(12)Std4215-1992IEEE推薦的電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究用勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

1、NARIIEEE推薦的電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究用勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 IEEE Std 421.5-1992IEEE電力工程學(xué)會(huì)能源開發(fā)和發(fā)電委員會(huì) 提出 IEEE標(biāo)淮局 1992,3,19批準(zhǔn) 國(guó)電自動(dòng)化研究院 電氣控制技術(shù)研究所 譯 2003年7月目錄1. 范圍.32. 參考文獻(xiàn).33. 同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在型勵(lì)磁系統(tǒng)模型研究中的表示法.44. 同步電機(jī)端電壓變送器和負(fù)荷補(bǔ)償器模型.55. DC型直流勵(lì)磁機(jī)65.1 DC1A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型.65.2 DC2A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型75.3 DC3A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型86. AC型交流勵(lì)磁機(jī)-整流器勵(lì)磁系統(tǒng)模型96.1 AC1A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型96.2 AC2A型勵(lì)磁系

2、統(tǒng)模型106.3 AC3A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型116.4 AC4A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型116.5 AC5A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型136.6 AC6A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型147. ST型勵(lì)磁系統(tǒng)模型.157.1 ST1A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型.15 7.2 ST2A 型勵(lì)磁系統(tǒng)模型16 7.3 ST3A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型.178. 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器.18 8.1 PSS1A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器.18 8.2 PSS2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器.199. 斷續(xù)作用勵(lì)磁系統(tǒng)209.1 DEC1A型斷續(xù)作用勵(lì)磁系統(tǒng).209.2 DEC2A型斷續(xù)作用勵(lì)磁系統(tǒng).229.3 DEC3A型斷續(xù)作用勵(lì)磁系統(tǒng)2210. 文獻(xiàn)目錄.23附錄A 符號(hào)表.23附錄B 相

3、對(duì)(標(biāo)么)單位制25附錄C 勵(lì)磁機(jī)飽和負(fù)荷效應(yīng).26附錄D 整流器調(diào)整率.27附錄E 限制的表示.28附錄F 用消除快反饋環(huán)避免計(jì)算問題30附錄G 同步電機(jī)內(nèi)感應(yīng)反向磁場(chǎng)電流流通路徑.35附錄H 勵(lì)磁限制器.36附錄I 采樣數(shù)據(jù)37-à.46IEEE推薦的電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究用勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型1. 范圍在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中，要精確仿真同步電機(jī)形為時(shí)，同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的模型需要足夠祥細(xì)是十分重要的。見文獻(xiàn)12。所需的模型必須代表實(shí)際勵(lì)磁設(shè)備的性能，同時(shí)適合用於大的、嚴(yán)重的擾動(dòng)和小的干擾。1968年IEEE委員會(huì)一份報(bào)告提供了初始的勵(lì)磁系統(tǒng)參考模型，見6。它創(chuàng)建了公用術(shù)語，給出了公用的勵(lì)磁系

4、統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、定義了這些模型的參數(shù)。1981年的一份報(bào)告7擴(kuò)大了它的內(nèi)容。它提供了以前不包括的新勵(lì)磁系統(tǒng)模型，和改善了的老設(shè)備模型。本文件主要基于1981年報(bào)告，力圖再一次更新模型，提供帶附加控制特點(diǎn)模型，定型化這些模型用於實(shí)際中。本文件中的模型結(jié)構(gòu)，在很大程度上，力圖容易用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為所需獲得模型參數(shù)的一個(gè)方法。但是這些模型是降價(jià)的模型，不能代表某個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的所有的控制環(huán)。 某些情況下所用模型，作了大的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致了模型結(jié)構(gòu)和實(shí)際裝置有很大的差別。勵(lì)磁系統(tǒng)模型本身不可用系統(tǒng)頻率的函數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)器調(diào)制，這是一些老勵(lì)磁系統(tǒng)的固有特性。這些模型對(duì)±5%額定頻率偏差和振蕩頻率3赫芝下有效，這些

5、模型通常不足以用來研究次同步振蕩或軸系扭振相互的作用。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)性能研究中可能起作用的延時(shí)保護(hù)和控制功能，這里沒表示。在附錄I中為每個(gè)模型提供了一組樣本數(shù)據(jù)(不需是典型的)和至少一種具體的應(yīng)用， 本報(bào)告中所有模型版本帶后輟”A”，以便和先前模型區(qū)分。2 參考文獻(xiàn)本標(biāo)準(zhǔn)要用到下述出版物：1 ANSI C50.10-1990 同步電機(jī)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)( 旋轉(zhuǎn)電機(jī))2 IEEE Std 100-1988 IEEE電氣和電子學(xué)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)辭典（ANSI）3 IEEE Std 115-1983 IEEE同步電機(jī)試驗(yàn)方法(ANSI)4 IEEE Std 421.1-1986 IEEE同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)定義（A

6、NSI）5Bayne J.P等 ”靜止勵(lì)磁控制來改善瞬態(tài)穩(wěn)定”IEEE PAS-94,1975,1141-1146頁6 IEEE委員會(huì)報(bào)告 “勵(lì)磁系統(tǒng)計(jì)算機(jī)表示” IEEE PAS-87,1968,1460-1464頁7 IEEE委員會(huì)報(bào)告。“電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究用勵(lì)磁系統(tǒng)模型”IEEE PAS-100，1981，494-509頁。8 Ferguson ,R.W等 “無刷勵(lì)磁系統(tǒng)分析研究”AIEE Transaction on PAS(part3)1960, 1815-18219 IEEE委員會(huì)報(bào)告?！皠?lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性” IEEE PAS-92，1973，64-75頁。10Lee,D.C.等 “加

7、強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的先進(jìn)勵(lì)磁控制” CIGRE Paper: 38-01巴黎，198611 Rubenstein,A.S.等 “用現(xiàn)代電機(jī)擴(kuò)大機(jī)調(diào)節(jié)器控制無功” AIEE Transaction on PAS (part3)1957, 961-970頁12 Byerly.R.T等 大電力系統(tǒng)穩(wěn)定 IEEE出版社,紐約,197413 Taylor,C.W. “在直流/交流電力系統(tǒng)中靜止勵(lì)磁的瞬態(tài)勵(lì)磁上升” 電氣運(yùn)行計(jì)劃專家會(huì)議 邀請(qǐng)文章-08, 里約日內(nèi)盧 1987,8月3 同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)研究中的表示圖1中的通用功能方塊圖表示了各種同步電機(jī)勵(lì)磁子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括了一個(gè)端電壓變送器和負(fù)

8、荷補(bǔ)償器、勵(lì)磁控制單元、勵(lì)磁機(jī)和，在許多場(chǎng)合下的,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。附加的斷續(xù)勵(lì)磁控制也可能用到。本標(biāo)準(zhǔn)推薦了所有這些功能塊模型。圖 1 同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)一般的功能方塊圖勵(lì)磁控制單元包括了勵(lì)磁調(diào)節(jié)和穩(wěn)定兩種功能。術(shù)語”勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器”和”瞬態(tài)增益減小”用來說明幾個(gè)模型中被圖1的”勵(lì)磁控制單元”方塊包圍的、影響這些系統(tǒng)穩(wěn)定和響應(yīng)的電路，磁場(chǎng)電流限制器在大的系統(tǒng)研究中通常不表示，但它們?cè)谟每熳饔孟拗破鳌⒛妇€饋電的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)中的表示，是十分重要。因而它們被包括在這類模型中。本標(biāo)準(zhǔn)中的模型不包括欠勵(lì)限制器(UEL),但這種限制器的輸出VUEL正常的確和各類勵(lì)磁系統(tǒng)模型的連接。UEL的輸出作為勵(lì)磁系

