励磁参数辨识试验方案讲解.docx
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励磁参数辨识试验方案讲解
技术报告
项目名称：
#3机励磁系统模型参数现场测试试验方案
委托单位：
大唐国际龙马电站
云南电力试验研究院（集团）有限公司
电力研究院
二○○七年六月
工作人员：
编写：
校核：
审定：
批准：
励磁系统模型参数现场测试试验组织措施
试验总协调：
试验总指挥：
试验副总指挥：
当值值长
安全负责：
现场协调：
工作负责人：
技术负责：
试验人员：
电力试验研究院人员运行当值人员继保班人员
试验设备：
频谱分析仪、WFLC电量记录分析仪，三相继电保护测试仪。
1概述
发电机励磁控制系统对电力系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定性都有显著的影响。
在电力系统稳定计算中采用不同的励磁系统模型和参数，其计算结果会产生较大的差异。
因此需要能正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，使得计算结果真实可靠。
以前大部分电网采用E′q恒定的发电机模型或与实际相差甚远的励磁系统模型和参数进行计算，随着我国电力系统全国联网和西电东送工程的实施，对电力系统稳定计算提出了更高的要求。
新的稳定导则要求发电机采用精确模型，也要求在计算中采用实际的励磁系统模型和参数。
通过对电网典型主力机组的发电机、励磁和调速系统模型和参数进行调查和测试，为系统稳定分析及电网日常生产调度提供准确的计算数据，是保证电网安全运行和提高劳动生产率的有效措施，具有重要的社会意义和经济效益。
2发电机励磁系统设备参数及试验准备工作
2.1发电机规范
表1发电机规范
型号
制造厂家
额定容量
额定功率
额定功率因数
额定转速
额定定子电压
额定定子电流
额定频率
转子额定电压
转子额定电流
定子直流电阻
Td0
转子绕组直流电阻
Td0’
定子漏阻
Tq0’
转动惯量
Td0”
惯性时间常数
Tq0”
负序阻抗
Td
零序电抗
Td”
直轴同步电抗Xd
Tq”
交轴同步电抗Xq
直轴超瞬变电抗Xd”
直轴瞬变电抗Xd’
交轴次暂态电抗Xq”
交轴暂态电抗Xq’
短路比
2.2励磁变压器规范
表2励磁变压器规范
型号
保护等级
额定容量
额定电压
额定电流
联结组别
冷却方式
绝缘等级
空载损耗
空载电流
负载损耗
短路阻抗
分接电压
（V）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
生产厂家
出厂日期
注：
现励磁变压器分接头档位运行在“Ⅲ”档。
2.3PT、CT值
表3PT、CT值
1
机端PT变比
2
机端CT变比
3
励磁变副边CT变比
4
分流器变比
2.4试验准备工作
将励磁调节器监视用计算机与被试调节器联接，以便试验时修改定值，并实时监视试验过程中调节器各参数的变化情况。
集控室设专人监视各参数，准备两对对讲机，用于试验时通讯联络。
现场安全措施由电厂负责安排。
2.5试验使用仪器
表1
型号
备注
HP3562A频谱仪
频谱分析
WFLC 电量分析仪
录波
FLC-1测试仪
变换、加直流信号
三相继电保护校验仪
三相调压器
其它常规仪器
2.6录波量测点配置
试验时对下列各电气量进行测量或录波
1）发电机定子三相电压：
频率响应特性测试时，经FLC-1测试仪变换为直流电压后送至频谱分析仪；阶跃响应试验时，接入WFLC分析仪。
2）发电机A、C相电流：
取自调节器屏上，接入WFLC分析仪。
3）发电机转子电压Ufd：
取自发电机转子，接入WFLC分析仪。
4）发电机转子电流Ifd：
取自发电机转子（分流器信号），接入WFLC分析仪。
3励磁系统数学模型测辨
发电机励磁系统的模型和参数测试现场试验包括发电机空载试验和发电机负载试验两部分，其中空载试验包括励磁机空载特性测量试验、励磁机空载时间常数测量试验、比例放大倍数测量试验、发电机20%大干扰阶跃试验、发电机饱和时间常数测量试验，发电机阶跃响应试验以及负载试验
3.1PID和PSS数学模型测辨静态试验
3.1.1AVR及PSS模型
龙马电站3号发电机SAVR2000型双微机励磁调节器的控制规律为PID+PSS，数学模型见图1。
图1SAVR-2000型调节器传递函数框图
AVR：
主励磁调节环采用PID校正，调节参数见图1，此组AVR参数在机组投运试验时已调整好，主环调节是稳定的，符合PSS投运条件。
PSS：
励磁调节器采用的电力系统稳定器为ω和P双输入信号的电力系统稳定器，ω和Pe输入信号是通过对发电机机端电压和定子电流采样，软件计算得到的。
3.1.2PID和PSS模型频谱分析辨识
3.1.2.1PID的采样环节频谱辨识
1）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A输出到频谱分析仪的B通道。
2）PID比例积分微分全部推出，测量PID的AD－DA采样环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
3.1.2.2PID的比例放大环节频谱辨识
1）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A输出到频谱分析仪的B通道。
2）PID的两级超前/滞后环节设为0（KI=KD=0），比例放大倍数分别设为5，20，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
3）根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
4）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
