《同步发电机励磁系统建模导则gbt+40589-2021》详细解读

《同步发电机励磁系统建模导则gb/t40589-2021》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4缩略语5总则6励磁设备要求7励磁系统标幺值contents目录8励磁调节器环节特性辨识9实测模型10计算模型的选择与参数处理11现场试验与仿真校核12模型参数仿真复核附录A(规范性)限幅的表达附录B(资料性)调节器输出限幅值获取方法附录C(资料性)电压调差率的测量contents目录附录D(资料性)低励限制模型附录E(资料性)过励限制模型附录F(资料性)发电机直轴暂态开路时间常数测试校核附录G(资料性)发电机饱和系数的计算参考文献011范围适用对象电力设备制造商为制造商提供励磁系统设计和生产的规范。发电厂运营人员帮助运营人员更好地理解和操作励磁系统。电力系统设计人员为设计人员提供励磁系统建模的指导和参考。模型验证和应用场景说明了模型验证的方法和实际应用场景。同步发电机的励磁方式及特点详细介绍了各种励磁方式及其优缺点。励磁系统建模方法提供了详细的建模步骤和注意事项。内容涵盖010203仅适用于同步发电机的励磁系统建模。不包括其他类型发电机的励磁系统建模。建模过程中需遵守国家及行业标准。适用范围限定022规范性引用文件明确引用文件的作用规范性引用文件主要为励磁系统建模提供技术支撑和参考依据。涵盖的内容包括国家标准、行业标准、国际标准以及技术报告等，确保建模过程的科学性和规范性。引用文件的范围与目的GB/TXXXX-XXXX国际电工委员会发布的相关标准，主要涉及同步发电机励磁系统的性能要求、安全规范以及试验方法等，为建模提供了国际视野和参考。IECXXXX其他相关标准包括电力系统稳定器、自动电压调节器等关联设备的标准，共同构成了励磁系统建模的完整技术体系。详细描述了同步发电机的技术要求、试验方法以及检验规则等，为励磁系统建模提供了基础数据和技术支持。主要引用文件及内容文件的获取与解读建模人员需及时获取并认真解读相关引用文件，确保准确理解和应用文件内容。文件的更新与替代文件的应用实例引用文件的应用与实施随着技术的进步和标准的更新，建模人员需关注引用文件的最新版本，及时替换旧版文件，确保建模工作的时效性和准确性。结合具体建模项目，举例说明引用文件在实际工作中的应用方法和注意事项，提高建模人员的操作能力和水平。033术语和定义定义根据制造厂提供的资料推导出的模型结构及参数。意义作为励磁系统建模的基础，确保了模型的准确性和可靠性。3.1原始模型参照原始模型进行模型辨识和参数实测得到的模型结构及参数。定义用于验证原始模型的准确性，并为计算模型提供实际数据支持。应用3.2实测模型定义用于稳定计算的模型结构及参数。分类包括等同计算模型和近似计算模型，前者与实测模型结构一致，后者与实测模型结构有一定差别。3.3计算模型阶跃试验、阶跃量、超调量等用于描述系统动态响应特性的术语，在励磁系统建模和调试过程中具有重要意义。频域测量法和时域测量法两种常用的模型参数辨识方法，分别通过在频域和时域中进行测量来辨识模型及其参数。3.4其他术语044缩略语AVRAutomaticVoltageRegulator，自动电压调节器，是用于同步发电机励磁系统自动调节电压的设备。AVRECSExcitationControlSystem，励磁控制系统，是同步发电机中用于控制励磁电流，以维持机端电压在给定水平的系统。ECSFEXFEXFieldExcitation，磁场激励，指的是通过励磁系统提供给同步发电机励磁绕组的直流电流，以产生磁场。