9、統(tǒng)的輸入，可接在不同的地點(diǎn)，如相加點(diǎn)、邏輯或門輸入。但用在任何模型上，這類輸入只能有一個(gè)。 在勵(lì)磁系統(tǒng)模型中，端電壓限制器和V/F限制器通常不表示。但有些模型的確提供了一控制門，端電壓限制器輸出VTM, 可通過它進(jìn)入調(diào)節(jié)環(huán)。端電壓限制功能也可包括在一個(gè)帶附加的斷續(xù)勵(lì)磁控制模型中。在實(shí)現(xiàn)所有這些模型時(shí)，應(yīng)有處理參數(shù)零值的措施，某些零值意味著旁通模型所有方塊。附錄B 說明了用于勵(lì)磁系統(tǒng)模型的標(biāo)么制。 按勵(lì)磁功率來源勵(lì)磁系統(tǒng)可以分成三大類：1).直流(DC)勵(lì)磁系統(tǒng)：同帶換向器的直流發(fā)電機(jī)作勵(lì)磁功率源。2).交流(AC)勵(lì)磁系統(tǒng)：用交流發(fā)電機(jī)、靜止或旋轉(zhuǎn)整流器產(chǎn)生同步電機(jī)磁場(chǎng)所需直流電流。3).靜止

10、(ST)勵(lì)磁系統(tǒng)：勵(lì)磁功率來自變壓器或發(fā)電機(jī)的輔助繞組和整流器。 下述關(guān)鍵的附屬功能對(duì)大多數(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)都適用： 1). 電壓測(cè)量和負(fù)荷補(bǔ)償 2). 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器此外，本標(biāo)準(zhǔn)也提供某些用斷續(xù)勵(lì)磁控制的模型。AC(交流)和 ST(靜止) 勵(lì)磁系統(tǒng)只允許正向電流流至電機(jī)磁場(chǎng)，雖然有些系統(tǒng)允許加強(qiáng)制的負(fù)向電壓直到磁場(chǎng)電流至零，一些專門的措施，可為同步電機(jī)感應(yīng)出的負(fù)磁場(chǎng)電流提供通路，附錄G描述的電機(jī)/勵(lì)磁系統(tǒng)接口的專門研究中介紹了這類方法。4. 同步電機(jī)端電壓變送器和負(fù)荷補(bǔ)償圖2表示了端電壓變送器和負(fù)荷補(bǔ)償?shù)姆綁K圖，這個(gè)模型單元對(duì)本文件中所有勵(lì)磁系統(tǒng)都適用，一些系統(tǒng)中電壓測(cè)量和負(fù)荷補(bǔ)償，可能有獨(dú)立和不同

11、的時(shí)間常數(shù)，在這里不作這樣的區(qū)分，只用一個(gè)時(shí)間常數(shù)于綜合的電壓測(cè)量和負(fù)荷補(bǔ)償信號(hào)。 圖 2 端電壓變送器和(選用)負(fù)荷補(bǔ)償單元如不用負(fù)荷補(bǔ)償(Rc=Xc=0)，方塊圖縮成單一電壓測(cè)量。通常同步電機(jī)端電壓測(cè)量先降壓、再轉(zhuǎn)為直流。當(dāng)變送器濾波時(shí)會(huì)很復(fù)雜，用于模型時(shí)可減至只用單一時(shí)間常數(shù)TR表示。對(duì)許多系統(tǒng)講，TR十分小，應(yīng)有措施可將它設(shè)置為零。 在每個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)模型中都有端電壓變送器輸出Vc和代表所需端電壓設(shè)置的參考值作比較，等值電壓調(diào)節(jié)器參考信號(hào)VREF是從滿足起始運(yùn)行情況計(jì)算出的，因此，對(duì)研究的同步電機(jī)負(fù)荷情況是唯一的。在勵(lì)磁系統(tǒng)模型中，合成誤差經(jīng)放大后提供給磁場(chǎng)電壓和隨后的端電壓，滿足穩(wěn)態(tài)的閉

12、環(huán)方程，如無負(fù)荷補(bǔ)償，勵(lì)磁系統(tǒng)在它調(diào)節(jié)范圍，力圖保持由參考值信號(hào)確定的端電壓。當(dāng)需要負(fù)荷補(bǔ)償時(shí)，Rc和Xc要取適當(dāng)值，大多數(shù)情況Rc可忽略不計(jì)。計(jì)算補(bǔ)償時(shí)，同步電機(jī)電壓和電流輸入變量必須用相量方式，要注意補(bǔ)償器參數(shù)和同步電機(jī)電流基值的標(biāo)么制一致。補(bǔ)償通常用下述二個(gè)方法之一。（1） 當(dāng)機(jī)組連到母線時(shí)，機(jī)組間無阻抗，用補(bǔ)償器產(chǎn)生人工耦合阻抗，使機(jī)組間無功合理分配，這對(duì)應(yīng)著同步電機(jī)內(nèi)調(diào)整點(diǎn)的選擇，此時(shí)Rc,Xc應(yīng)有正值。（2） 當(dāng)單臺(tái)機(jī)組通過大阻抗并網(wǎng)，或2臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組通過各自的主變并網(wǎng)時(shí)，可要求調(diào)節(jié)機(jī)端外某一點(diǎn)的電壓，例如希望補(bǔ)償主變阻抗，并有效調(diào)節(jié)升壓主變外的電壓，Rc,Xc應(yīng)取適當(dāng)?shù)呢?fù)值，有些

13、補(bǔ)償電路對(duì)端電壓的修正，不用電流有功和無功分量，而用有功和無功。雖然提供模型的等效電路只適合額定電壓附近，更精確的表示，似乎并不值得，文獻(xiàn)11中描述了這些和其它形式的補(bǔ)償。5、 DC-型直流勵(lì)磁機(jī) 現(xiàn)在很少生產(chǎn)DC直流勵(lì)磁機(jī)，已被AC交流勵(lì)磁機(jī)和ST靜止勵(lì)磁系統(tǒng)代替，但仍有許多這類系統(tǒng)在運(yùn)行，考慮到配備這類勵(lì)磁機(jī)機(jī)組衰落的百分?jǐn)?shù)和重要性，只要考慮以前（文獻(xiàn)6）發(fā)展了的用負(fù)荷飽和曲線（附錄C）計(jì)算勵(lì)磁機(jī)負(fù)荷效應(yīng)已足夠了。文獻(xiàn)7給出了調(diào)節(jié)器限制和磁場(chǎng)電壓限制間的關(guān)系。5.1 DC1A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型 圖3方塊圖模型代表用連續(xù)作用電壓調(diào)節(jié)器（特別是直接作用變阻器，旋轉(zhuǎn)擴(kuò)大機(jī)和磁放大器）控制直流勵(lì)磁機(jī)磁

