发电机励磁系统建模及仿真

１２倍额定 电压下的饱和系数／ 。 ． ｜ ｓ
２・
・
第 ２期
刘金森 ， ： 电机励磁 系统建模及仿真 等 发
型的 Ｐ Ｓ Ｓ 。根据原始资料提供的 Ｐ Ｓ Ｓ 传递函数及试 验中确定的参数 ， Ｂ Ａ暂态稳定程序 中， 在 Ｐ 可以确 定采用 ｓ 型 Ｐ Ｓ Ｉ Ｓ 模型 ， 其框 图如 图 ５所示 ， 参数设
ｔｍ ｄ ｌｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ Ｉ ｈ ｓｐａ ｅ ，ｈ ｎ ｍｉ ｈａａ ｔ ｒｓｉｓａ ｄ ｒ ｌｖ ｎ ａ ａ ｔｒ ｆｔ ｅ ｅ ｃ ｔ－ ｅ ｍｏ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ． ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｔ ｅｄｙ ａ ｃ ｃ ｒ ｃｅ ｔ ｎ ｅ ｅ ａ ｔｐ ｒ ｍｅｅ ｏ ｈ ｘ ｉ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ
２１ ０ １年 ２月 第 ｌ ４卷 第 ２期
２ １ ，Ｖ ｌ ４，Ｎｏ ２ ０ １ ｏ ，１ ．
贵州电力技术
ＧＵＩ ＺＨＯＵ ＥＬＥＣＴＲＩ ＰＯＷ ＥＲ Ｃ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
电 网科 技
Ｐｏ ｒＧｒｄ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ ｗｅ ｉ ｃ ｏｏ ｙ
发 电 机 励 磁 系 统 建 模 及 仿 真
关键 词 ： 励磁 系统； 电机 ； 发 系统建模 ； 参数 ； Ｐ ＢＡ 文章编 号 ：０ ８— ８ Ｘ ２ １ ） ０ ０ — ３ 中图分类号 ： Ｍ ４ 文献标识码 ： １０ ０ ３ （ ０ １ ２－ ０ １ ０ Ｔ７ Ｂ
电力 系 统 已进 入 大 电 网、 电 压 、 机 组 的时 高 大 代 。随 着 电网规 模 的扩大 ， 机组 容 量 的提高 ， 机组 运 行稳 定性 的要 求 也 随之提 高 。发 电机励 磁 系统参 数 是 电 网运行 的重 要 参数 之 一 ， 电力 系统 的暂 态 稳 对 定控 制具 有重 要 作 用 。 因此 ， 有必 要 对 发 电机 组 的 励 磁 系统 进行 研究 分 析 ， 仿 真 软件 中建 立 励 磁 系 在
改 善 发 电机 组 的轴 系稳 定性 。
图 １ 调 节 器 模 型 框 图
可提 高 电力系 统稳 定运 行水 平 ， 在配 置 Ｐ Ｓ后 ， Ｓ
小 干扰 稳定 水 平有 明显 的提 高 。
文 献 给 出 了 Ｅ Ｃ ０ ０型励 磁 调 节 器模 型框 Ｘ ９０ 图， 其控 制方 式 采 用 的 是 ＰＤ＋Ｐ Ｓ控 制 主调 节 通 Ｉ Ｓ 道， 即电压 调 节 通 道有 测 量单 元 、 级 超前／ 后校 两 滞
刘金森 朱 灵子
５０ ０ ） ５ ０ ３ （ 州大学电气工程 学院 ， 卅 贵 阳 贵 贵 １
摘
要： 励磁 系统在 电力 系统的规划与控制领域 都有非常重要 的作用 ， 确的模 型结构与参数是 选择 有效控制 手段 精
和 整 个 电力 系统 仿 真 准确 性 的基 础 。通 过 小扰 动 试 验 校 核 了励 磁 控 制 系统 小干 扰 动 态特 性 和 相 关 参 数 ， 电 力 系 为 统稳 定 分 析 计 算 提 供 了依 据 。
文 ，０９ ２０．
［ ］ 刘建国． ５ 大峡水电站 ３ 号机组励磁参数实测及 Ｐ Ｓ Ｓ 试验． ０６ ２０
中国电机工程学会年会论文集 ，０６ ２０ ．
收 稿 日期 ：００一 ７一ｌ ２１ ｏ ４
４ 结 论
通过仿真发电机空载 ５ ％阶跃 ， 校核 了发 电机 励磁系统模型的正确性。通过试验和计算 ， 对励磁
参考文献 ：
［ ］ 贺仁 睦． 电机励 磁 系统 建模 与参 数 辨识 综述． 网技术 ． １ 发 电
２０ ７ ３ ）：２—６ ． ０ ７，（ １ ６ ７