PSSPowerSystemStabilizer，电力系统稳定器，是一种附加控制装置，用于提高电力系统的稳定性，通常与AVR配合使用。PSS055总则5.1目的和范围范围本导则适用于同步发电机励磁系统的建模，包括但不限于自并励、他励等不同类型的励磁系统。目的为了规范同步发电机励磁系统的建模方法，提高模型精度和可靠性，特制定本导则。指同步发电机的励磁电源、励磁调节器、励磁变压器、整流装置等组成的系统，用于提供发电机磁场电流。励磁系统指根据励磁系统的物理特性和运行规律，建立数学模型的过程。建模指所建模型与实际励磁系统的吻合程度，包括静态精度和动态精度。模型精度5.2术语和定义建模原则应基于励磁系统的实际物理特性和运行数据，确保模型的准确性和可靠性。建模要求5.3建模原则和要求模型应能反映励磁系统的静态和动态特性，包括电压调节、电流调节、功率因数调节等功能。0102包括收集数据、建立数学模型、验证模型准确性等步骤。建模流程可以采用传递函数法、状态空间法等方法进行建模，具体方法应根据励磁系统的类型和特点选择。建模方法5.4建模流程和方法066励磁设备要求励磁调节器在设计阶段应确认模型参数，确保设计符合建模导则的要求。设计确认在型式试验阶段，应对励磁调节器进行全面的测试，包括模型参数的正确性、稳定性和响应特性等。型式试验励磁设备应通过技术鉴定，证明其性能满足相关标准和电网运行的需求。技术鉴定6.1励磁调节器设计与试验励磁设备应提供详细的技术数据，包括励磁调节器及附加环节的模型参数，以供建模使用。技术数据提供励磁系统及部件的原始模型应由设备制造商提供，作为建模的基础。原始模型提供6.2励磁设备技术数据与模型参数提供VS励磁调节器应具备供第三方进行模型参数测试所需要的接口，确保测试的顺利进行。设置值表示励磁调节器的设置值应以十进制表示，时间常数以秒表示，放大倍数和限幅值以标幺值表示，以符合建模导则的规范。接口要求6.3励磁调节器接口与设置值要求励磁调节器应在定型生产前完成环节模型正确性检查，确保模型与实际设备的一致性。正确性检查对于同类型调节器在其他机组励磁系统建模中的正确性，也应进行验证，以提高模型的通用性和可靠性。同类型调节器验证6.4励磁调节器环节模型正确性检查无死区设置为了确保励磁系统的稳定性和响应速度，励磁调节器不应设置死区。这样可以避免在调节过程中出现不必要的延迟或误差，提高调节的精度和效率。6.5励磁调节器死区设置要求077励磁系统标幺值7.1标幺值定义励磁系统标幺值在励磁系统中，标幺值通常用于表示电压、电流等物理量的相对大小。标幺值概念标幺值是相对于某一基准值的比值，用于简化复杂系统的计算和比较。7.2标幺值计算基准值选择根据系统实际情况，选择合适的基准值，如额定电压、额定电流等。标幺值计算公式实际值除以基准值，得到的结果即为标幺值。通过标幺值可以方便地比较不同设备或不同运行工况下的电气量大小。系统分析当系统发生故障时，可以通过标幺值的变化来判断故障类型和位置。故障诊断7.3标幺值应用基准值一致性在进行标幺值计算时，应确保所选取的基准值与实际系统相匹配。017.4注意事项数据准确性为了保证标幺值的准确性，需要确保实际测量数据的准确性。02088励磁调节器环节特性辨识8励磁调节器环节特性辨识利用频谱分析仪，通过测量待辨识环节输出对于输入的频率特性进行辨识。可以采用正弦扫频或噪声信号作为输入信号。对于一阶环节，可以利用已知频率特性的特征值直接计算模型参数。对于非一阶环节，则可采用参数拟合技术，或对比模型频率特性和实测频率特性进行辨识。通过输入扰动信号（如阶跃信号）并测量输出响应来进行辨识。