14、場(chǎng)。 其例子有（1）愛里斯查爾默(A-C)公司Regulex調(diào)節(jié)器； （2）通用電氣(GE)公司旋轉(zhuǎn)擴(kuò)大機(jī)調(diào)節(jié)器，GDA調(diào)節(jié)器； （3）西屋(Wh)公司Mag-A-stat調(diào)節(jié)器、Rototrol(旋轉(zhuǎn)放大機(jī))調(diào)節(jié)器、Silver-stat(銀針)調(diào)節(jié)器、TRA調(diào)節(jié)器； （4）勃郎飽維爾（BBC）公司AB型、KC型調(diào)節(jié)器。圖 3 DC1A型直流勵(lì)磁機(jī)因這個(gè)模型在工業(yè)中已廣泛應(yīng)用，有的時(shí)候，當(dāng)沒有詳細(xì)數(shù)據(jù)或要求簡(jiǎn)化模型時(shí)，也用它來代表其它類型的系統(tǒng)。這個(gè)模型主要輸入是前面提到的端電壓變送器和負(fù)荷補(bǔ)償模型的輸出Vc。在相加點(diǎn)Vc從給定點(diǎn)參考值VREF減去，再減去穩(wěn)定用反饋信號(hào)VF和加上電力系統(tǒng)穩(wěn)定

15、器信號(hào)VS，得到電壓誤差。在穩(wěn)態(tài)下VF和VS為零，剩下的只是端電壓誤差信號(hào)。這個(gè)合成信號(hào)經(jīng)調(diào)節(jié)器放大。電壓調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)TA，增益KA，和典型的由飽和、或放大器電源限制形成的非旋緊限制畫在一起。在附錄E中，討論了旋緊和非旋緊限制。這些電壓調(diào)節(jié)器用電源是不受同步電機(jī)或輔助母線上瞬態(tài)效應(yīng)的影響。時(shí)間常數(shù)TB、TC用于模型的固有電壓調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)，但這些時(shí)間常數(shù)往往很小，?？珊雎浴?yīng)有措施用0輸入代替。電壓調(diào)節(jié)器輸出VR用來控制勵(lì)磁機(jī)，如在7討論過的，可以是它勵(lì)和自勵(lì)。當(dāng)用自并勵(lì)時(shí)，KE反映了并勵(lì)磁場(chǎng)變阻器設(shè)定值，在有些情況下KE的最終值可能為負(fù)，為此應(yīng)留有裕量。大多數(shù)這類勵(lì)磁機(jī)用自并勵(lì)，其磁場(chǎng)中

16、的電壓調(diào)節(jié)器運(yùn)行在通常稱為“升降”方式。大多數(shù)電站運(yùn)行人員周期調(diào)整變阻器的設(shè)定點(diǎn)，手動(dòng)跟蹤電壓調(diào)節(jié)器使電壓調(diào)節(jié)器的輸出為0，這可用選KE值來仿真，使如文獻(xiàn)7所描述的滿足起始條件VR=0，在某些方案中，如KE未提供，可用自勵(lì)程序自動(dòng)地計(jì)算出。如KE已提供，不必用程序再計(jì)算，因?yàn)檫@隱含著固定的變阻器設(shè)定點(diǎn)，對(duì)這類系統(tǒng)，變阻器經(jīng)常固定在產(chǎn)生接近額定情況自勵(lì)的值，帶固定磁場(chǎng)變阻器設(shè)置的系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在遙控的機(jī)組上，KE=1是用來代表它勵(lì)。術(shù)語SEEFD 是非線性函數(shù)，如在附錄C中說明的，其值由任何選定的EFD確定，此飽和塊輸出VX是在此勵(lì)磁機(jī)電壓下輸入EFD和非線性函數(shù)值SEEFD 的乘積。從磁場(chǎng)電壓來

17、的經(jīng)過帶增益K和時(shí)間常數(shù)TF 的微分反饋VF是用于勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定。5.2 DC2A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型 圖4的模型代表用發(fā)電機(jī)或輔助母線供電的連續(xù)作用電壓調(diào)節(jié)器控制直流勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)的系統(tǒng)，它和DC1A模型的差別僅在電壓調(diào)節(jié)器輸出限制，后者現(xiàn)在正比于端電壓VT。它也表示將老式的機(jī)械的和旋轉(zhuǎn)的放大設(shè)備用固態(tài)裝置代替的情況，這類模型代表的調(diào)節(jié)器包括：（1）西屋公司 PRX-400TM型；（2）通用電氣公司 5VR型圖 4 DC2A型-帶母線饋電的調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)5.3 DC3A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型前面討論的系統(tǒng)是第一代高增益快作用的勵(lì)磁電源。DC3A模型用來代表在連續(xù)作用調(diào)節(jié)器發(fā)展前，常用的老式帶非連續(xù)作用調(diào)節(jié)器

18、的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)的例子：（1）通用電氣公司GFA4型調(diào)節(jié)器； （2）西屋公司BJ30型調(diào)節(jié)器。這些系統(tǒng)按電壓誤差大小基本上有二種調(diào)節(jié)速率，。對(duì)小誤差用信號(hào)，周期性調(diào)節(jié)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的變阻器。大誤差會(huì)引起電阻很快短路或插入一個(gè)強(qiáng)制信號(hào)，加到勵(lì)磁機(jī)上，對(duì)大誤差信號(hào)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)變阻器會(huì)連續(xù)移動(dòng)，即使它會(huì)被接觸器旁路。圖 5 DC3A型-帶非連續(xù)作用調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)圖5解釋了這個(gè)控制作用，勵(lì)磁機(jī)的表示和前述類似。注意沒有表示勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器。按電壓誤差VREF-VC的大小，不同的調(diào)節(jié)器方式起作用，如電壓誤差大于快升/降的給定KV（典型值5%），按電壓誤差的符號(hào)將VRmax或VRmin加到勵(lì)磁機(jī)

19、，對(duì)電壓誤差絕對(duì)值小于KV，勵(lì)磁機(jī)輸入等于變阻器設(shè)定值VRH，變阻器設(shè)定值的上升或下降取決于誤差的符號(hào)，代表變阻器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的走行時(shí)間是TRH，圍著此方塊的非旋緊限制（附錄E）表示，當(dāng)變阻器到達(dá)任一限制時(shí)，當(dāng)輸入信號(hào)反向時(shí)，它將立即離開限制。進(jìn)一步改善，比如對(duì)小誤差的死區(qū)，曾考慮過，但對(duì)用這類電壓調(diào)節(jié)器的相對(duì)少的老電機(jī)言，是沒有必要的。這模型假定快升/降的限制是和變阻器限制是相同的。它沒有計(jì)及因磁場(chǎng)電阻變化導(dǎo)致勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)的變化（這磁場(chǎng)電阻變化來自變阻器的運(yùn)動(dòng)和快作用接觸器的分合）。6、 AC型交流勵(lì)磁機(jī)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)這類勵(lì)磁系統(tǒng)用一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)和靜止或旋轉(zhuǎn)整流器產(chǎn)生發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)所需直流

20、電流，對(duì)這類勵(lì)磁機(jī)言，負(fù)荷效應(yīng)是很重要的，而發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流作為模型的輸入，可以精確地表示這些效應(yīng)，這些系統(tǒng)不能供應(yīng)負(fù)向磁場(chǎng)電流，只有AC4A模型允許有強(qiáng)制負(fù)向磁場(chǎng)電壓，在附錄G中討論了感應(yīng)負(fù)向磁場(chǎng)電流的模擬考慮。6.1 AC1A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖6的模型代表了AC1A型磁場(chǎng)可控交流勵(lì)磁機(jī)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，此系統(tǒng)由交流主勵(lì)磁機(jī)和不可控整流器組成，勵(lì)磁機(jī)不是自勵(lì)的，而電壓調(diào)節(jié)器功率取自不受外部瞬變影響的電源，勵(lì)磁機(jī)輸出的二極管特性使勵(lì)磁機(jī)輸出電壓有一個(gè)零的低限制，如圖6所示。這個(gè)模型適用于仿真西屋公司無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的性能。對(duì)大電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究，交流勵(lì)磁機(jī)(也是同步電機(jī))可用圖6所示簡(jiǎn)化模型代替，負(fù)荷電流

