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0引言
发电机励磁控制系统的电力系统静态稳定，动态稳定和暂态稳定性有显着的不同励磁系统模型和参数的影响，计算结果会产生很大的差异，在计算电力系统稳定。因此需要能够正确反映设备的运行状态和参数的数学模型，在实际操作中，计算结果是可靠的。 由于以前大多数电网调度在进行系统稳定计算时采用发电机Eq ’恒定模型，不考虑励磁，所以对电网中励磁设备的运行参数没有明确要求，系统中绝大多数主力机组，没有实测过励磁控制系统的模型和参数，计算中没有能正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，而是使用典型参数。因为不能得出真实的结果，为了确保生产的安全，调度在方式计算时往往采用保守的参数，这也是造成我国电力生产效率不高、与国际先进水平尚有一定差距的原因之一。另外，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。新的稳定导则要求使用精确的模型，还需要实际的励磁系统模型和参数计算中使用。
通过典型的主装置对电网的发电机，励磁和调速系统模型和参数的调查和分析测试系统的稳定性和电网日常生产调度提供准确的数据和有效的措施，以确保电网安全运行和提高劳动生产率，社会意义和经济效益。本文以某电厂发电机为例，详细阐述励磁系统参数测试、参数优化等过程，说明实测参数的必要
性。
1发电机励磁系统PID 和PSS 的数学模型
发电机励磁调节器为某公司生产EXC9000型数字式励磁调节器。该励磁调节器，是双通道励磁调节器。发电机励磁调节器均采用PID+PSS 控制方式，厂家提供的PID 和PSS 的数学模型见图1和图2。 1.1PID 模型频谱分析辨识 1.1.1AD-DA 环节的频率响应特性动态信号分析
仪产生的白噪声信号连接到调节器的AD 接口，调节器内部AD 采样数据直接关联到调节器的DA 输出，调节器的DA 输出连接到动态信号分析仪的输入口，通过动态信号分析仪进行分析。
1.1.2PID 的比例放大环节频谱辨识a ）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。
b ）PID 的两级超前/滞后环节设为0（T A1=T A2=T A3=T A4=0），设置比例放大倍数为5，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。
c ）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。
d ）用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和
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—作者简介：麦艳红（1967-），女，广西南宁人，南宁职业技术学院
机电专业负责人，副教授，研究方向为电气自动化；钟
文（1961-），男，广东五华人，广西桂网电力试验有限公司工程师，研究方向为电力配电。
都市女报
发电机励磁系统参数测试及PSS 参数整定
Generator Excitation System Parameters Test and PSS Parameter Setting
麦艳红①MAI Yan-hong ；钟文②ZHONG Wen
（①南宁职业技术学院机电工程学院，南宁530008；②广西桂网电力试验有限公司，南宁530007）（①Nanning College for Vocational Technology Mechatronical Engineering College ，Nanning 530008，China ；
②Guangxi Guiwang Electric Power Test Co.，Ltd.，Nanning 530007，China ）
摘要：通过试验测出发电机励磁系统及PSS 的数学模型及相关参数，并对参数进行优化，使励磁系统的各项性能指标均满足国
中国越南冲突标要求，保证了电网安全运行，具有重要的社会意义和经济效益。
Abstract:Through the test,the paper measures generator excitation system and PSS mathematical model and related parameters,and
optimizes the parameters,making the various performance indicators of excitation system meet the national standard,ensuring the safe operation of power grid,which has important social meaning and economic benefits.
