大唐鲁北发电厂330MW机组励磁系统模型参数确认试验及仿真的分析

王茂松徐海东

（1.山东科技大学大唐鲁北发电厂，青岛 266510；2.山东科技大学，青岛 266510）

1 引言

电网“四大参数”中发电机励磁系统模型和参数是电力系统稳定分析的重要组成部分，要获得准确、可信度高的模型和参数，现场测试是重要的环节。发电机励磁参数测试确认试验的内容包括：①发电机空载特性试验；②励磁系统开环放大倍数测试；③发电机时间常数测试；④发电机空载时励磁系统阶跃响应试验；⑤发电机负载时励磁系统试验等。现场试验结束后根据测试结果，对测试数据进行整理和计算，针对制造厂提供的AVR等模型参数，采用仿真程序或其他手段，验证原始模型的正确性，在此基础上转换为符合电力系统稳定分析程序格式要求的数学模型，为电力系统计算部门提供励磁系统参数。

2 概述

大唐鲁北发电厂 330MW 机组采用机端自并励励磁系统，采用北京四方吉思电气有限公司生产的GEC-300型微机励磁调节器。本次试验的目的，是通过现场试验，确定同步发电机励磁系统模型和参数，并以此为基础进行仿真后与实际曲线相比较，最后得出切合实际的模型参数。此次试验用到的基础数据见表1、表2。

3 发电机空载试验

3.1 发电机空载特性

单方向增磁，先做上升特性曲线，然后单方向减磁再做下降特性曲线，上升时电压升至发电机空载额定值的105%（21kV），其定子电压和励磁电流的关系见图1。

图1 发电机空载特性试验数据

表1 发电机及励磁变压器参数

表2 AVR的PID参数及PSS参数

发电机空载特性曲线见图2。

图2 发电机空载特性曲线

由图1可以看出，由于受磁路饱和的影响，发电机的定子电压并不随着转子电流的增加而线性增大，两者之间的关系是非线性的。

3.2 发电机机端电压阶跃响应试验及与仿真波形的对比

用WFLC型便携式电量记录分析仪记录在±5%额定机端电压阶跃响应时励磁电压、励磁电流变化曲线见图3，并用Matlab进行仿真，见图4。试验记录：阶跃量为发电机额定电压的±5%，超调量为阶跃量的4.5%，振荡次数小于1次，上升时间为小于0.309s，调节时间小于1.0s。

仿真记录：阶跃量为发电机额定电压的±5%，超调量为阶跃量的0.5%，振荡次数为0次，上升时间为小于0.4s，调节时间小于1.0s。

国标要求：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0.6s，调节时间不大于5s。

试验结论：试验波形与仿真波形基本相符合，且试验数据优于国标。

4 发电机励磁系统的参数计算、模型及其仿真

4.1 发电机饱和系数与基准值的计算

计算中所用的发电机空载特性曲线见图5。

根据空载气隙线上空载额定电压对应点的励磁电流值作为励磁电流标么基值，由图5可知：发电机的励磁电流基准值为Ifb=821.6A，并由Rfb=Ufn/Ifn=420/2376=0.177Ω得到励磁绕组的电阻值，由Ufb=Rfb×Ifb=821.6×0.177=145.4V得到励磁电压的基准值。发电机饱和系数：SG1.0=0.1505，SG1.2=0.498，a=1，b=0.1505372，n=7.5673。

4.2 换弧系数（以下所用到的数据见表1）

4.3 调节器输出限幅值的计算

调节器输出限幅值由控制角限制值决定，他励电源工况下（由6kV母线带励磁变运行方式），±20%阶跃试验见图6。

由图 6可知，励磁电压最大Uf=316.7V，最小励磁电压Uf=-222V，在6kV母线带励磁变运行时，计算可得整流柜阳极电压U=255V。由此计算得到：αmax=130，αmin=23

图3 发电机空载±5%阶跃响应曲线

图4 ±5%阶跃响应仿真（上面的为励磁电压波形，下面的为机端电压波形）

图5 发电机空载特性曲线

图6 ±20%阶跃录波图

由理论计算可得：

综上所述，限幅值满足要求。

4.4 发电机时间常数测量

在6kV母线带励磁变他励方式运行断开6kV母线电源时，录取调节器定角度阶跃试验的波形见图7。

图7 断开6kV母线电源调节器定角度阶跃波形

一般情况下，发电机定子电压上升至跃变量的63.2%或下降到跃变量的36.8%所需时间就是发电机的时间常数。由图7波形可测量发电机时间常数Td0’=9.33S。

4.5 励磁调节器AVR模型参数的确定及仿真

大唐鲁北发电厂采用北京吉思电气有限公司的GEC-300型自并励静止励磁系统，其传递函数模型见图8。

图8 励磁调节器AVR传递函数模型

检查各极限参数下的调节器工作状态，如在发电机电压和频率极值、同步电压和频率极值、励磁电压和电流极值等情况下调节器工作逻辑正常。进行常规项目试验：零起升压、发电机空载阶跃试验、自动手动调节范围、起励、调节通道切换、手自动切换、灭磁、V/F限制、低励限制、过励限制、PSS参数预整定等，要求满足相关标准、技术条件。检查电力系统故障和励磁系统故障时调节器的反应快速且正确，通过上述的各项试验验证确定AVR模型参数如下：T1=0，T2=0.02，Ti=5，Kp=40，TR=0.02。

5 结论

通过对大唐鲁北发电厂 330MW 机组励磁系统参数测试结果的计算分析及对励磁系统模型参数的仿真结果的对比，本论文提出的模型参数精度满足要求，可供电力系统稳定分析计算使用。

[1]GB/T7409.3-1997.同步电机励磁系统.大中型同步发电机励磁系统技术要求.

[2]DL/T650-1998.大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件.

[3]竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京:中国电力出版社,2005.

[4]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京:中国电力出版社,2002.