对于一阶惯性环节，可以通过测量输出达到稳态变化量的0.632倍所需时间来计算参数。对于非一阶环节，则可以采用时域参数辨识方法，或通过对比仿真待辨识模型响应和实测响应进行辨识。针对励磁调节器中可能存在的非线性环节，需要采用特定的测量方法进行辨识。这可能涉及到更复杂的信号处理和数据分析技术，以确保准确捕捉非线性环节的特性。频域测量法时域测量法非线性环节测量099实测模型根据励磁系统类型收集相关资料，包括原始模型、实测模型和计算模型。确定励磁系统模型通过现场测试和参数辨识建立实测模型，确保模型的准确性和可靠性。实测模型建立根据实测模型建立计算模型，以符合电力系统稳定分析程序的使用要求。计算模型要求9.1一般要求010203静止励磁系统包括自并励静止励磁系统和恒电压源静止励磁系统等不同类型的功率部分模型。交流励磁机励磁系统涉及有副励磁机的交流励磁机和可控整流器励磁系统等不同类型的功率部分模型。9.2励磁系统功率部分模型9.3励磁控制部分模型010203电压电流测量与附加调差确保励磁控制的准确性和稳定性。PID和软反馈校正通过比例-积分-微分（PID）控制器和软反馈机制进行校正，以提高励磁系统的性能。其他控制功能包括功率控制、顶值限制、欠励限制（UEL）、过励限制（OEL）、伏特/赫兹限制（VFL）以及电力系统稳定器（PSS）等。1010计算模型的选择与参数处理等同计算模型与实测模型结构一致，通过仿真校核确认满足要求的计算模型结构及参数。近似计算模型与实测模型结构有一定差别，但通过计算程序仿真、参数调整后基本满足要求的用于稳定计算的模型结构及参数。计算模型的选择通过现场测试和参数辨识，确定励磁系统的关键参数，如励磁功率和励磁控制部分的参数。参数辨识根据实际运行情况和仿真结果，对参数进行优化调整，以提高模型的准确性和可靠性。参数优化通过与实际运行数据的对比验证，确保所选计算模型的准确性和适用性。参数验证参数处理方法在选择计算模型时，需要考虑模型的复杂性、准确性以及计算效率等因素。同时，在处理参数时，应遵循科学的方法和流程，确保参数的准确性和可靠性。通过合理的选择和处理参数，可以建立起准确可靠的同步发电机励磁系统计算模型，为电力系统的稳定分析和控制提供有力支持。此外，在实际应用中，还需要根据具体情况对计算模型进行不断的调整和优化，以适应电力系统运行的变化和需求。同时，也应注意保护知识产权和遵守相关法律法规的规定，确保建模工作的合法性和合规性。参数处理方法1111现场试验与仿真校核现场试验目的验证励磁系统模型的准确性和性能，确保其与实际系统相匹配。试验内容包括发电机空载电压给定阶跃试验、励磁系统参数实测等。试验步骤按照导则规定的试验方法进行，确保试验结果的可靠性和准确性。结果分析对试验数据进行处理和分析，得出励磁系统模型的实际性能参数。11.1现场试验仿真校核目的选择电力系统稳定分析程序作为仿真平台，确保仿真结果的可靠性。仿真平台选择仿真内容通过仿真计算验证励磁系统模型的正确性和适用性。将仿真结果与现场试验结果进行对比分析，评估励磁系统模型的准确性和可靠性。若两者存在较大差异，则需对模型进行修正和优化。包括励磁系统模型的稳态和动态性能仿真、不同工况下的仿真分析等。11.2仿真校核结果对比1212模型参数仿真复核12模型参数仿真复核仿真复核的流程包括搭建仿真测试平台、设定仿真条件、进行仿真测试、分析测试结果等步骤，以确保模型参数与实际系统相匹配。仿真复核的注意事项在进行仿真复核时，需要考虑多种工况和故障情况，以全面评估模型的性能；同时，还应注意保护仿真测试平台的安全，避免对实际系统造成影响。