励磁系统参数测试报告.docx

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励磁系统参数测试报告

报告编号：

XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

XXXX电厂1号机组

励磁系统参数测试报告

XXXX电力技术工程有限公司

XXXX年XX月

编制日期：

XXXX年XX月XX日

编制人：

XXX

审核人：

批准人：

1.概述

XXXX年XX月XX日，XXXX电厂1号发电机组进行励磁系统模型和参数测试工作。

试验包括发电机空载特性试验、发电机空载阶跃响应试验等。

XXXX1号燃气轮发电机组是自并励励磁系统，采用静止励磁方式，ABB励磁UNITROL5000型控制器。

本次试验的目的是：

通过现场试验，确定1号发电机组励磁系统模型和参数。

使用的主要测试仪器：

TK2000便携式电量分析仪。

2.发电机及励磁变参数

2.1.发电机的一般参数

型号

上海电气电站设备有限公司上海发电机厂

QFSN-630-2

额定容量（MVA）

700

额定功率（MW）

630

功率因素

0.90

额定电压（kV）

20

额定电流（A）

20207

转速（转／分）

3000

励磁方式

自并励静止励磁系统

满载励磁电压（V）

424

满载励磁电流（A）

4317

空载励磁电压（V）

139

空载励磁电流（A）

1480

强励倍数

2

强行励磁时间（秒）

20

定子电阻（指明何温度下）

0.001223（15℃）

转子电阻（指明何温度下）

0.0923（15℃）

直轴同步电抗Xd（%）

215.5%

交轴同步电抗Xq（%）

210.0%

直轴暂态电抗Xd’（%）

不饱和值30.1%；饱和值26.5%

交轴暂态电抗Xq’（%）

不饱和值44.8%；饱和值39.5%

直轴次暂态电抗Xd’’（%）

不饱和值22.3%；饱和值20.5%

交轴次暂态电抗Xq’’（%）

不饱和值21.8%；饱和值20.1%

定子漏抗Χs（%）

负序电抗（%）

非饱和值22.1%；饱和值20.3%

零序电抗（%）

非饱和值10.1%；饱和值9.59%

电枢绕组短路时间常数Ta（秒）

直轴开路暂态时间常数Td0'（秒）

8.61

交轴开路暂态时间常数Tq0'（（秒）

0.956

直轴开路次暂态时间常数Td0"（秒）

0.045

交轴开路次暂态时间常数Tq0"（秒）

0.069

直轴短路暂态时间常数Td'（秒）

1.058

交轴短路暂态时间常数Tq'（秒）

0.180

直轴短路次暂态时间常数Td"（秒）

0.035

交轴短路次暂态时间常数Tq"（秒）

0.035

发电机轴系转动惯量（整轴）

62474.04kgm2

2.2.主变参数

容量（MVA）

720

一次侧电压（kV）

525

二次侧电压（kV）

20

接线方式

YN，d-11

短路阻抗Uk％

14.86%

2.3.励磁变参数

容量（MVA）

6.3

一次侧电压（kV）

20

二次侧电压（kV）

880

接线方式

Yd-11

短路阻抗Uk％

8.08%

2.4.PT、CT及转子分流器变比

发电机定子PT变比

20kV/100V

发电机定子CT变比

25000A/5A

励磁电流分流器变比

5000A/75mV

3.AVR模型和PSS模型

XXXX1号发电机组采用静止励磁方式，ABB励磁UNITROL5000型型励磁控制器。

该励磁调节器，是双通道励磁调节器，励磁调节器控制方式采用的是PID+PSS控制。

根据励磁调节器制造厂家提供的控制原理和逻辑，励磁系统、PSS的方框图见图1（厂家提供）。

图1A调节器PID模型

图1B调节器PSS模型

4.现场试验结果

4.1.发电机空载特性

XXXX1号发电机组是自并励励磁系统。

试验中发电机不带主变，带励磁变，空载特性试验发电机电压升至额定电压的1.2倍。

表1为该机空载特性数据，其中UAVG为机端电压的平均值，UFD为励磁电压，IFD为励磁电流。

表2实测1号燃气轮发电机空载特性

UAVG（V）

UFD（V）

IFD（A）

20075

132

1509

20007

129

1506

18054

108

1242

17974

109

1238

16046

92

1055

15869

92

1042

14093

80

906

13872

78

892

11929

67

760

10043

80

674

5022

40

337

11945

66

758

13975

79

906

15090

86

989

18057

109

1252

19871

128

1474

21937

167

1927

23111

200

2289

23933

253

2897

根据表1的空载特性数据可以得到如图2所示的空载特性曲线：

图2发电机空载特性曲线

4.2.发电机空载阶跃响应特性试验

用励磁调节器将发电机电压升到空载额定值的95%，进行5%阶跃响应试验，图3为5%阶跃响应录波图。

XXXX1号发电机组5%阶跃响应试验发电机电压的振荡次数为0.5次，超调量MP=8.5%，上升时间TUP=0.25秒，顶值时间TP=0.65s，调节时间TS=1.2s。

