,实现无差调节
模型采用LV方式介人电 压控制主环,输出信号UE接人图33中UE或UE;采用迭加方式介人时,需设置 s为0,输出信号UE接人图33中U UoEL_MAx OEL.2 oE.Mxa Mxa1 1十sT loe1 1十NT 1+T 人十s 1十NT" +sT it山n loE.Mn2 laEm So 图28oEL，反时限动作模型 OEL的最大励磁电流限制模型见图29,模型采用LV方式介人电压控制主环时,输出信 号U接人图33中Uog.或UoA;当以迭加方式介人时,输出信号接人图33中Uo 或Ues 几a.o3 r里woa" lEMx 1+s 1+T 1十sT Kv十sT m l.MmN o.Mn2 lE.Mn1 1+sTR 图29oEL最大励磁电流限制模型 定子电流限制环节 定子电流限制环节实现在同步电机定子电流超出允许值后限制发电机输出定子电流无功分量 至合适范围
限制作用是延时的,其通常是由反时限计时模型和反时限动作模型组成 定子电流限制反时限计时模型见图30
模型中热积累启动值I与过流倍数计算基准值 1
为不同参数.Q租Q分别用于设置迟相和进相工况下的sCL动作死区,其反时限 特性计算公式参见式(D.3)
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GB/T7409.2一2020 Q.en elsee S 十 lf4>=1 S else else 图30sCL反时限计时模型 定子电流反时限动作模型见图31,模型采用LV方式介人电压控制主环时,输出信号 2 接人图33中U或Ua,U接人图33中U或U U5 CLind xcIea2
wie l" Snmd I十s7s3 1+ Ks 'Lildl 十+s7 1十T 100 U1m uk正剑 U三d 十NT 1+sT sa U 1十s6 -100 w娜" Cw哪mm" min2 图31SCI反时限动作模型 欠励限制环节 d 欠励限制用于防止同步发电机超越静态稳定极限,或不超越由定子端部铁芯发热而要求的圆 柱转子型电机的热容量
欠励限制模型通常由PID控制环节、限制查表曲线环节和电压修正 环节组成,部分调节器设计有根据功角大小调整增益的变增益环节
欠励限制模型见图32,图中限制查表环节F.(.r)是以有功功率测量值为输人查找无功给定 Q.,具体实现可参见附录E
欠励限制采用迭加方式介人电压控制主环时,需设置U 为 UEL_MIN 0.输出UE接人图33中Ua2;采用HV方式介人时,输出UE接人图33中UE或U， 当接人Ua位置时,由于Uu位于电压控制主环之后,在主辅环控制切换时应具有积分初始 化功能
具体实现可参见附录F 14
GB/T7409.2一2020 cos(x 变增益环节 U.Mxe U.MAx A 1+sr 100. mN UEMN2 U.MN -F I0.01 图32UEL模型 5.8辅助限制环节介入电压控制主环的方式 辅助限制环节介人电压控制主环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,限制动作后电压竭节被阻断 图33为辅助限制环节介人电压控制主环的一般方式
励磁系统稳定计算模型可按照实际模型或者按照等效方式选择作用点和作用方式
oEL l" as PSS lim" Ue1 PID Un2 yEI 1a s s坚 sCL 图33辅助限制环节介入电压控制主环的一般方式 励磁系统模型 6.1概述 本部分提供的励磁系统模型对应多数在电网运行的、符合标准要求的发电机励磁系统,也包含 了多数在应用于电力系统稳定性研究的励磁系统模型
当有需要时,按照5.7增添辅助限制环节
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需要全部使用
当部分环节不使用时,可以设置参数 使其不起作用
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GB/T7409.2一2020 6.2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 型考虑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
根据交流励磁机励磁方 式的不同,其仿真模型可分为 EX1型交流励磁机励磁系统模型 a 图34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型模型有各辅助限制介人位置、励磁系统输出电压最大值限制、串联型PID校正和软反 馈校正
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
二k上 U U le L1 士S mm lm1 U 1十sT KAe Lv - E K十m 4 lei哪 c 1v UA1mn sK 1N7 注EX1-A型,U为U.