特别要注意的是，由于频谱仪输出的白噪声信号是经过励磁调节器采样后作为被测量环节的输入，所以在计算时要考虑白噪声是经过一个时延环节再加到输入点，同时还要考虑输出环节D/A、A/D的时延环节（下同）。
3.1.2.3PID的超前/滞后环节频谱辨识
1）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A输出到频谱分析仪的B通道。
2）PID的比例放大环节退出，KI=10,KD=0，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
3）根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
4）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
3.1.2.4PSS的隔直环节频谱辨识
1）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A输出到频谱分析仪的B通道。
2）PSS的比例放大设为1，Tw设为6，T1=T2=T3=T4=1，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
3）根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
4）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
需要注意的是，由于频谱仪输出的白噪声信号是经过励磁调节器采样后作为被测量环节的输入，所以在计算时要考虑白噪声是经过一个时延环节再加到输入点，同时还要考虑输出环节D/A、A/D的时延环节（下同）。
3.1.2.5PSS的超前环节频谱辨识
1）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A输出到频谱分析仪的B通道。
2）PSS的比例放大设为1，Tw设为9999，T1=0.2，T2=0.02，T3=T4=1，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
3）根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
4）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
3.1.2.6PSS的滞后环节频谱辨识
1）励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用D/A输出到频谱分析仪的B通道。
2）PSS的比例放大设为1，Tw设为9999，T1=T2=1，T3=1,T4=10，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。
3）根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
特别要注意的是，由于频谱仪输出的白噪声信号是经过励磁调节器采样后作为被测量环节的输入，所以在计算时要考虑白噪声是经过一个时延环节再加到输入点，同时还要考虑输出环节D/A、A/D的时延环节。
4）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
3.2PID和PSS数学模型测辨静态试验
3.2.1发电机空载特性试验
试验目的：
测量交流发电机空载情况下，给定参考电压、励磁电压、励磁电流和发电机电压的关系。
试验条件：
发电机保持额定转速；发电机励磁系统完善可控、出口PT一、二次保险齐全、测量回路完好，发电机具备升压条件。
由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离，选厂内6kV备用开关柜，从备用开关柜引接3х80mm2的6kV高压电缆接至励磁变高压侧。
试验准备：
将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流接入WFLC电量记录分析仪。
试验方法：
（1）平稳调整发电机励磁电流使发电机电压升至130%额定电压，再降到最低。
（2）用WFLC电量记录分析仪测录转子电流及发电机电压上升和下降的曲线。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪，高精度万用表。
安全注意事项
发电机电压不超过额定值的122%，发电机电压在1.22倍额定值停留记录时间不超过30秒。
试验结束后，发电机过电压保护的整定值恢复到原来的定值，投入运行。
3.2.2发电机空载时间常数试验
试验目的：
测量发电机空载时间常数。
试验条件：
发电机维持额定转速，使用励磁调节器“定角度方式”试验。
发电机保持额定转速；发电机励磁系统完善可控、出口PT一、二次保险齐全、测量回路完好，发电机具备升压条件。
由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离，选厂内6kV备用开关柜，从备用开关柜引接3х80mm2的6kV高压电缆接至励磁变高压侧。
试验方法：
在发电机空载条件下，励磁调节器运行在“定角度方式”，采用突然送出励磁调节器触发脉冲的方法，使励磁机转子电压阶跃，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压上升的曲线，计算发电机转子时间常数。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪。
3.2.3AVR比例放大倍数测量
试验条件：
发电机维持额定转速，发电机空载，使用自动励磁方式，由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离，选厂内6kV备用开关柜，从备用开关柜引接6kV高压电缆接至励磁变高压侧。