空载阶跃响应各项性能指标满足国标和行标要求。

电力行标DL/T843-2010中5.10.2项要求：

自并励系统电压给定阶跃响应应满足一下要求：

阶跃量为发电机额定电压的5%，超调量不大于阶跃量的30%，振荡次数不大于3次，上升时间不大于0.5秒，调节时间不大于5s。

图3发电机空载5%阶跃响应曲线

4.3.发电机空载大阶跃试验

励磁方式为他励方式，用自动励磁调节器调整调整发电机电压为20100V（机端100%额定时可控硅整流器阳极电压为868V），进行30%阶跃试验，记录发电机的定子电压VAB、励磁电压UFD（滤波10ms）、励磁电流IFD的响应曲线。

见图4。

图4a发电机空载大阶跃上升曲线

图4b发电机空载大阶跃下降曲线

4.4.发电机时间常数测试

发电机空载运行，励磁系统采用他励方式，采用封脉冲方式，由机端电压20100V阶跃至90度（机端电压约0V），见图5。

测试时间常数为9.4s。

仿真使用实际测试值。

图5发电机空载定角度阶跃

4.5.调差极性校核试验

发电机并网带初负荷运行，励磁调节器自动运行，机端电压给定值保持不变，磁场绕组温度达到稳定。

迅速调整调差系数5%、2%、0%、-2%、-5%，记录无功、机端电压、转子电压、转子电流，测试结果如图6所示。

图6调差极性试验录波图

由图中波形可知，调节器规定的调差极性与国标的调差极性相反。

此款励磁调节器中的调差系数，设置为5%，相当于国标定义的-5％。

5.励磁系统参数计算

5.1.发电机饱和系数和励磁系统机值计算

由发电机空载特性可确定发电机励磁回路的计算基准值及模型参数：

（1）发电机励磁电流的基准值IFDB：

选取发电机空载特性曲线气隙线（图2）上与发电机额定电压相对应的发电机励磁电流为发电机励磁电流的基准值：

IFDB=1290A

（2）发电机励磁回路电阻的基准值RFDB：

选取发电机铭牌额定励磁电压与额定励磁电流之比为发电机励磁绕组电阻的基准值，即RFDB=UFDN/IFDN

UFDN=424VIFDN=4317A

RFDB=UFDN/IFDN=424/4317=0.098Ω

（3）发电机励磁电压的基准值UFDB：

UFDB=RFDB×IFDB=0.098×1290=126.7V

（4）根据发电机空载特性可计算模型需要的饱和系数SG：

从发电机空载曲线上得到：

气隙线上对应于额定定子电压的励磁电流IFDB=1290A，空载曲线上对应于额定定子电压的励磁电流IFD0=1510A，额定定子电压时发电机的饱和系数：

SG1.0=（IFD0-IFDB）/IFDB=0.1705

气隙线上对应于1.2倍额定定子电压的励磁电流IFDB1.2=1540A，空载曲线上对应于额定定子电压的励磁电流IFD01.2=2910A，额定定子电压时发电机的饱和系数：

SG1.2=（IFD01.2-IFDB1.2）/IFDB1.2=0.8896

PSASP电力系统稳定计算程序中，发电机饱和系数：

a=1、b=0.1705、n=5.2164。

5.2.整流器换相压降系数KC的计算

计算中用的UETN、UK、SET分别为励磁变的二次电压、短路阻抗、额定容量，UFDB、IFDB为发电机励磁电压、励磁电流的基准值。

换相电抗的整流器负载因子KC（标幺值）为：

5.3.励磁系统的最大输出电压（VRMAX）和最小输出电压（VRMIN）

对自并励励磁系统，电压调节器最大输出电压VRMAX和最小输出电压VRMIN也就是励磁系统的最大、最小输出电压，是发电机端电压等于额定值时的最大、最小输出电压。

计算公式为：

UFD=1.35×UPCOSα-IFD×KC（其中，UP为可控硅阳极电压，

为有名值）

由图4大阶跃试验结果可知，上阶跃时：

最大励磁电压为971V，对应励磁电流为3080A，可得αmin=31.5°

下阶跃时：

最小励磁电压为-999V，对应励磁电流为589A，可得αmin=148°

最大输出电压为：

VRMAX=1.35UBCOSαmin=1.35×868×COS31.5°=999.4V

标幺值为：

VRMAX/UFDB=7.89P.U.