关键词：发电机；PSS ；励磁系统；参数测试Key words:generator ；PSS ；excitation system ；parameter test 中图分类号：TM31文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）02-0033-03美国柯达公司
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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。
1.1.3PID的超前/滞后环节频谱辨识
a）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。
b）PID的比例放大环节（Kp=1）设为1，设置T A1＝1，T A1=4，使环节为滞后，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。
c）PID的比例放大环节（Kp=1）设为1，设置T A1=0.04，T A1=0.02，使环节为超前，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。
d）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。
e）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。
1.2PSS模型频谱分析辨识
1.2.1PSS的AD-DA环节的频率响应特性动态信号分析仪产生的白噪声信号连接到调节器PSS的AD接
口，调节器内部AD采样数据直接关联到调节器PSS的DA输出，调节器的DA输出连接到动态信号分析仪的输入口，通过动态信号分析仪进行分析。
1.2.2PSS的隔直环节频谱辨识
a）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。
b）PSS的比例放大设为1，Tw3设为5，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。
c）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。
d）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，说明模型是正确的是。
1.2.3PSS的超前环节频谱辨识
a）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。
b）PSS的比例放大设为1，Tw3设为30，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。
c）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。
d）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。
1.2.4PSS的滞后环节频谱辨识
a）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。
b）PSS的比例放大设为1，Tw3设为30，T3=0.03，T4= 0.3，T1=T2=1，使环节为滞后，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。
c）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。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2测量励磁系统各环节参数
2.1空载时动态试验项目
2.1.1发电机空载特性试验使用WFLC-VI电量记录分析仪，高精度万用表等仪器，完成发电机空载特性试验，通过试验，掌握发电机空载额定励磁电压、励磁电流等数据，为励磁系统标幺值计算和发电机时间常数的确定提供依据。要求发电机电压不低于1.2倍的额定电压。适当提高调节器过激磁限制定值和发变组过激磁保护定值。
a）试验条件：10KV电缆拉到励磁变高压侧，励磁变高压侧与发电机断开连接。
b）试验准备：将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流接入WFLC-VI电量记录分析仪。
c）试验方法：①按现地“增磁“按钮逐渐改变励磁电流，测量发电机定子电压（额定电压的10%-120%范围）上升特性曲线。②按现地减磁按钮逐渐改变励磁电流，测量发电机定子电压（额定电压的120%-10%范围）下降特性曲线。③结束后，按“逆变”按扭，发电机逆变灭磁。④恢复发电机过电压保护定值。
2.1.2励磁系统开环放大倍数测试
a）试验条件：10KV电缆拉到励磁变高压侧，励磁变高压侧与发电机断开连接。①断开发变组出口开关；②发电机维持额定转速，主调节器运行方式置“电压闭环”，给定置40%。
b）试验方法：①按调“起励”按钮，发电机机端电压升至40%额定电压。②主调节器比例系数置为原先设定值的1/5即，积分、微分退出。（调节器制造厂人员直接设置）③缓慢升高发电机电压，分别在发电机电压为40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、100%额定电压时记录UF、Ur、ΔU、UC、α、UL。其中UF为PT二次电压、Ur为给定电压、ΔU、UC为α角控制电压、α为可控硅导通角、UL为整流桥输出电压。④试验结束后，发电机逆变灭磁。⑤恢复主调节器原先参数。农远资源网
2.1.3发电机空载时间常数Tdo’测试发电机空载时间常数是发电机电枢开路时发电机励磁绕组的时间常数。
a）试验条件：①断开发变组出口开关。②发电机维持额定转速。
b）试验方法：在发电机空载额定电压条件下，采用突然封闭励磁调节器触发脉冲的方法（先拉开一个通道调节器电源，再突然拉开另一通道励磁调节器电源），使发电机灭磁，用WFLC-VI电量记录分析仪测录发电机电压下降的曲线，计算发电机转子时间常数。