仿真复核的目的通过仿真测试验证模型参数的准确性和适用性，确保模型在实际应用中的可靠性。030201模型参数调整：根据仿真测试结果，对模型参数进行调整和优化，以提高模型的精度和稳定性。调整过程中需要考虑多种因素，如发电机的类型、运行条件、励磁系统的特性等。此外，在模型参数仿真复核过程中，还需要注意以下几点确保仿真测试平台的准确性和可靠性，以避免误导性的测试结果。12模型参数仿真复核在进行仿真测试时，应尽可能模拟实际运行中的各种情况，包括正常运行、故障情况等，以全面评估模型的性能。对于仿真测试结果与实际系统存在差异的情况，需要深入分析原因，并根据实际情况进行调整和优化。总之，模型参数仿真复核是确保同步发电机励磁系统建模准确性的重要环节。通过严格的仿真复核流程，可以验证模型参数的准确性和适用性，为电力系统的稳定分析和控制提供有力支持。12模型参数仿真复核13附录A(规范性)限幅的表达限幅的概念限幅是指对信号的幅度进行限制，以避免信号过大或过小，保证系统的稳定运行。限幅的必要性在电力系统中，过大的信号可能导致设备损坏或系统不稳定，因此需要对信号进行限幅处理。限幅的定义限幅的实现方式通过编程对数字信号进行限幅处理，如在数据采集或处理过程中加入限幅算法。软件限幅通过硬件电路对信号进行限幅，如使用二极管、稳压管等元件。硬件限幅限幅的应用场景在电力系统稳定控制中，限幅环节可以限制某些控制量的幅值，以避免系统出现不稳定的情况。电力系统稳定控制在发电机励磁控制系统中，限幅环节可以确保励磁电流和电压在安全范围内，防止发电机过励或欠励。发电机励磁控制限幅值的选择应根据实际系统和设备情况合理选择限幅值，以确保系统的安全和稳定运行。限幅对系统性能的影响限幅可能会对系统的动态性能和稳态性能产生影响，因此需要在设计时进行充分考虑和验证。限幅的注意事项14附录B(资料性)调节器输出限幅值获取方法试验条件在发电机空载额定电压下，逐步增加调节器的输出，记录发电机电压的变化。试验步骤逐步增加励磁电流，观察并记录发电机电压开始快速上升时的调节器输出值，即为限幅值。注意事项在进行试验时，应确保发电机保护装置正确投入，以防止过电压损坏设备。B.1试验法基于发电机参数根据发电机的额定参数，如额定电压、额定电流等，结合发电机的励磁特性曲线，通过计算得出调节器输出限幅值。考虑系统阻抗在计算过程中，还需考虑系统阻抗对发电机电压的影响，以确保计算结果的准确性。验证计算结果通过与实际运行数据对比，验证计算结果的正确性，并根据实际情况进行调整。B.2计算法考虑实际运行状况在参考类似机组经验的基础上，还需结合本机组的实际运行状况进行调整，以确保限幅值的合理性。不断总结经验在实际运行过程中，不断总结经验，对限幅值进行适时调整，以满足机组安全稳定运行的需求。参考类似机组参考同类型、同容量机组的调节器输出限幅值设定经验，作为本机组的设定参考。B.3经验法15附录C(资料性)电压调差率的测量电压调差率定义电压调差率是指发电机在空载和负载两种状态下，机端电压的变化率。它是衡量励磁系统性能的重要指标。测量方法通过在发电机空载和负载状态下分别测量机端电压，并计算两者的差值与额定电压的比值，即可得到电压调差率。测量原理逐步增加发电机的负载，稳定后在各个负载点记录机端电压值。负载状态下测量根据测量的电压值，绘制机端电压随负载变化的曲线，并计算电压调差率。数据处理将发电机调整到空载状态，稳定后记录机端电压值。空载状态下测量测量步骤测量时发电机应运行在额定转速和额定电压下，且负载应逐步增加，避免突然加载引起电压波动。注意事项为保证测量精度，应使用高精度电压表和电流表进行测量，并尽量减少外界干扰。