发电机励磁系统建模及参数测试现场试验方案

1．概述

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、可信度较高的模型和参数，现场测试是重要的环节。根据发电机励磁系统现场交接试验的一般习惯和行业标准规定的试验内容，本文选择了时域法进行发电机励磁系统的参数辨识及模型确认试验。这种试验方法的优点在于可充分利用现有设备，在常规性试验中获取参数且物理概念清晰明了容易掌握。发电机励磁参数测试确认试验的内容包括：1)发电机空载、励磁机空载及负载试验；2）发电机、励磁机时间常数测试 ；3）发电机空载时励磁系统阶跃响应试验；4)发电机负载时动态扰动试验等。现场试验结束后，有关部门要根据测试结果，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．试验措施编制的依据及试验标准

1）《发电机励磁系统试验》

2）《励磁调节器技术说明书》及《励磁调节器调试大纲》

3） 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 4） DL/T650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 3 试验中使用的仪器设备

便携式电量记录分析仪，8840录波仪，动态信号分析仪以及一些常规仪表。 4 试验中需录制和测量的电气参数

1）发电机三相电压UA、UB、UC（录波器录制）； 2）发电机三相电流IA、IB、IC（录波器录制）； 3）发电机转子电压和转子电流Ulf、Ilf（录波器录制）； 对于三机常规励磁还应测量：

1) 交流励磁机定子电压（单相）Ue（标准仪表监视） 2) 交流励磁机转子电压和转子电流Uef、Ief（录波器录制）； 3) 永磁机端电压Upmg（录波器录制和中频电压表监视）； 4) 发电机端电压给定值Vref（由数字AVR直读）； 5) 励磁机用可控硅触发角（由数字AVR自读）；

对于无刷励磁系统除发电机电压电流外，仅需测量励磁机励磁电压电流；但需制造厂家提供励磁机空载饱和特性曲线及相关参数。 5．试验的组织和分工

参加发电机励磁系统模型参数确认试验的单位有：发电厂、励磁调节器制造厂、山东电力调度中心、山东电力研究院等。因有关方面提供的机组参数不完整或不正确，使励磁系统参数测试工作有一定的难度和风险性，为保证试验工作的正常顺利进行和机组的安全，应建立完善的组织机构，各部门的职责和分工如下：

1) 电厂生技部负责整个试验的组织和协调。 2) 电厂继电保护班负责试验的接线及具体安全措施。 3) 电厂运行人员负责常规的操作及机组运行状态的监视。

4) 山东电力研究院负责试验方案的编制、现场试验的技术指导、试验数据的分析处理及报告的编写。

5) AVR供货商技术人员负责数字AVR在试验过程中的具体操作。 6．试验应具备的条件

1） 励磁系统的一、二次回路绝缘检查合格，螺丝紧固。 2） 励磁调节器应完成静态调试及整组开环特性检查

3） 调节器自动和手动调节方向正确，与自动准同期装置配合调压方向正确。 4） 与机组保护及热工DCS配合、励磁开关、信号保护回路传动逻辑正确。 5） 备用励磁屏的开关的合跳正常，二极管整流桥通流检查正常 6） 准备好试验仪器、仪表、录波器。 7） AVR厂方专家应到现场并确认本方案。

8） 机组大、小修工作结束，能满足本试验所需的各种工况条件。机组空载额定工况、机组带负荷运行。

9） 发电机并网前试验约为6～8小时，机组并网后试验时间约为4～6小时，试验地点一般安排在机组单元控制室AVR附近。 7．试验前的准备工作

1）组织参加试验的人员学习本措施，应熟知试验内容和过程。 2）提前准备好试验仪器，并按试验要求接线。

3）各电厂专工或责任工程师应组织有关人员查阅电机制造厂和AVR厂家提供的技术说明书、相关的图纸资料和本次试验前最近的试验数据，认真填写基本参数表格。 8．试验内容及步骤

8．1励磁机空载试验（自并励及无刷励磁系统本节可略去不做）

8.1.1 机组起动前用数字表在AVR输出侧及灭磁开关下口检查并记录交流励磁机和发电机励磁绕组直阻值，并折算到75度。Ref= Rf= 8.1.2 永磁机外特性试验

汽轮机冲转过程中记录转速和永磁机电压关系曲线： 转速 电压 500 1000 1500 2000 2500 2700 2900 3000 如电厂有完整记录，此试验可以不做，但应在汽轮机额定转速和发电机空载及负载额定工况下，准确记录永磁机输出电压，此为计算AVR最终的依据。 8.1.2 励磁机空载特性测定

1) 分发电机灭磁开关，合整流柜交流侧开关，合励磁机灭磁开关，接入模拟负载电阻。调

节器置手动，或备用励磁。调节励磁机励磁，使励磁机交流电压在0～1.3*Uen（ V）范围内。记录励磁机励磁电流、电压，励磁机电枢三相交流电压。 记录见下表。 U预计值 Uab/V Ubc/V Uca/V Uef/V Ief/A 2)记录励磁机定子电压为40％、45％、50％额定值时的可控硅控制角或AVR给定值，为阶跃试验时参考。（用备励感应调压器可不必记录） 8.1.3 励磁机时间常数测定