EX1-B型;U为u，或U 图34EX1-A和Ex1-B型交流励磁机励磁系统模型 b)EX2型交流励磁机励磁系统模型 图35所示的EX2型模型用来表示发电机机端变压器向励磁系统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UU,和U,Um
EX2型模型其他 部分同EX1型 r一K4 lloE 而 lo :l. m URk" I十s7 MO干G 泪-d 干TI u umn kcn U m1 'Am s
Uer +T 注:EX2-A型:UIN为Uie
EX2-B型:UINI为U或Uie
图35Ex2-A和EX2-B型交流励磁机励磁系统模型 EX3型交流励磁机励磁系统模型 c 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 磁机励磁系统模型见图36
16
GB/T7409.2一2020 Un AeElE Uo UR" 知志圈 1十 UkcaO ,Uka In1 lvn UAmin l，，M sK U 1+sT 注:EX3-A型:UN为U.
EX3-B型:U为U或U
图36EX3-A和EX3-B型交流励磁机励磁系统模型 d)EX4型交流励磁机励磁系统模型 EX4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37
Um一k," Um Ua U S u R0 二习达四 " U.呼a Umi1 sc Uw F=. X sk Usn 1+s 注EX4-A型.U为U.
EX4-B型;U为U或U
图37EX4-A和EX4-B型交流励磁机励磁系统模型 EX5型交流励磁机励磁系统模型 图38所示的EX5型模型用来表示励磁机采用自励恒压方式的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
EX5型模型有串联型PID校正和软反馈校正,软反馈校正的输人来自调节器输出
U3 m UE 4胆E m一X 1e RR K+a 阳 1十sTe 十sT K十Tm U一X i liki哪a U U2ma UAmin s 1十s 图38EX5型励磁系统模型 f EX6型交流励磁机励磁系统模型 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 磁机励磁系统模型见图39
17
GB/T7409.2一2020 U lon nm m一M1 KA RR D 1十xT Um Um-X lep Uc Ucina e sk 1十T 图39Ex6型励磁系统模型 6.3直流励磁机励磁系统模型 直流励磁机励磁系统模型取不可控整流器交流励磁机励磁系统模型EXIEX4,一般将其K
和 Kn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,K，按直流励磁机的空载特性和 负载特性确定
6.4静止励磁系统模型 根据静止励磁系统励磁方式的不同,其仿真模型可分为 ST1型静止励磁系统模型 a 图40所示的sTl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,经可控整流器输出磁场电压,它的限幅值与发电机电 压成正比,为u,U,和u,,
模型含过励电流鹅时限制. ST模型有串联型PID校正、软反馈校正和各辅助限制介人位置
u loE U UoE ma一X" RR KAn(1十sTcn 1十se？ HV Kv十sm +sTie 4m一p" xa m Ua UAme UIm U U2m sk T" 图40ST1型静止励磁系统模型 b)ST2型静止励磁系统模型 图41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 他与sT1型模型相同
m1 U2ma U些”i to E nma一M* lRR K(1十seD 十sc2 Kv十sBn 十s2 mm一Xp Use llLlaepclm UAm UAlmtin Um U2 sKr 1十 图41S12型静止励磁系统模型 18
GB/T7409.2一2020 sST3型静止励磁系统模型 图42为ST3型静止励磁系统模型
ST3型与STl型模型的差别在于未包含软负反馈校正 并采用并联型PID校正,其他与ST1型模型相同
U Uum1 Ule um一M" e0 kADy E巧 1十8TAD ome 1A,mi一M Ux w 图42sr3型静止励磁系统模型 d)sST4型静止励磁系统模型 图43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