在测量过程中，应注意观察发电机的运行状态，如有异常情况应立即停止测量并检查原因。数据分析与解读电压调差率的大小反映了励磁系统的调节性能和发电机的外特性。一般来说，电压调差率越小，说明励磁系统的调节性能越好，发电机的外特性越硬。通过对比不同负载下的电压调差率，可以评估励磁系统在不同工况下的性能表现，为发电机的优化运行和故障排查提供依据。16附录D(资料性)低励限制模型定义与目的低励限制模型是针对同步发电机在低励磁状态下运行的一种保护措施，旨在防止发电机因励磁不足而引发的不稳定运行和故障。适用范围该模型适用于各类同步发电机，特别是在电力系统中承担重要角色的大型发电机组。低励限制模型概述励磁系统的作用励磁系统是同步发电机的重要组成部分，负责向发电机提供必要的磁场电流，以维持发电机的正常运行。低励限制的条件低励限制模型的基本原理当发电机的励磁电流低于一定限值时，会触发低励限制模型的动作，通过调整励磁系统的控制参数，限制发电机的输出，确保其稳定运行。0102低励限制模型的实现方式动态低励限制考虑发电机的动态特性和电力系统的实时运行状况，通过动态监测和实时计算，调整低励限制的阈值和动作策略，以适应不同运行工况的需求。静态低励限制根据发电机的运行参数和预设的限制条件，通过静态计算确定低励限制的阈值，当实际励磁电流低于该阈值时，触发限制动作。低励限制模型的应用效果提高发电机运行的稳定性通过实施低励限制模型，可以有效防止发电机在低励磁状态下发生失稳和故障，提高电力系统的整体稳定性。延长发电机的使用寿命避免发电机因长时间低励磁运行而引发的设备损坏和性能下降，从而延长发电机的使用寿命。提升电力系统的经济效益通过优化发电机的运行状态和降低故障率，可以减少电力系统的维护成本和停机损失，提高经济效益。17附录E(资料性)过励限制模型VS过励限制模型是一种用于描述同步发电机在过励磁条件下运行特性的数学模型。目的为了防止发电机因过励磁而损坏，需要对发电机的励磁电流进行限制，该模型提供了相应的限制方法和计算依据。定义过励限制模型概述根据发电机的运行状况和设定的限制值，对励磁电流进行限制。限制环节根据限制环节输出的限制信号，调整发电机的励磁电流，以保证发电机的安全运行。控制器过励限制模型的组成根据发电机的额定参数和运行条件，设定合理的过励限制值。过励限制值设定在过励磁条件下，允许发电机运行的最长时间。限制时间过励限制模型的参数设置过励限制模型的应用实时监控在发电机运行过程中，通过实时监控发电机的励磁电流和运行状态，利用过励限制模型进行预警和保护，确保发电机的安全运行。仿真分析在电力系统仿真软件中，利用过励限制模型对发电机的过励磁特性进行仿真分析，以评估发电机的安全性能。18附录F(资料性)发电机直轴暂态开路时间常数测试校核验证发电机直轴暂态开路时间常数的准确性通过测试校核，可以确保发电机直轴暂态开路时间常数的准确性，为电力系统的稳定运行提供重要参数。评估发电机性能发电机直轴暂态开路时间常数是评估发电机性能的重要指标之一，通过测试可以了解发电机的运行状态和性能水平。测试目的测试方法突然短路法在发电机正常运行时，突然将发电机出口短路，通过测量发电机电流和电压的变化，计算得到直轴暂态开路时间常数。直流衰减法在发电机转子绕组中通入直流电流，然后切断电源，通过测量转子绕组中电流衰减的过程，计算得到直轴暂态开路时间常数。准备工作根据测试方法选择相应的测试设备和仪器，确保测试环境的安全和可靠性。测试操作按照选定的测试方法进行操作，记录测试过程中的数据变化。数据处理对测试得到的数据进行处理和分析，计算得到直轴暂态开路时间常数。测试步骤注