最小输出电压为：

VRMAX=1.35UBCOSαmax=1.35×868×COS148°=-993.7V

标幺值为：

VRMAX/UFDB=-7.84P.U.

5.4.励磁调节器内部最大/最小输出电压

VAMAX和VAMIN指AVR的PID放大器总输出的内部限幅值，取VAMAX=10，VAMIN=-10。

5.5.PID参数

根据厂家提供的原始参数设置为：

PLF=9.82;1916CEILINGFACTORA

VP=50;1918PGAINAVR

VO=500;1917DCGAINAVR

VOO=50;1919HFGAINAVR

TA1=1;1920TA1

TB1=0.025;1923TB1

转换成PID传递函数参数得：

K=VO/PLF=50.92

T1=TB1=0.025

KV=1

T2=TB1*VP/VOO=0.0025

T3=TA1=1

T4=TA1*VO/VP=10

功率回路增益

6.稳定计算用励磁系统数学模型及参数

XXXX1号发电机为自并励励磁系统，用中国版BPA暂态稳定程序中，励磁模型应选FV型作为计算用励磁系统模型（综稳程序的选12型）。

这是自并励励磁系统模型，其模型框图见图7，参数见表2。

图7FV型励磁系统模型框图

表2FV型励磁系统模型参数表

参数名称

计算参数

仿真参数

调差系数XC（标幺值）

-0.5

-0.5

调节器输入滤波器时间常数Tr（秒）

0.02

0.02

调节器最大内部电压VAMAX（标幺值）

10

10

调节器最小内部电压VAMIN（标幺值）

-10

-10

电压调节器超前时间常数T1（秒）

0.025

0.025

电压调节器滞后时间常数T2（秒）

0.0025

0.0025

电压调节器超前时间常数T3（秒）

1

1

电压调节器滞后时间常数T4（秒）

10

10

调节器PID增益K（标幺值）

50.92

50.92

积分选择因子KV（标幺值）

0

0

电压调节器放大器增益Ka（标幺值）

9.25

9.25

软负反馈放大倍数Kf（标幺值）

0

0

软负反馈时间常数Tf（秒）

1

1

电压调节器最大输出电压VRMAX（标幺值）

7.89

7.89

电压调节器最小输出电压VRMIN（标幺值）

-7.84

-7.84

换相电抗的整流器负载因子KC（标幺值）

0.094

0.094

7.发电机空载阶跃响应仿真结果

在BPA稳定程序中，选用FV型励磁系统卡，采用表2中的“仿真参数”，进行发电机空载5%阶跃仿真。

仿真结果如图8所示，结果见表3。

仿真结果与实测结果接近（偏差在允许范围内，见表3），表2中的“仿真参数”可以作为“使用参数”用于电力系统稳定计算。

图8发电机空载5%阶跃仿真曲线

表3发电机空载5%阶跃响应试验实测结果及仿真结果比较

实测结果

仿真结果

偏差

（实测-仿真）

允许偏差

超调量MP

7.2%

6.8%

0.4%

±5%

上升时间TUP

0.25s

0.23s

0.02s

±0.1s

顶值时间TP

0.65s

0.55s

0.01s

±0.2s

调节时间TS

1.2s

1.2s

0s

±2s

振荡次数N

0.5次

0.5次

0次

≤1次

8.结论

8.1在XXXX1号发电机组励磁系统模型参数测试工作中，完成了励磁调节器模型参数辨识、发电机空载特性测量、发电机空载阶跃响应等试验。

8.2在测试结果基础上，归并计算出发电机转子电压、转子电流、转子电阻标么值，计算出发电机饱和系数SG，换相电抗的整流器负载因子KC，励磁系统最大输出电压VRMAX和最小输出电压VRMIN等参数。

8.3通过将仿真结果与实际空载阶跃响应结果比对，验证了励磁控制系统模型参数的准确性。

8.4本报告最终给出了XXXX1号发电机组电力系统稳定计算用励磁系统的模型和参数，为系统稳定分析及电网日常生产调度提供准确的计算依据。

可供电力系统稳定分析计算使用。