21、IFD對(duì)交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓VE的去磁效應(yīng)，是在包括時(shí)間常數(shù)KD的反饋途徑中計(jì)及，該常數(shù)是交流勵(lì)磁機(jī)的同步和瞬態(tài)電抗的函數(shù)，見8和9勵(lì)磁機(jī)輸出電壓因整流器調(diào)節(jié)引起的壓降，是由包括常數(shù)KC（它是換相電抗的函數(shù)）和附錄D中說明的整流器調(diào)節(jié)曲線FEX來仿真，在此模型中，正比于勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的信號(hào)VFE是從相加信號(hào)導(dǎo)出，即從勵(lì)磁機(jī)輸出電壓VE乘上附錄C描述的飽和KE+SEVE加上IFD乘上去磁常數(shù)KD，勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流信號(hào)VFE是用作勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定方塊的輸入，其輸出為VF。圖 6 AC1A型-帶不可控整流器和勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流反饋的交流勵(lì)磁機(jī)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)6.2 AC2A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖7是AC2A模型，代表高

22、起始響應(yīng)的磁場(chǎng)控制交流勵(lì)磁機(jī)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。交流主勵(lì)磁機(jī)帶不可控整流器，AC2A型模型除包括勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償和勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流限制單元外，和AC1A型類似。這模型適用于仿真西屋公司高起始響應(yīng)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償主要由包圍勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)時(shí)間常數(shù)的直接負(fù)反饋VH組成，減小該時(shí)間常數(shù)的有效值，因此增加了勵(lì)磁系統(tǒng)小信號(hào)響應(yīng)的帶寬，時(shí)間常數(shù)減小取決于補(bǔ)償環(huán)的增益KH和KB的積，通常要比沒有補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間常數(shù)少一個(gè)數(shù)量級(jí)。為得到這個(gè)系統(tǒng)的高起始響應(yīng)，非常高的強(qiáng)勵(lì)電壓VRmax加到勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)，一個(gè)能測(cè)定勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的限制器允許有高的強(qiáng)勵(lì)但受限制的電流。受勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的限制，勵(lì)磁機(jī)輸出電壓EE通常受限

23、于規(guī)定的勵(lì)磁系統(tǒng)額定響應(yīng)確定的值。雖然這個(gè)限制實(shí)際由附錄F描述的反饋環(huán)來實(shí)現(xiàn)，與此環(huán)有關(guān)的時(shí)間常數(shù)極端小，會(huì)引起計(jì)算上的問題。為此模型中表示的限制器是對(duì)換相電抗后勵(lì)磁機(jī)電壓的正向限制，這個(gè)電壓是發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的函數(shù)。對(duì)小的限制器閉環(huán)時(shí)間常數(shù)，這具有同樣效果，但也要防止高增益，低時(shí)間常數(shù)環(huán)有關(guān)的計(jì)算問題。6.3 AC3A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖8的AC3A模型代表磁場(chǎng)可控的交流勵(lì)磁機(jī)整流器系統(tǒng)，這類勵(lì)磁系統(tǒng)包括交流主勵(lì)磁機(jī)及不可控整流器，勵(lì)磁機(jī)是自勵(lì)的，而電壓調(diào)節(jié)器的功率來自勵(lì)磁機(jī)輸出電壓，因此該系統(tǒng)有附加的非線性，用輸入為電壓調(diào)節(jié)器命令信號(hào)VA和KR倍勵(lì)磁機(jī)輸出電壓VPD的乘法器來仿真。對(duì)大電力系統(tǒng)穩(wěn)

24、定研究，同步的交流勵(lì)磁機(jī)模型要簡(jiǎn)化。負(fù)荷電流IFD對(duì)交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓VE的動(dòng)特性去磁效應(yīng)計(jì)及。反饋路徑包括常數(shù)KD，后者是交流勵(lì)磁機(jī)同步和瞬態(tài)電抗的函數(shù)。因整流器調(diào)節(jié)引起的勵(lì)磁機(jī)輸出電壓降，用包括常數(shù)KC（是換相電抗的函數(shù)）和描述在附錄D中的調(diào)節(jié)曲線FEX。本模型中，正比于勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的信號(hào)VFE是從勵(lì)磁機(jī)輸出電壓VE乘上KE+SE (VE)（如附錄C中說明的SE（VE）代表飽和）加上IFD乘上去磁項(xiàng)KD得出的。勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器也有非線性特性，當(dāng)勵(lì)磁機(jī)輸出電壓小于EFDN時(shí)增益為KF，當(dāng)勵(lì)磁機(jī)輸出大于EFDN時(shí)，此增益值變?yōu)镵N。對(duì)VE的限制，如附錄6中所說明的用來表示反饋限制器運(yùn)行的效果。

25、6.4 AC4A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖9表示的AC4A型交流勵(lì)磁機(jī)可控整流器系統(tǒng)和其它類型交流勵(lì)磁系統(tǒng)有很大的差別，這類高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)用全控晶閘管橋作勵(lì)磁輸出電路。圖8 AC3A型-帶交流勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流限制器的交流勵(lì)磁機(jī)-一整流器勵(lì)磁系統(tǒng)圖 9 AC4A型交流勵(lì)磁機(jī)向可控整流器供電的勵(lì)磁系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器控制晶閘管橋的觸發(fā)，交流勵(lì)磁機(jī)用獨(dú)立的電壓調(diào)節(jié)器來控制其輸出電壓為常數(shù)，這些效應(yīng)不模擬，但對(duì)勵(lì)磁機(jī)瞬態(tài)加負(fù)荷的效應(yīng)包括在內(nèi)。勵(lì)磁機(jī)加負(fù)荷限于在附錄D的方式1所描述的地區(qū)內(nèi)，而負(fù)荷的效應(yīng)可用勵(lì)磁機(jī)負(fù)荷電流和換相電抗來修正勵(lì)磁限制來計(jì)及。晶閘管勵(lì)磁為勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定常用串連的滯后一領(lǐng)前網(wǎng)絡(luò)，而不用速率（ra

26、te feedback）反饋，時(shí)間常數(shù)TB和TC允許仿真這種控制功能，和調(diào)節(jié)器和/或晶閘管觸發(fā)有關(guān)的總等效增益和時(shí)間常數(shù)分別用XA和TA仿真。用此仿真模型的系統(tǒng)，包括通用電氣公司ALTHYREX和旋轉(zhuǎn)晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)。6.5 AC5A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型用10的AC5A模型是無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型。調(diào)節(jié)器是由一個(gè)不受系統(tǒng)干擾的電源，如永磁發(fā)電機(jī)供電。這個(gè)模型可用來代表小勵(lì)磁系統(tǒng)，如由巴斯勒電機(jī)公司生產(chǎn)的那種。注意：和其它AC模型不同，本模型用負(fù)荷的而不是開路的勵(lì)磁機(jī)飽和數(shù)據(jù)，其用法和它在DC模型中用的相同（見附錄C）。因本模型在工業(yè)中已廣泛地應(yīng)用了，有時(shí)當(dāng)缺乏詳細(xì)數(shù)據(jù)或要求簡(jiǎn)化模型時(shí)，它還用來代表其它