2.1.4阶跃响应试验在励磁调节器投入发电机（解网）运行的条件下先进行小信号阶跃响应试验，阶跃量应在保证励磁系统无任何元件出现饱和的前提下尽量大一些（不大于10%），阶跃量暂定为5%，记录励磁系统主要
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量的响应曲线。小信号阶跃响应试验正常后再进行空载条件下20%阶跃试验（由60%额定电压阶跃到80%额定电压、80%额定电压阶跃到60%额定电压），可测得最大、最小输出电压，校核αmax、αmin。
a）试验接线
b）试验方法：发电机空载，发电机维持额定转速，调节器自动通道运行。①升发电机电压至额定值。②自动励磁调节器调整发电机电压为95%额定电压，操作调节器进行+5%阶跃试验（95%→100%），同时启动录波。③自动励磁调节器调整发电机电压为100%额定电压，操作调节器进行-5%阶跃试验（100%→95%），同时启动录波。④自动励磁调节器调整发电机电压为60%额定电压，操作调节器进行+20%阶跃试验（60%→80%），同时启动录波。⑤自动励磁调节器调整发电机电压为80%额定电压，操作调节器进行-20%阶跃试验（80%→60%），同时启动录波。
c）试验记录：由WFLC-VI记录发电机电压、励磁电压、励磁电流阶跃波形。
d）试验目标：发电机空载5%阶跃响应：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。
2.2负载时动态试验
2.2.1调差极性和调差系数校核
a）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10-20MVar。
b）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。
c）试验记录：在调差系数为－3%、－2%、－1%、0、1%、2%、3%时，用WFLC-VI记录发电机无功功率、发电机电压、励磁电压、励磁电流。
2.2.2在线无补偿励磁系统频率响应特性测试
a）试验条件：发电机并网运行，90%额定有功功率，20%额定无功功率以下。
b）试验方法及步骤：①将HP35670A噪声输出端子接入HP35670A的A输入端子调节器（PSS叠加点），将发电机PT三相电压接入FLC-1的输入端，FLC-1的输出接入HP35670A的B输入端子。②逐步
增大HP35670A的噪声输出电平，观察发电机电压波动不超过2%。③实测励磁系统无补偿频率响应特性，重点记录相频特性和幅频特性中0.1Hz—2Hz时相位滞后角ΦE及增益变化。
c）安全注意事项：开放白噪声通道时，注意观察各量变化，待检查无误后再接频谱仪仪器线，试验完成后。应先将调节器白噪声通道口关闭，确认无误后，再拆除频谱仪接线。
2.2.3PSS临界增益测定试验
a）试验条件：发电机并网运行，90%额定有功功率，20%额定无功功率以下。将发电机PT及CT二次侧三相电压和A、C相电流接入WFLC-VI电量分析仪中准备录波。
b）试验方法及步骤：操作励磁调节器监控机将PSS投入，逐渐增大PSS增益，同时观察WFLC-VI电量分析仪中有功功率录波波形，当出现频率较高的电磁环振荡时，立即将增益减小，此时的增益值即为PSS临界增益值。
c）安全注意事项：试验中如发生有功功率振荡，应停止PSS试验、退出PSS运行，如继续振荡则切到手动方式运行，如再振荡则减少有功功率至振荡平息。（若手动方式现场不允许，可考虑迅速采取增加无功，减少有功的方式）。
2.2.4PSS增益值设定操作励磁调节器监控机将PSS增益设定为临界增益值的约三分之一，将PSS投入，
同时观察发电机各运行参数，应稳定运行。
2.2.5PSS负载阶跃干扰试验发电机并网运行，有功功率接近额定，将发电机PT及CT二次侧三相电压和A、C相电流接入WFLC-VI电量分析仪中准备录波。操作励磁调节器监控机，先将PSS切除，设置不大于4%额定参考电压值阶跃量，同时启动WFLC-VI录波，记录有功功率的摆动幅值和次数（也可用自动励磁调节器监控机中加入阶跃量）。将PSS投入，同样工况下重复以上试验，录波观察，有功功率的摆动幅值和次数应减少。
2.2.6PSS反调试验PSS投入运行，按正常运行增减负荷速度改变有功功率，观察调节器输出电压和电流，不应出现随有功功率变化而大幅度摆动现象。
2.2.7PSS限幅试验
a）试验条件：发电机并网运行，90%额定有功功率以上，10%额定无功以下，PSS投入运行。
b）试验方法：将PSS限幅值改成0.1%或更小，然后进行有功功率1%—4%的小扰动试验，观察PSS的限幅功能是否有效。试验完成后，将PSS限幅值改回原参数。
2.2.8PSS自动投入/退出试验
a）试验条件：发电机并网运行。wj-600
b）试验方法：将PSS功能投入，修改PSS自动投入/退出值小于当前有功功率，然后将发电机有功功率从当前有功开始逐渐减少，直至PSS功能自动退出，记录下有功、无功和励磁电压的波形，并观察励磁调节器面板和电厂的计算机监控系统信号；在PSS功能自动退出后，逐渐增加有功功率，直至PSS功能自动投入。试验完成后，将PSS自动投入/退出值改回原参数。
3结束语
本次参数测试工作通过现场测试，获得该机组励磁系统的实测参数和特性，利用实测数据和设备厂家提供的原始数据计算出电力系统稳定计算（精确模型）中励磁系统模型和参数。依据实测的励磁系统特性，通过仿真计算，对励磁调节器内部参数进行修正，最终获得与实际相符的电力系统稳定计算参数。
参考文献：
[1]杨冠城．电力系统自动装置原理(第三版)[M]．北京：中国电力出版社，2002．
[2]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．
[3]徐鹏煜，王灵会，陈强.发电机励磁系统参数测试及仿真.河南电力，2008/02.
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