wm lm一p uLl URR sKAD 四 1十sAD puln1 U/clap Uml一M Ucind UAmin U Umi 图43sST4型静止励磁系统模型 ST5型静止励磁系统模型 e 图44为ST5型静止励磁系统模型
ST5型模型有磁场电压反馈 o owI U lLn一X/ UxR U 泪 Lap w,- Uscind a lld Im skG 1十s l十sGa 图44ST5型带磁场电压反馈的静止励磁系统模型 专用语 7.1参数 本部分所采用的参数符号和定义如下 TE旋转交、直流励磁机的时间常数;静止励磁功率单元机饱和绕组的时间常数;可控整流桥控 制等效时间常数
S 交、直流励磁机的饱和函数,见附录G KE -交、直流励磁机自励磁场的常数,对于它励励磁机K=1 去磁系数,交流励磁机电抗的函数 KD 整流器负载系数,与电压源,电流源的换向电抗成正比,或与电压、电流源的合成等效换向 Xg 电抗成正比,见附录H
19
GB/T7409.2一2020 F -换向压降系数,见附录H
X 换向电抗
电流回路输人常数
K K， 电压回路输人常数
Um,U 励磁系统输出最大、最小电压
imin Um,U -调节器最大、最小输出 rmin" U -励磁机磁场电流限制参数
FEmax U -发电机额定电压时,电势源励磁功率单元的最大,最小空载输出电压
K
-内环磁场调节器的反馈增益
电压测量环节的增益
K K" 控制环节静差补偿系数，一般设置为控制环节比列增益K、的倒数
端电压变换器,负载电流补偿器的时间常数
电势源变换器的整流器负载系数,见附录H
KMA 比例增益常系数，一般设置为1000000
电压调节器增益常数
K KF、Kv、KAp、KAD、K、KB、K即、K 励磁反馈环节增益常数
电压调节器时间常数
T将Tg将Tc、T'c、将TA、Tg将TAD、T 励磁反馈环节时间常数 电流和功率补偿器增益常数
-电压调节器 Amn、Um、UNmln、Uml、,Umn、UBm、UBmi、Upmm、Upmln、U1m、U1m UAma、U 限幅值 过励瞬时限制增益
Ka 过励瞬时设定值
UR K,Ks,K,K 电力系统稳定器增益
电力系统稳定器信号测量环节时间常数
Ts 电力系统稳定器隔直环节时间常数
,T、T所、T的、T、Tn -电力系统稳定器时间常数
电力系统稳定器滤波器参数
电力系统稳定器输出限幅值
电力系统稳定器输人限幅值 Usm ,Umn ImIx Um、I、R郎、,U.田、I.围、Rm -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
V/Hz限制定值限幅值(用额定值的标么值表示)
vE_REr Km、Ka 热积累和散热积分系数
-V/Hz限制反时限特性指数系数
K V/Hz限制反时限计时启动定值(用额定值的标么值表示) UvELh U -V/Hz限制动作返回定值(用额定值的标么值表示)
JH.nt V/Hz限制输出最大设定值(用额定值的标么值表示). REFmn K -OEL限制反时限特性指数系数
exE -OEL限制反时限计时启动定值(用额定值的标么值表示,定值整定可见附录)
Iths OEL限制热积累转子电流参考基准值(用额定值的标么值表示,定值见附录I) I OEL反时限限制定值(用额定值的标么值表示,定值整定见附录I. Ima OEL允许最大磁场电流定值(用额定值的标么值表示,定值整定见附录I). 20
GB/T7409.2一2020 -热积累积分上限幅值
T,T、T、T、T、T
、T、T 各辅助限制环节时间常数 Ks、Ks、Ks 各辅助限制环节增益常数
,UE
-OEL限制模型限幅值
UoE.MAx、UoEI.MAx、UoELMAx、UoEL_MN、UoEL.MN、 MIN2 sCL限制反时限计时启动定值(用额定值的标么值表示)
SC限制热积累定子电流参考基准值(用额定值的标么值表示). 允许最大定子电流定值(用额定值的标么值表示)
限制反时限特性指数系数
eXDC 限制动作迟相侧死区定值和进相侧死区定值
sSCI限制迟相侧动作模型限幅值
U1imml,Uaa过叫e Snm身 ,U U UEL限制模型限幅值
,Uw-Ms" UELMIN、UEL_MAx E_MN、UoEL_MIN" UEL限制变增益环节增益常数
7.2变量 本部分采用的变量符号和定义如下: U -励磁调节器输出
u 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,见附录J. -发电机磁场电流(用发电机气隙磁场电流的标么值表示,见附录J.