27、類型系統(tǒng)。圖 10 AC5A 型簡(jiǎn)化旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)6.6 AC6A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖11的AC6A型模型用來表示帶系統(tǒng)供電的電子電壓調(diào)節(jié)器的磁場(chǎng)控制交流勵(lì)磁機(jī)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。圖 11 AC6A型帶不可控整流器和系統(tǒng)供電的電子式電壓調(diào)節(jié)器的交流勵(lì)磁機(jī)-整流器勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器最大輸出VR是端電壓VT的函數(shù)，而模型包括了勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流限制器，它特別適用表示靜止二極管系統(tǒng)，例如C.A.Parson公司生產(chǎn)的那種。7、 ST型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在這類勵(lì)磁系統(tǒng)，電壓（在復(fù)勵(lì)系統(tǒng)中還有電流）被轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)碾娖?。整流器可控或不可控，為發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)提供所需的直流電流。雖然許多這類系統(tǒng)允許強(qiáng)勵(lì)的負(fù)電壓，但大多數(shù)不供負(fù)向磁

28、場(chǎng)電流，對(duì)必須要有負(fù)向磁場(chǎng)電流的專門研究，如附錄G中所討論的，需要更詳細(xì)的模型。許多靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁頂值電壓很高，對(duì)這樣的系統(tǒng)，必須附加磁場(chǎng)電流限制器電路，以保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，這常包括瞬時(shí)和延時(shí)動(dòng)作的單元，但這里只包括瞬時(shí)限制單元，并且只在STIA模型中有表示。7.1 ST1A勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖12表示的ST1A型電壓源可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，力圖代表勵(lì)磁功率通過變壓器來自發(fā)電機(jī)機(jī)端（或機(jī)端輔助母線），而調(diào)節(jié)是通過可控整流器，這類系統(tǒng)最大可用勵(lì)磁電壓直接和發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓有關(guān)（以下的附注除外），圖 12 ST1A型電壓源可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中固有的勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)很小，不需要

29、勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器。另一方面，為了其它原因，可能希望減小這類系統(tǒng)的瞬態(tài)增益。所示模型在代表瞬態(tài)增益減小是十分通用的，不管是通過時(shí)間常數(shù)TB和TC（在此情況下KF正常應(yīng)設(shè)為0）的前向路徑，還是適當(dāng)選擇速率反饋(Rate feedback)參數(shù)KF 和TF 的反饋路徑。電 壓調(diào)節(jié)器增益和任何固有的勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)分別用KA和TA代表。時(shí)間常數(shù)TC1和TB1，如TC1正常大于TB1允許代表瞬態(tài)增益增大的可能。整流橋觸發(fā)角產(chǎn)生的方法影響其輸入輸出關(guān)系，通常假定是線性的，在模型中選擇單一增益KA，許多系統(tǒng)應(yīng)用真正的線性系統(tǒng)，在少數(shù)系統(tǒng)整流橋關(guān)系是非線性的，導(dǎo)致歸一化的線性增益為正弦函數(shù)，其幅值可能和電源電壓

30、有關(guān)。因?yàn)橥ǔ４嗽鲆媸指撸颂匦跃€性化后為模型用，通常是滿意的。不管特性是線性的還是正弦的，頂值表示是相同的。許多情況下，對(duì)VI的內(nèi)部限制可忽略。應(yīng)該模擬是端電壓和同步電機(jī)磁場(chǎng)電流函數(shù)的磁場(chǎng)電壓限制。磁場(chǎng)電壓正限制表示成同步電機(jī)磁場(chǎng)電流線性函數(shù)是可能的，因?yàn)樵谶@樣的系統(tǒng)中整流橋的運(yùn)行限制在附錄D中廣方式1的范圍。負(fù)限制應(yīng)有類似的電流依賴特性，但是該項(xiàng)（term）的符號(hào)可能為正或?yàn)樨?fù)，取決于為限制選用了恒定觸發(fā)角還是恒定熄弧角。因磁場(chǎng)電流在此條件下通常很低，這術(shù)語（term）不包括在模型中。這類系統(tǒng)非常高的強(qiáng)勵(lì)能力，致使有時(shí)用磁場(chǎng)電流限制器來保護(hù)發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)，限制起始設(shè)置由ILR確定，增益

31、用KLR表示。為允許此限制不作起用，應(yīng)有措施可將KLR設(shè)置為0。對(duì)絕大多數(shù)這類勵(lì)磁系統(tǒng)，用的是全控整流橋，本模型對(duì)半控橋系統(tǒng)也適用，這時(shí)負(fù)向磁場(chǎng)電壓頂值應(yīng)設(shè)置為0（VRMIN=0）。 ST1A勵(lì)磁系統(tǒng)的例子有：1） 加拿大通用電氣公司的Silocomatic勵(lì)磁系統(tǒng)；2） 西屋加拿大公司固態(tài)晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)；3） 西屋公司PS型帶WTA，WHS，WTA-300型調(diào)節(jié)器的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；4） ASEA公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；5） 勃郎鮑維爾BBC靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；6） 蘭羅爾派松公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；7） GECEliott公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；8） 東芝公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；9） 三菱公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；10）通用電氣公

32、司電壓源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；11) 日立公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；12）巴斯勒模型公司SSE勵(lì)磁系統(tǒng)；13）ABB公司Unitrol勵(lì)磁系統(tǒng)。7.2 ST2A勵(lì)磁系統(tǒng)模型有些勵(lì)磁系統(tǒng)利用電壓和電流源（發(fā)電機(jī)機(jī)端的電量）作為功率來源。這類復(fù)勵(lì)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)用ST2A表示，圖13是它的模型，必須要用端電壓VT和端電流IT相量綜合來構(gòu)筑勵(lì)磁功率源的模型，在附錄D中說明整流器負(fù)荷和換相效應(yīng)的計(jì)算，EFDmax代表了由于磁元件飽和對(duì)勵(lì)磁電壓的限制，調(diào)節(jié)器通過控制功率變壓器飽和來控制勵(lì)磁輸出，TE是和控制繞組電感有關(guān)的時(shí)間常數(shù)。這類系統(tǒng)的一個(gè)例子是通用電氣公司靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，通常稱為SCT-PPT或SCPT系統(tǒng)。圖 13

33、 ST2A型復(fù)勵(lì)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)7.3 ST3A型勵(lì)磁系統(tǒng)模型圖 14 ST3A型帶磁場(chǎng)電壓控制環(huán)的電壓源或復(fù)勵(lì)可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)有些靜止勵(lì)磁系統(tǒng)利用磁場(chǎng)電壓控制環(huán)來線性化勵(lì)磁控制特性，如圖14所示，這也使輸出在電源限制到達(dá)前不受供電電源變化的影響。這類系統(tǒng)用了多種可控整流器設(shè)計(jì)：全晶閘管橋或半控橋，串連或并連配置。電源可能是機(jī)端供電或用電機(jī)內(nèi)繞組的電壓源，有些設(shè)計(jì)中利用機(jī)端電壓和電流的復(fù)合功率源。這類功率源用電機(jī)機(jī)端電壓和電流的相量綜合表示，并在模型中用適當(dāng)?shù)膮?shù)代入。為這類系統(tǒng)提供的勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器是一個(gè)串連在電壓調(diào)節(jié)器的滯后一領(lǐng)前單元，用時(shí)間常數(shù)TB和TC表示。磁場(chǎng)電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)環(huán)，包括增益