将励磁调节器PID的比例环节Kp设置为10。
试验准备：
将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流接入WFLC电量记录分析仪。
试验方法：
检查自动励磁调节器输出为零后,用自动励磁调节器调整发电机电压为50%额定电压，缓慢增加励磁电流，调整发电机电压从50%额定电压上升到100%，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压和电流、调节器输出电压和电流,同时记录给定电压。
计算AVR系统比例放大倍数
使用仪器：
WFLC分析仪，频谱分析仪
3.2.440%大干扰阶跃试验
试验目的：
在空载条件下进行40%（40%→80%、80%→40%）阶跃，可测得调节器最大、最小输出电压，校核αmax、αmin。
试验条件：
发电机维持额定转速，使用自动励磁装置。
在做该项试验时，由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离，选厂内6kV备用开关柜，从备用开关柜引接6kV高压电缆接至励磁变高压侧。
试验方法：
试验方法：
用自动励磁调节器调整发电机电压为40%额定电压，进行40%阶跃（上、下）试验，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压和电流、调节器输出电压和电流。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪。
3.2.5发电机空载5%—10%小干扰阶跃响应试验
3.2.7.1试验目的：
测量励磁调节器调节品质。
3.2.7.2试验条件：
发电机维持额定转速，使用自动励磁调节器试验。
3.2.7.3试验方法：
恢复自并励接线，检查自动励磁调节器输出为零后，合上自动励磁开关，用自动励磁调节器调整发电机电压为95%额定电压，进行5%阶跃（上、下）试验，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压和电流、调节器输出电压和电流。
如果5%阶跃实验动态性不好，修正PID参数。
进行空载阶跃验证。
●使用仪器：
WFLC电量记录分析仪。
3.3发电机负载时动态试验
3.3.1调差极性校核
试验条件：
发电机并网运行，励磁自动方式；发电机有功功率为零（或较小），无功功率为50%额定。
试验方法：
保持给定电压不变，逐步改变AVR调差系数。
分别在调差系数为-3%、-2%、-1%、0、1%、2%、3%时记录发电机无功功率、发电机电压等值。
发电机无功功率、发电机电压应呈现下降趋势。
3.3.2调差系数校核
试验条件：
●参与试验机组励磁调节器调差系数都设置在-4%
●被测试机组并网运行，有功功率0MW，无功功率0MVar。
●缓慢增加陪被试发电机无功功率均至为70额定。
记录试验机定子电压实际值和定子电压给定值，有功功率、无功功率。
注意监视系统母线电压在允许范围内。
●计算调差系数
3.3.3静差率校核
3.3.3.1试验条件：
试验机组励磁调节器调差系数设置在0%
被测试机组发电机并网运行，有功功率90MW，无功功率0MVar。
3.3.3.2试验方法：
缓慢增加被试发电机无功功率均至为15MVar。
记录试验机定子电压实际值和定子电压给定值，有功功率、无功功率。
注意监视系统母线电压在允许范围内。
继续缓慢增加陪试发电机无功功率均至为20Mvar（此时陪试机组机端电压可能过低，现场试验时应根据运行情况确定试验无功功率值）。
记录试验机定子电压实际值和定子电压给定值，有功功率、无功功率。
注意监视系统母线电压在允许范围内。
缓慢减小被试发电机有功功率至可能的最小值。
记录试验机定子电压实际值和定子电压给定值，有功功率、无功功率。
注意监视系统母线电压在允许范围内。
4安全措施及安全注意事项
4.1试验前进行技术交底，参加试验人员应熟悉试验方案；试验前电气试验班人员必须认真做好发电机灭磁过压保护装置试验，试验情况、设备状况等须向相关人员汇报。
4.2发电机继电保护和励磁调节器各功能（除PSS外）均投入运行；发电机过电压保护定值试验前设为1.25V，0秒动作，试验结束后恢复。
4.3做好手动励磁调节器的跟踪和切换准备。
4.4试验接线应防止PT短路、CT开路（包括试验结束后接线的拆除和恢复）。
4.5由熟悉现场设备的继保班人员或制造厂人员进行现场设备的操作。
4.6试验前，运行值班人员应做好失磁、过电压、发电机跳闸、发电机振荡等事故预想。
试验前，需要对每一个测量信号的电压范围进行核对，防止高压信号髙于设备的绝缘等级。
高压信号接入必须具有特别的人员及设备的安全措施。
4.7试验中所有保护均需投入运行。
4.8试验前对所有励磁调节器软件参数作好记录，试验中对励磁调节器软件参数做的修改，在试验结束后对照试验前所有励磁调节器软件参数的记录作好恢复工作。
4.9在整个试验过程中，所有人员必须服从总指挥的协调和指挥，不得擅自工作和离开工作岗位；1号机及参加陪试机组的运行人员必须认真监盘，听从调度及配合试验，并做好失磁、过电压、发电机跳闸、发电机振荡等事故预想。
4.11严格执行电业安全工作规程的有关部分及工作票制度。
4.12严格按照试验方案的步骤和参数设置进行操作，试验过程中如有不清楚的地方，如参数修改等，必须熟悉后方可进行；
4.13参加试验的各成员要认真履行自己的职责,严禁自己违章和违章指挥,发现违章作业要及时纠正处理。
要正确处理安全与进度的关系；各参试人员要自觉遵章守纪,自觉接受他人的监督,加强自我防范保护意识；特别是要加强非本公司人员的安全监护工作；在整个试验过程中要始终坚持执行事故预想,确保不发生人身轻伤及以上事故和设备事故。
4.14试验结束后应进行现场工机具的清理，不得遗漏在现场及设备上造成隐患。
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