-发电机端电压的矢量及标量(用额定值的标么值表示)
发电机定子电流的矢量及标量(用额定值的标么值表示)
励磁机磁场电流
发电机有功功率和无功功率(用视在额定值的标么值表示)
-发电机有功电流和无功电流(用视在额定值的标么值表示)
发电机功角
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)
U 电压调节器设定值(按照满足初始条件确定). UR 电力系统稳定器输出
U
电力系统稳定器介人电压控制主环不同位置的输出
U、Ue,U pss3 U -电压控制通道的偏差信号
ERR U -励磁反馈环节输出
s U
与励磁机磁场电流成比例的信号
电压测量和补偿器输出
电压校正环节的输出
U .U
、 -电力系统稳定器输人信号 Js2 sn 发电机频率(用工频50Ha的标么值表示)
V/Hz限制定值输出
UvF_REF V/Hz限制环节输出
UvH -V/Hz限制环节介人电压控制主环不同位置的输出
UvHL、UvF2,UFL OEL动作标志位(用0和1表示)
So OEL反时限限制环节输出
UoE1 Uo Uiua 2、,UoE,Uo4,UoB OEL限制环节介人电压控制主环不同位置的输出
oE” scL限制环节采用迭加方式介人电压控制主环不同位置的输出 U、U 21
GB/T7409.2一2020 Uetl,U SCL迟相侧限制输出和进相侧限制输出
U U SCL迟相侧限制环节采用比较门方式介人电压控制主环不同位置的输出
CLindll scLind2 SCL进相侧限制环节采用比较门方式介人电压控制主环不同位置的输出
JscLeapl、UscLcp2 SCL动作标志位(用0和1表示 SscL S sCL迟相侧动作标志位(用0和1表示
Sa SCL进相侧动作标志位(用0和1表示 O UEL限制无功功率限制参考定值
Ma U 欠励限制输出
/E A,U'a,UEs,UBa UEL限制环节介人电压控制主环不同位置的输出
U0 UEL限制PID控制环节输人量 .Uwn /uEL.A、 U -UEL限制控制通道的偏差信号
22
GB/T7409.2一2020 录 附 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
lRF" Uc 1+Te 1+sT" 1十NT 1十m 1十NTg 1十sTq 1十sTp 心 Uucmin 说明 -发电机主变高压侧电压 U URF -发电机主变高压侧电压给定; -PSVR控制增益; K T,、T、T,T,T',T',T -控制环节超前/滞后时间常数; PSVR输出限制值
Ul.U 图A.1PsVR控制模型 23
GB/T7409.2一2020 附 录 B 规范性附录) 限幅表示法 B.1概述 本附录描述了本部分中最常见的模型环节实现
这些模型环节中有几个相对简单,但其中一些模 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
本附录中儿种模型环节的不同类型限制实现可作为预期实施的参考 B.2积分环节 图B.1和图B2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=A或y=B的限制条件开始,一旦输人变量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y将首 先回退至限制值,然后输出r才能脱离限制值
系统方程:dy/d=[1/T]u 若y>A,则工=A 若y
同步电机励磁系统第2部分：电力系统研究用模型GB/T7409.2-2020
同步电机是电力系统中常见的电动机类型之一。而同步电机励磁系统则是保证同步电机正常运行的重要组成部分。为了更好地研究同步电机励磁系统，制定了研究用模型GB/T7409.2-2020。
GB/T7409.2-2020是在前一版标准的基础上进行修订和补充，旨在提高同步电机励磁系统的研究水平和应用效果。该标准主要包括以下内容：
- 同步电机励磁系统的数学模型，包括静态特性、暂态特性等；
- 同步电机励磁系统的参数标识方法及其测量与计算方法；
- 同步电机励磁系统的模型参数确定方法；
- 同步电机励磁系统的仿真计算方法。
这些内容对于同步电机励磁系统的研究和应用都具有重要的意义。例如，在电力系统中，同步电机通常用作发电机。通过使用GB/T7409.2-2020标准提供的数学模型和仿真计算方法，可以更好地分析同步电机励磁系统的运行状态，预测故障等，从而保证电力系统的稳定性和可靠性。
总之，GB/T7409.2-2020标准为同步电机励磁系统的研究和应用提供了重要的参考，帮助专业人士更好地理解和掌握同步电机励磁系统的相关知识和技术。
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