34、KM和KG，時(shí)間常數(shù)TM，這個(gè)環(huán)比起本標(biāo)準(zhǔn)中描述模型的3HZ上限的帶寬要寬。為了研究目的，時(shí)間常數(shù)TM可以增加，能保留在3Hz時(shí)所要求的精度同時(shí)，消除了要極短計(jì)算增量的需要。整流器負(fù)荷和換相效應(yīng)的計(jì)算在附錄D中有討論，VBmax限制由功率元件飽和水平確定。這類系統(tǒng)包括通用電氣公司的復(fù)勵(lì)源GENERREX和電壓源GENEREX勵(lì)磁系統(tǒng)。8、 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是通過勵(lì)磁控制來加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)振蕩的阻尼，常用的輸入有軸速，機(jī)端頻率、功率，當(dāng)用頻率作為輸入時(shí)，正常應(yīng)是機(jī)端頻率，但在某些情況，可能利用仿真電機(jī)電抗后頻率（在許多研究中，相當(dāng)于軸速），下面提供的穩(wěn)定器模型，一般講在工作區(qū)頻率響應(yīng)的

35、范圍內(nèi)是和勵(lì)磁模型是一致的。它們不能用于正常超過3Hz的不穩(wěn)定控制方式的研究。穩(wěn)定器參數(shù)應(yīng)和規(guī)定的穩(wěn)定器輸入信號(hào)類型一致，不同輸入信號(hào)的穩(wěn)定器參數(shù)，在提供類似的阻尼特性，看起來可能十分不同，對(duì)抽水蓄能機(jī)組，穩(wěn)定器可運(yùn)行在發(fā)電或抽水方式，但在2種運(yùn)行方式，通常要求用不同的參數(shù)。8.1 PSS1A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 圖15表示了 廣義形式的單輸入的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，一些常用的穩(wěn)定器輸入信號(hào)VSI是轉(zhuǎn)速、頻率和功率。T6用于表示了變送器時(shí)間常數(shù)，穩(wěn)定器增益KS，信號(hào)沖洗(Washout 隔直)由時(shí)間常數(shù)T5設(shè)置。下一方塊中A1和A2允許高頻扭振濾波器（有些穩(wěn)定器用）的一些低頻效應(yīng)被計(jì)入。如無此用途，如果

36、需要，該方塊可用來幫助形成穩(wěn)定器增益和相角特性，隨后的2個(gè)方塊可允許2級(jí)領(lǐng)前一滯后補(bǔ)償，用常數(shù)T1到T4設(shè)置。圖 15 PSS1A型單輸入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器穩(wěn)定器輸出可用不同的方法來限制，圖15上沒能都表示出，這個(gè)模型只表示了簡(jiǎn)單的穩(wěn)定器輸出限制Vstmax和Vstmin。有些系統(tǒng)，如發(fā)電機(jī)端電壓偏移出規(guī)定的帶外，穩(wěn)定器的輸出便被移走，如同表示在圖19中的DEC3A附加斷續(xù)的勵(lì)磁控制模型。在另一些系統(tǒng)，穩(wěn)定器輸出受限于發(fā)電機(jī)端電壓，如包括在圖17的DEC1A模型的函數(shù)。穩(wěn)定器的輸出VST是附加繼續(xù)控制模型的輸入，當(dāng)不用斷續(xù)控制模型時(shí)VS=VST。8.2 PSS2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器圖16的穩(wěn)定器模型

37、是用來表示多種雙輸入穩(wěn)定器，通常用功率和轉(zhuǎn)速或頻率來導(dǎo)出穩(wěn)定信號(hào)。圖 16 PSS2A型雙輸入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器特別是這個(gè)模型可用來代表二種不同類型的雙輸入穩(wěn)定器的實(shí)現(xiàn)，說明如下：（1） 穩(wěn)定器在系統(tǒng)振蕩頻率范圍內(nèi)起著電功率輸入穩(wěn)定器。這些用轉(zhuǎn)速或頻率輸入來產(chǎn)生等效機(jī)械功率信號(hào)，使總信號(hào)對(duì)機(jī)械功率變化不敏感。（2） 用轉(zhuǎn)速（或頻率）和電功率綜合信號(hào)的穩(wěn)定器。這些系統(tǒng)通常直接用轉(zhuǎn)速（即沒有相位領(lǐng)前補(bǔ)償）加上一個(gè)和電功率正比的信號(hào)來得到所需的穩(wěn)定信號(hào)形狀。當(dāng)同樣的模型用上述2種類型雙輸入穩(wěn)定器，對(duì)等效的穩(wěn)定作用，模型中用的參數(shù)會(huì)差別很大。對(duì)每個(gè)輸入，2個(gè)沖刷可被表示（TW1到TW4）連同變送器或積分時(shí)

38、間常數(shù)（T6，T7）對(duì)第一類雙輸入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器K3正常為1，而K2為T7/2H，H是同步電機(jī)慣性常數(shù)。VSI1正常代表轉(zhuǎn)速或頻率，而VSI2代表功率信號(hào)，指數(shù)N（至4的整數(shù)）和M（至2的整數(shù)）允許表示成“斜坡跟蹤”和較簡(jiǎn)單的濾波器特性。相位補(bǔ)償由2級(jí)領(lǐng)前滯后，或滯后領(lǐng)前方塊T1至T4提供，輸出限制的選擇和在PSS1A模型中的類似。許多類型研究中，適當(dāng)參數(shù)的單輸入PSS1A模型可用來代替雙輸入PSS2A模型。9、 附加（補(bǔ)充）斷續(xù)勵(lì)磁控制 在某些特殊的系統(tǒng)配置，帶端電壓連續(xù)勵(lì)磁控制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)，不能保證充分挖掘勵(lì)磁系統(tǒng)改善（電力）系統(tǒng)穩(wěn)定的潛力。對(duì)這些情況斷續(xù)勵(lì)磁控制信號(hào)可用

39、來加強(qiáng)大瞬態(tài)擾動(dòng)后的穩(wěn)定，見5，10和13。9.1 DEC1A型斷續(xù)勵(lì)磁控制DEC1A型斷續(xù)勵(lì)磁控制模型如圖17所示，它用于表示一個(gè)電路，使系統(tǒng)故障后，立即將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁提高到大于電壓調(diào)節(jié)器和穩(wěn)定器要求的水平。這類電路已被用在許多由母線供電的靜止勵(lì)磁（ST1A）大型同步發(fā)電機(jī)上，它加一個(gè)正比于轉(zhuǎn)子角（功角）的信號(hào)到端電壓和電力系統(tǒng)穩(wěn)定信號(hào)上，這功角信號(hào)在瞬態(tài)時(shí)期只用2秒，因連續(xù)使用它會(huì)使穩(wěn)態(tài)不穩(wěn)。這樣控制的目的是在功角搖擺到最大值前保持磁場(chǎng)電壓，從而端電壓高值，這個(gè)控制特別用在例如瞬態(tài)下，本地和地區(qū)間振蕩都存在時(shí)，這時(shí)不然本地方式的回?cái)[將在功角擺動(dòng)到達(dá)真正幅值前，使勵(lì)磁離開頂值，過大的端電壓可用