调节器一置定控制角方式。进行阶跃试验，励磁电压小于1/2额定值。录制励磁机电压、电流和转子电压波形。 8.1.4 移相特性测定 Uc 控制角（实测） 控制角（AVR读数） 8.2 发电机空载时的试验 8.2.1发电机空载特性和励磁机负载特性测量

起励建压，调节励磁给定，做空载特性曲线。记录发电机定子电压、转子电压、转子电流、励磁机电压、励磁电流、副励磁机电压等。

记录发电机定子电压Ug和给定值Uref在下列范围内的数值（为调差测量准备）。 机端电压二次值（V） 95 机端电压（kV） 给定值（PU） 8.2.2 常量监视及记录 发电机空载电压为额定时及带50％和100％有功时，记录一下参数： 运行工况 永磁机电压（V） AVR给定值（PU） 空载额定 50％P 100%P 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 励磁机转子电流（A） 8.2.3 发电机阶跃响应试验 励磁调节器单套在自动方式（PID）运行，整定好阶跃量，数值为2～10％额定机端电压值，阶跃量选取的原则是当阶跃量较小时，AVR中所有的不动作，当阶跃量较大时，个别已知器允许动作。准备好录波器，录取发电机电压、励磁机励磁电流、电压曲线。

给定电压阶跃量分别为5%。录波量：发电机电压、转子电压、励磁机励磁电压。 8.2.4 相频特性试验

发电机空载额定工况运行，由制造厂提供AVR电压相加点的接口（PID环节输入信号的总加点），并将AVR允许的外部模拟信号增益数值调到最小。

用频谱分析仪将白噪声信号输入上述电压相加点，注意观察发电机电压不应有较大的扰动。

测量发电机励磁系统频率特性，记录于下： F(Hz) 角度deg 幅频特性 F(Hz) 角度deg 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.7 1.8 1.9 2.0 幅频特性 F(Hz) 角度deg 幅频特性 3 4 5 6 7 8 10 20 50 100 8.2.5 记录调节器给定值 包括：PID参数、调差、最大最小控制角、强励值、过励、低励、反馈类型、反馈系数等。 8.2.6 实测重叠角 励磁电压 励磁电流 录波图号 励磁电压 励磁电流 录波图号 8.3发电机负载条件下的励磁系统试验 8.3.1系统阻抗测量

1) 记录电厂N台机的运行状态 机组编号 有功 无功 1 2 3 4 2) 缓慢调节受试机组无功使总变化量不超过50％额定值，每次无功变化量为3～5Mvar. 3) 记录无功调节前后机端电压的变化 无功Mvar 机端电压kV 4) 系统阻抗为：X=(U1-U2)/[(Q1/U1)-(Q2/U2)](取多次计算平均值)此公式计算出的系统阻抗为有名值，需换算到标幺值。 8.3.2无功补偿度检查

1) 控制发电机有功功率接近于零，无功功率接近额定。 2) AVR单柜运行，投入无功补偿功能。

3) 缓慢增加无功补偿的量值，注意控制无功不超过额定值，机端电压不超 过额定电压的1.05倍。（一旦发电机输出无功发生晃动，应立即减小补偿度）。 4) 记录AVR的给定值Vref(始终不变)、无功补偿度和无功、电压的变化。 Vref(PU)= 补偿度 Q(Mvar) Ug(V) 5) 检查完后退出无功补偿功能。 8.3.3 静差率测定

励磁调节器在自动方式（PID）运行，调差率置零。发电机带额定有功和额定无功功率运行，记录此时发电机端电压及电压给定值及转子电流，在发电机空载试验中得到该给定值对应的发电机电压，算出电压静差率。

P= Q= Ugn= Uref= Ifn= 8.3.4 发电机带负荷阶跃扰动试验 1) AVR保持单套运行，

2) 整定好阶跃量，数值不超过2％～4％额定值。 3) 启动录波器，进行阶跃扰动试验，检查系统阻尼情况。 8.3.5 相频特性试验

1) 发电机带有功负荷80％以上，有制造厂提供AVR电压相加点的接口（PID环节输入信号

的总加点），并将AVR允许的外部模拟信号增益数值调到最小。

2) 用频谱分析仪将白噪声信号输入上述电压相加点，注意观察发电机无功不应有较大的扰

动。

3) 测量发电机励磁系统在PSS未投入时的电压相频特性，记录于下： F(HZ) F(HZ) 0.1 1.1 0.2 1.2 0.3 1.3 0.4 1.4 0.5 1.5 0.6 1.6 0.7 1.7 0.8 1.8 0.9 1.9 1.0 2.0 角度deg 角度deg 9．安全注意事项 9.1试验前做好事故预想，并准备好应急方案。 9.2试验过程中遇有紧急或特殊情况，应立即停止试验。

9.3做好试验的组织工作，与试验有关的各部门及人员应服从统一指挥。