［ ］ 苟吉辉 ， ２ 熊尚峰． 稳定计算用发电机励磁系统模型参数测试及 校核分析．０ ８ ２０ 中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｔ ｏ ｅ ｙ ｔｍ ｌｎ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｘ ｉ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｐ ａ ｓ ａ ｏ ｔｎ ｕ ｅ Ｔ ｅ ｓ ｌｃｉ ｎ ｏ ｓｒ ｃ ： ｏ ｈ ｉ ｐ ｗ ｒｓ ｓｅ ｐ ａ ｎ ｎ ｎ ｏ ｔ ｌ ｇ ｅ ｃｔ ｉ ｙ ｔｍ ｌｙ ｎ ｉ ｒ ｔｒ ｌ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｆ ｎ ｏｉ ａｏ ｍｐ ａ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌ ｍｅｈ ｄ ｎ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｏ ｅ ｙ ｔ ｍ ｉ ｌｔ ｎ ｄ ｐ ｎ ｅ ｖｌ ｎ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｔ ｅ ｅ ｃｔｔ ｎ ｓ ｓ ｏ ｔ ｔ ｏ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｗ ｒｓ ｓ ｏ ｐ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｅ ｄ ｈ ａ ｉ ｏ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｘ ｉ ｉ ｙ — ｏ ｙ ｈ ａｏ
１ 发 电机励磁 系统参数 辨识
系统 辨识 就 是 通 过 观测 一 个 系 统 ， 一 个 过程 或 的输 入 与输 出 的关 系 ， 确 定 描 述 该 系 统 或过 程 动 来
正单 元 ，Ｓ Ｐ Ｓ调 节通 道 有 测 量 单元 、 直单 元 ， 隔 两级 超前／ 后校 正单元 、 滞 比例放 大单元 、 限幅单元 。
由 Ａ Ｒ 和 Ｐ Ｓ两 部分组 成 的系统 ， Ｖ Ｓ 辨识 的时 候可将
二者 分开 辨 识 。Ａ Ｒ和 ＰＳ都 可 作 为 单 输 入 单 输 Ｖ Ｓ 出系统 来 进行辨 识处 理 ， 励磁 系统 的参数 确定 之后 ，
就 以这 个参 数整 定设 备 ， 投入运 行 ， 一般不 会频 繁调 整 。所 以励 磁 系统 的参数 辨识 可 以是离线 辨识 。
电压调节器超前 时间常数／
电压调节器滞后 时问常数／ 电压调节器放大器增益／ Ａ Ｋ
调 节 器 ＰＤ增 益 ／ Ｉ
积分选择 因子／Ｅ 电压调节器放大器时间常数／ 调压器稳定 回路增益／
调压器稳定 回路 时间常数／ 调节器最大 内部 电压／
调节器最小 内部 电压／ 电压调节器最大输 出／ ＾ ｘ 电压调节器最小输出／
Ｌｉ ｉｓ ｎ， ｕ Ｌｉｇ ｉ ｕ Ｊｎ ｅ Ｚｈ ｎ ｚ
（ ｏｅｅｏ ｌ ｔｃｌ ｎｉ ｅｉｇ Ｇ ｉ ｏ ｎｖｒｔ， ｕｙｎ ５０ ３Ｇ ｉ ｏ ，ｈｎ ） Ｃｌ ｇ ｆ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ， ｕｚ ｕＵ ｉｅ ｉ Ｇ ｉａｇ ０ ０ ｕ ｈｕ Ｃ ｉａ ｌ Ｅ ｃｉ ｎ ｎ ｈ ｓｙ ５ ｚ
・
发 电机励 磁 系统是 一 个灰 箱 系统 。励磁 系统 是
１・
贵州 电力技术
１ ｓ蛾 序 电 压（ ｕ Ｇ Ｎ ： ｐ， Ｅ ＂ ． ０
第１ ４卷
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２ｓ
参数设定
（） ３ 峰值时间相差不大于 ０２ ； ．ｓ （ ） 调量 均 不超 过 阶跃 量 的 ３ ％ ， 者 相 差 ４超 ０ 二 不大 于 ５ ％试 验值 ； ０
（ ） 整 时 间均 不 超 过 １ｓ二 者 相 差 不 大 于 ５调 ０，
表 ２ ５ 阶跃 响 应 仿 真 和 实 测 结 果 比较 ％
置见 表 ３ 。
系统参数 进行 了调 整 ， 善 了励 磁系统 的调节 性能 ， 改 为 抑制 可能 出现 的 电力 系统 低 频 振荡 、 高 电力 系 提 统稳 定性 奠 定 了基础 。将 Ａ Ｒ 参数 和 Ｐ Ｓ参 数转 Ｖ Ｓ
化为 Ｂ Ａ暂态稳定程序计算用数据卡 ， Ｐ 为相关分析 和计算提供了依据。
态特 性 的数 学 模 型 。按 照 对 待测 系统 的 了解 程 度 ，