40、端電壓限制器電路來防止。這個(gè)斷續(xù)控制的效果，除增加發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和氣隙功率外，還用來提高系統(tǒng)電壓水平和負(fù)荷功率，從而有利于機(jī)組的減速。如圖17所示轉(zhuǎn)速（或相當(dāng)?shù)模㏄SS信號(hào)在正常運(yùn)行情況下提供了連續(xù)控制以保持靜態(tài)穩(wěn)定，用于斷續(xù)控制的正比于同步電機(jī)功角變化的信號(hào)是從速度信號(hào)積分得到，它不是一個(gè)完美的積分器，亦即此信號(hào)以時(shí)間常數(shù)TAN復(fù)位。速度信號(hào)積分只在嚴(yán)重的系統(tǒng)故障后進(jìn)行，如果滿足下述條件，繼電器觸點(diǎn)S1將閉合：1) 端電壓降超過預(yù)置值2)調(diào)節(jié)器輸出為頂值；3)轉(zhuǎn)速上升高于預(yù)置值；繼電器觸點(diǎn)S1在下述條件之一斷開：1） 轉(zhuǎn)速變化降到低于閥值；2） 調(diào)節(jié)器輸出離開頂值。之后積分器方塊的輸出以時(shí)間

41、常數(shù)TAN指數(shù)衰減。為滿意地應(yīng)用此斷續(xù)勵(lì)磁控制電路，用快作用端電壓限制器是重要的。雙元電壓限制器用來提供快速響應(yīng)，和高度安全，沒有激起軸扭振的危險(xiǎn)。圖17 DEC1A帶雙向端電壓限制器的斷續(xù)勵(lì)磁控制器瞬態(tài)勵(lì)磁上升限制器之一是快作用的，和用帶限制發(fā)電機(jī)端電壓閥值的離散或開關(guān)式控制。第2個(gè)限制器是連續(xù)控制和慢作用的，但限制到較低端電壓。經(jīng)起始延時(shí)后從第1限制器接管端電壓控制，并限制端電壓到可能由PSS或DEC控制引起的持續(xù)過勵(lì)情況下的較低值。如機(jī)組因任何原因連續(xù)沖撞此限制，慢作用限制器用廢棄離散限制器的作用，來阻止其固有動(dòng)作引起的持續(xù)機(jī)端電壓和隨之而來的功率振蕩，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出VST，端電壓

42、限制器和功角信號(hào)的綜合，并加上總的限制后的新信號(hào)VS，接到電壓調(diào)節(jié)器的相加點(diǎn)。9.2 DEC2A型斷續(xù)勵(lì)磁控制圖18表示了DEC2A型斷續(xù)勵(lì)磁控制的模型，本系統(tǒng)由遠(yuǎn)方發(fā)生的觸發(fā)器信號(hào)引發(fā)，通過開環(huán)控制提供瞬態(tài)勵(lì)磁上升。觸發(fā)器激起一幅值階躍VK，后者可用小時(shí)間常數(shù)TD1來調(diào)節(jié)。帶時(shí)間常數(shù)TD2的高通濾波器方塊產(chǎn)生一衰減脈沖，使發(fā)電機(jī)端電壓，從而使系統(tǒng)電壓短時(shí)上升，如端電壓超過規(guī)定水平，限制器凍結(jié)濾波器方塊的輸出，當(dāng)端電壓降至低于此水平，輸出將被釋放，而濾波器方塊輸出降到低于它的值，在輸出被凍結(jié)時(shí)（用數(shù)字邏輯的無沖擊挾緊）這個(gè)瞬態(tài)勵(lì)磁上升在大古力第三電廠實(shí)現(xiàn)過，它是由太平洋3100MW高壓直流聯(lián)絡(luò)

43、線中斷引發(fā)的控制 見文獻(xiàn)13，對(duì)這個(gè)擾動(dòng)地區(qū)間模式搖擺中心離電廠約1300公里，而正常電壓調(diào)節(jié)器磁場(chǎng)上升是最小的。圖 18 DEC2A型斷續(xù)勵(lì)磁控制器開環(huán)瞬態(tài)勵(lì)磁上升9.3 DEC3A型斷續(xù)勵(lì)磁控制有些系統(tǒng)，穩(wěn)定器輸出在嚴(yán)重故障后立即從調(diào)節(jié)器斷開，防止穩(wěn)定器在第一搖擺期間和電壓調(diào)節(jié)器競(jìng)爭(zhēng)，在DEC3A模型中如果端電壓降低于設(shè)定值VTmin（見圖19）斷開穩(wěn)定器輸出S1一定的時(shí)間TDR。圖 19 DEC3A斷續(xù)勵(lì)磁控制器穩(wěn)定信號(hào)暫時(shí)中斷10、 文獻(xiàn)B1ANSI C34.2-1968（已撤回）半導(dǎo)體功率整流器，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐和要求；B2IEEE std 421.2-1990勵(lì)磁控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的

44、鑒別、試驗(yàn)和評(píng)估指南。B3IEEE委員會(huì)報(bào)告“勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性”IEEE Trans.PAS-92，1973 64-75頁。B4Witzke.R.L等“交流電抗對(duì)6相整流器電壓調(diào)節(jié)的影響”IEEE PAS-72，1953，244-253頁。附錄A 符號(hào)表A1 A2 PSS信號(hào)調(diào)節(jié)頻率濾波器常數(shù)EFD 勵(lì)磁機(jī)輸出電壓EFDN 反饋增益變化時(shí)的EFD值 (AC3A型)EFD1,EFD2 勵(lì)磁機(jī)飽和確定下的勵(lì)磁機(jī)電壓(直流勵(lì)磁機(jī)和AC5A型)ESC 速度變化參考值(DEC1A)FEX 整流器負(fù)荷因數(shù)，IN 的函數(shù)HV GATE(高值門) 帶2輸入，1輸出的模型塊，輸出電壓通常是2輸入中電壓高者。IF

45、D 同步電機(jī)磁場(chǎng)電流ILR 勵(lì)磁機(jī)輸出電流限制參考值IN 額定勵(lì)磁機(jī)負(fù)荷電流IT 同步電機(jī)機(jī)端電流KA 電壓調(diào)節(jié)器增益KAN 斷續(xù)式控制器增益(DEC1A型)KB 二級(jí)調(diào)節(jié)器增益KC 正比于換向電抗的整流器負(fù)荷因數(shù)KD 去磁因數(shù)，是交流勵(lì)磁機(jī)電抗的函數(shù)弋 有關(guān)自勵(lì)磁場(chǎng)的勵(lì)磁機(jī)常數(shù)KETL 端電壓限制器增益KF,KN 勵(lì)磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定器增益KG 磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)反饋增益常數(shù)(ST3A型)KH 勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流反饋增益(AC2A型) 勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流限制器增益(AC6A型)KI 電壓電路增益系數(shù)KLR 勵(lì)磁機(jī)輸出電流限制器增益KM 磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)正向增益常數(shù)(ST3A)KP 電壓電路增益系數(shù)KR 和調(diào)節(jié)

46、器及交流勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電源有關(guān)的常數(shù)(AC3A型) KS 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器增益(PSS1A型)KS1,KS2,KS3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器增益(PSS2A型)KV 快速升/降接觸給定(DC3A型)LV GATE(低值門) 帶2輸入，1輸出模型塊，輸出電壓是2輸入的低值者M(jìn) 積分濾波器常數(shù)(PSS2A型)N 積分濾波器常數(shù)(PSS2A型)RC 負(fù)荷補(bǔ)償?shù)碾娮璺至縎EEFD1或EFD2 對(duì)應(yīng)勵(lì)磁機(jī)電壓 EFD的勵(lì)磁機(jī)飽和函數(shù)SEVE1或VE2 對(duì)應(yīng)勵(lì)磁機(jī)換向電抗后電壓 VE 的勵(lì)磁機(jī)飽和函數(shù)SE 勵(lì)磁機(jī)飽和函數(shù)TA,TB,TC,TB1,TC1,TK 電壓調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)TAN 斷續(xù)式控制器時(shí)間常數(shù)(DEC1A型