可将 系统分 为 三类 ， ： 即
２ 励磁 系统模型参数 的校核
励磁 系统 模 型参数 的校 核可 以分为 发 电机 空载 下小 扰动 试验 校核 和大 扰动试 验校 核 。小扰 动试验
黑 箱 （ ｌ ｋｂｘ ： 系 统 一 无 所 知 ， 模 型 结 Ｂａ ｏ ） 对 ｃ 其
统模型库 ， 使软件模拟的结果更接近实际情况 ， 对于
电 网分析 的准 确性 也有 着 重要 的意 义 。
以 自并 励 励 磁 系统 为 研 究 对象 ， 系统 具 有 以 该
下优 点 ：
没有旋 转 部件 ， 运行 可靠 性 高 ， 当外部 短路 切 除 后 ， 励能 力便 能迅 速发 挥 出来 。 强 能够缩 短 发 电机 的轴 系长度 ， 少轴 承数 ， 以 减 可
构、 阶数 、 数等 均未 知 。 参 灰箱 （ ｒｙｂ ｘ ： 系统部 分 了解 ， 已知模 型 Ｇ ｅ ｏ ） 对 如
校核 励磁 控制 系统 小 干 扰 动 态特 性 和 相关 参 数 ， 大 扰动 试验 校核 励磁 调节 器输 出限 幅值 。进 行小 扰动
特性 校核试 验 ， 步骤 如下 ：
２ｏ ｏ ８．
图 ５ Ｓ 型 Ｐ Ｓ的传递 函数框图 Ｉ Ｓ
表 ３ Ｓ 型 Ｐ Ｓ 型 参 数 设 置 Ｉ Ｓ模
［ ］ 王俊． ３ 基于 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ和 Ｐ Ａ Ｐ的水 电机组励磁 系统建模研究 ＳＳ ［ ． Ｍ］ 华中科技大学硕士学位论文 ，０６ ２０ ． ［ ］ 王言徐． ４ 发电机励磁系统建模 ［ ． Ｍ］ 兰州理工大学硕士学位论
作者 简介 ：
刘金 森（９ ３ ） 男， １８ 一 ， 河北 沧州人 ， 士研 究生 ， 硕 主要 从事 电
力 系统 安全 、 定 控 制 的 研 究 。ｅ—ｍ ｉ １５ ５３ ５ ７ １３ ｃｍ 稳 ａｌ ３ ９ １ ｌ ｌ＠ ６ ．ｏ ：
（ 本文责任编辑 ： 龙海丽）
Ｍ ｏ ｌｎ ｎｄ ｓｍ ｕｌ ｔｏ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ｃ ｔ ｔｏ ｓ ｓ ｅ ｄｅｉ ｇ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ ｇ ｎｅ ａ ｏ ｘ ｉａ ｎ ｙ ｔ ｍ ｉ
足：
（ ） 荡次数 均不 超过 ３次 ， 者相差 不超 过 １ １振 二
次；
（ ） 电机 电压 上 升 时 间均 不超 过 ０ ８ ， 者 ２发 ． ｓ二 相差 不大 于 ０ １ ； ．ｓ
图 ３ Ｂ Ａ中 Ｆ Ｐ Ｖ型励磁系统模 型框 图 表 １ Ｂ Ａ中 Ｆ Ｐ Ｖ型励磁 系统模型参数表 参数名称 调节器输入滤波器时间常数／ 电压调节器超前 时间常数／ 电压调节器滞后 时间常数／
通过 对表 ２数 据进 行 分 析 ， 出辨 识 后 的仿 真 看
换相 电抗 的整流器负载 因子／
额定电压下的饱 和系数／ 。。 Ｓ
．
结果与现场试验结果有较好 的吻合度 ， 试验值可用 于 电力 系统稳 定计算 模型参 数 。
３ Ｐ Ｓ模 型参数计算 Ｓ
Ｅ Ｃ一９０ Ｘ ００励 磁 系统 中采 用 的是 Ｐ Ｓ一２ 模 Ｓ Ａ
结构 、 阶数 、 测模 型参 数 。 待
白箱 （ ｉ ｏ ） 系 统 模 型 可 用 物 理 机 理 写 Ｗｈｔ ｂｘ ： ｅ
出。
（ ） 场试 验 。 在 发 电机 空 载 、 压 为 额 定 值 １现 电 的条 件下进 行 一次 阶跃 响应 试 验 ， 录 发 电机 定 子 记 电压 ， 阶跃 量为 ５ ， 验波形 见 图 ２。 ％ 试
… ，Ｊ Ｉ
图 ２ 发 电机空载 ５ 阶跃试验实测结果 ％
｛
＾ ∞ ： Ｊ
（） ２ 仿真试验。根据图 ３ 所示励磁系统传递 函
数框 图 ， 该发 电机励磁 模型 可 在 Ｂ Ａ暂 态 稳定 程序 Ｐ
中选用 Ｆ Ｖ型励磁系统卡 ， 采用表 １ 的参数 ， 进行发 电机空载 ５ ％阶跃仿真 ， 仿真曲线如图 ４ 所示。
图 ４ 发电机空载 ５ ％阶跃响应仿真结果
（） ３ 误差分析 。将仿真结果与实测结果进行对
比分 析 。 根据 电力 行 业 标 准 Ｄ ／ ８３—２０ Ｌ Ｔ４ ０３中对 发 电
一 ｈ
。。 姗
机空 载 阶跃 响应 性 能指 标 要 求 ： 在发 电机 空载 条 件

下的阶跃响应 ， 数字仿真结果与现场试验结果应满