47、)TD1 斷續(xù)式控制器時(shí)間常數(shù)(DEC2A型)TD2 斷續(xù)式控制器洗出時(shí)間常數(shù)(DEC2A型)TDR 復(fù)位時(shí)間延遲(DEC3A型)TE 勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)，和勵(lì)磁機(jī)控制有關(guān)的積分速率TF 勵(lì)磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定器時(shí)間常數(shù)TF2,TF3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定器時(shí)間常數(shù)(AC5A型)TH,TJ 勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流限制器時(shí)間常數(shù)TK 調(diào)節(jié)器領(lǐng)前時(shí)間常數(shù)(AC6A型)TM 磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)正向時(shí)間常數(shù)(ST3A型)TR 調(diào)節(jié)器輸入濾波器時(shí)間常數(shù)TRH 變阻器滑行走時(shí)間(DC3A型)TW1,TW2,TW3,TW4,TW5 PSS 和DEC洗出時(shí)間常數(shù)T1,T3 PSS領(lǐng)先補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)T2,T4 PSS滯后補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)T5

48、PSS洗出時(shí)間常數(shù)T6,T7 PSS變送器時(shí)間常數(shù)T8 PSS濾波器時(shí)間常數(shù)VA 調(diào)節(jié)器內(nèi)電壓VAL 調(diào)節(jié)器電壓參考值(DEC1A型)VAN 內(nèi)部信號(hào)(DEC1A型)VB 可用的勵(lì)磁機(jī)電壓VC 端電壓變送器和負(fù)荷補(bǔ)償單元輸出VC1 正比于要補(bǔ)償端電壓的信號(hào)VD 斷續(xù)控制器內(nèi)電壓(DEC2A型)VE 勵(lì)磁機(jī)換向電抗后電壓VE1,VE2 飽和確定時(shí)交流勵(lì)磁機(jī)換向電抗后輸出電壓VEER. DC3A型模型電壓誤差信號(hào)VF 勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出VFE 正比于勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流的信號(hào)VFELIM 勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流限制器的參考信號(hào)VG 內(nèi)環(huán)電壓反饋VH 勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流反饋信號(hào)VI 電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)部信號(hào)VK 斷續(xù)控制器

49、輸入?yún)⒖贾?DEC2A型)VM 對(duì)應(yīng)於可控硅觸發(fā)角命令的整流橋輸出因數(shù)(ST3A)VN 輸入變量反饋率VO,VP 限制器信號(hào)(DEC1A型)VOEL 過勵(lì)限制器輸出(AC1A,AC2A,ST1A型) VR 電壓調(diào)節(jié)器輸出VRH 由變阻器設(shè)定的電壓VREF 電壓調(diào)節(jié)器參考電壓，(滿足起始條件確定)VS 在任何(如假定端電壓和參考信號(hào)標(biāo)么制的單位相當(dāng)于端電壓)限制或開閉后，綜合電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和斷續(xù)控制的輸出VSI,VSI1,VSI2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸入(軸速、功率或頻率偏差)VST 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出(等值於端電壓的標(biāo)么值)VT 同步電機(jī)端電壓VTM,VTN 電壓限制(DEC1A型)VTMIN 低

50、端電壓比較電平(DEC3A型)VTC 端電壓電平參考值VUEL 欠勵(lì)限制器輸出VX 正比于勵(lì)磁機(jī)飽和的信號(hào)XC 負(fù)荷補(bǔ)償電抗分量XL 和電壓源有關(guān)的電抗p 電壓電路的相角(度)附錄B 標(biāo)么制在系統(tǒng)研究中同步電機(jī)電流和電壓用標(biāo)么制變量表示，這里用的標(biāo)么制中，定義額定電壓為同步電機(jī)端電壓的一單位，同步電機(jī)額定電流為一單位，一單位發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流對(duì)應(yīng)著產(chǎn)生氣隙線上同步電機(jī)額定電壓的磁場(chǎng)電流，產(chǎn)生此磁場(chǎng)電流的電壓便是單位磁場(chǎng)電壓。勵(lì)磁系統(tǒng)模型和同步電機(jī)模型在定子端及磁場(chǎng)兩處接口，和電壓調(diào)節(jié)器輸入的標(biāo)么制同步電機(jī)端電壓相加的信號(hào)，必須在同一基礎(chǔ)上。勵(lì)磁機(jī)輸出電流必須用同步電機(jī)磁場(chǎng)電流基值的標(biāo)么制，勵(lì)磁機(jī)輸

51、出電壓必須用同步電機(jī)磁場(chǎng)電壓基值的標(biāo)么制。注意這些磁場(chǎng)電流和電壓基值，可能和同步電機(jī)模型內(nèi)部用的不同，在接口處要對(duì)這2個(gè)量作基值轉(zhuǎn)換。 在這個(gè)標(biāo)么制中，磁場(chǎng)電壓基值直接和磁場(chǎng)電阻基值有關(guān)，磁場(chǎng)繞組參考溫度在ANSIC50,10-19771中根據(jù)絕緣等級(jí)確定，在IEEE Std421.1-19864中，為計(jì)算磁場(chǎng)電阻基值確定了2個(gè)溫度(75C和100C)，這里是和溫升有關(guān)，而不是絕緣等級(jí)。 為了模擬目的應(yīng)規(guī)定電阻基值，和假定計(jì)算時(shí)的溫度。允許用IEEE Std.115-19833中的方程在任何要求的溫度下、重算新的電阻基值。 在過去，曾用幾個(gè)不同的基值來歸一化調(diào)節(jié)器輸出電壓，本質(zhì)上性能相同的、類

52、似的勵(lì)磁系統(tǒng)，取決于基值的選擇，可能有十分不同的參數(shù)。附錄C 勵(lì)磁機(jī)的飽和和負(fù)荷效應(yīng)勵(lì)磁機(jī)飽和函數(shù)SEEFD 定義為因飽和引起單位勵(lì)磁機(jī)輸出電壓下勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流增長(zhǎng)的倍數(shù)，圖C-1解釋了SEEFD的具體值計(jì)算。在給定的勵(lì)磁機(jī)輸出電壓下A,B,C分別定義為產(chǎn)生這個(gè)輸出電壓時(shí)，在常電阻負(fù)荷下飽和曲線、氣隙線和空載飽和曲線上所需的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁。常電阻負(fù)荷下飽和曲線是用來定義所有直流勵(lì)磁機(jī)，和由簡(jiǎn)化AC5A模型代表的交流勵(lì)磁機(jī)的SE.，代表帶負(fù)荷的飽和SEEFD由下式給出 SEEFD= (A-B)/B注意當(dāng)勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電阻和勵(lì)磁機(jī)基值電阻差得很大時(shí)，必須用文獻(xiàn)7中附錄A的說明對(duì)SE 調(diào)整?？蛰d飽和曲線用來定義了(除AC5A型外)交流勵(lì)磁機(jī)-整流器勵(lì)磁系統(tǒng)的SE,在這里SEVE 有 SEVE =(C-B)/B對(duì)交流勵(lì)磁機(jī)-整流器勵(lì)磁系統(tǒng)用空載飽和曲線，是因在模型中勵(lì)磁機(jī)的調(diào)節(jié)效應(yīng)己包括在去磁因數(shù)KD ，和換相電抗壓降的計(jì)算中(附錄D)。勵(lì)磁機(jī)飽和特性的表示，不同的計(jì)算機(jī)程序用不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通常飽和曲線用2個(gè)點(diǎn)足以確定。為了一致起見，建議確定2