发电厂励磁系统涉网试验分析研究

曹慧明

摘要：电网系统作为国家重点发展的项目之一，在电网的发展中也发现了不少的问题，这些问题对电网系统的发展产生了阻碍，个别问题甚至会影响整个电网系统的正常运转，因此本文探讨了对电网进行控制的励磁系统。

关键词：励磁系统;PSS 试验;进相试验

前言：

为了强化控制电网力度，相关的技术人员设计了能够解决电力系统故 障问题的励磁系统，能够在极大限度上保障电网系统的稳定性与安全性。

一、励磁系统概述

励磁系统的作用主要就是供给发电机转子绕组的直流电源。同步发电 机励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器等部分组成。励磁功率单元 包括整流装置及其交流电源，它向发电机的励磁绕组提供直流励磁功率;励磁调节器，感受发电机电压及运行工况的变化，自动地调节励磁功率单 元输出励磁电流的大小，以满足系统运行要求。

二、励磁系统涉网试验

1.发电机励磁系统模型參数测试及 PSS 试验

发电机励磁系统模型参数测试及 PSS 试验对电网以及机组的稳定可靠 运行极为重要。电力系统稳定器（PSS） 能有效抑制低频振荡，提高电力系 统稳定性，试验目的在于验证 PSS 对低频振荡的抑制效果，并确定抑制作 用最大化的参数整定值。

2.1 励磁系统模型参数测试

（1）发电机空载特性试验

发电机的空载特性试验是指发电机在额定空载转速下，获取发电机机 端电压随励磁电流变化关系曲线的试验。通过空载特性试验可以检查定子 三相电压的对称性，观察励磁系统的工作情况。利用发电机空载额定励磁 电压、励磁电流和机端电压等数据，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。

（2）发电机空载时间常数试验

在发电机空载条件下，将发电机电压升至 70%，然后切断可控硅整流 桥控制脉冲电源，用 WFLC 电量记录分析仪测录发电机电压变化曲线，计算发电机空载时间常数。

（3）静态放大倍数测量

发电机维持额定转速，发电机空载，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。退出调节器积分环节，降低比例放 大倍数，逐渐改变给定电压，同时测量发电机定子电压、励磁电压、给定电压。

（4）发电机空载阶跃响应试验

用励磁调节器升压到发电机空载额定值的 95%，进行±5%阶跃响应试 验，用电量记录分析仪记录发电机电压、转子电压和电流即发电机空载阶 跃响应曲线，调整励磁调节器 PID 参数应该使发电机电压阶跃响应的超调量、振荡次数等性能指标满足要求。（调节器的 PID 参数一般不做调整）

（5）最大/最小 角试验

通过励磁调节器调整发电机电压为 50%额定电压进行±20%阶跃试 验。用 WFLC 电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压、转子电流。

（6）调差极性校验

发电机并网运行，保持给定电压不变，逐步改变 AVR 调差系数。分 别在特定的调差系数记录发电机无功功率、发电机电压等值。发电机无功 功率、发电机电压应呈现上升趋势。

2.2 PSS 试验

（1）励磁系统无补偿特性测试

在 PSS 输出信号迭加点输入白噪声信号（PSS 退出运行），用动态信号 分析仪测量发电机电压对于 PSS 输出信号迭加点的相频特性即励磁系统无 补偿特性。此过程发电机励磁电压波动较大（大约 40-50V），其它量无明 显波动，机端电压波动小于 1%。

（2）励磁系统无补偿特性测试与 PSS 参数计算

在进行无补偿特性试验时，发电机带额定有功，无功尽可能小，PSS 退出运行，在 PSS 输出 AVR 的信号迭加点输入白噪声信号，用动态信号分 析仪测量信号叠加点到发电机电压的相位-频率特性，即励磁系统无补偿特 性。根据励磁系统无补偿特性和 PSS 的传递函数计算 PSS 相位补偿特性整 定 PSS 参数。

（3） PSS 临界增益试验

实际上，包含发电机、励磁系统和 PSS 的闭环控制系统具有高阶、非 线性的复杂特点，提高 PSS 增益尽管可以增加某些机电振荡模式的阻尼，但过大的 PSS 增益，也可能导致系统出现不稳定的振荡现象，因此，PSS 实际存在一个最大增益，即临界增益。试验过程中，逐步增加 PSS 的增益，观察发电机转子电压和无功功率的波动情况，直到出现不稳定现象为止，此时的 PSS 增益即为临界增益。PSS 的实际增益取临界增益的 20%-30%。

（4） PSS 效果检验

采用励磁系统负载阶跃试验来检验 PSS 投入效果，即进行有、无 PSS 时的负载电压阶跃试验，通过观察 PSS 投入和退出运行时的有功功率震荡 情况，按照相关技术标准计算测试结果，用以判断 PSS 效果并确认 PSS 运 行参数。此次试验中，分别在 2%、3%、4%的阶跃条件下以不同的临界增 益进行 PSS 的投退并录波，比较 PSS 投入和退出两种情况下有功功率的波 动情况。当退出 PSS 出现阶跃时机端有功功率会有多次摆动，在投入 PSS 时功率摆动幅值以及震荡次数会明显减少，振荡频率应无明显变化。

（5） PSS 反调试验

由于励磁系统存在负阻尼现象，在发电机有功功率以较快速度增加时，发电机的无功功率会发生较大的减少，反之亦然，即发生反调现象。试验 程中在 PSS 投入的情况下，快速增减有功功率，未见对励磁产生显著影响，反调现象在正常范围内，说明 PSS-2A 模型功能投入正常，。

2.3 进相试验

在发电机正常迟相运行过程中，不断减少发电机的励磁电流，会使发 电机的定子电流从滞后于端电压变为超前于端电压，由向系统发出无功变 为向系统吸收无功，即发电机进入进相运行状态。在进相运行时，发电机 的励磁电流愈小发电机从系统吸收的无功愈多，也就是说发电机进相的程 度愈深。发电机的进相程度在一定范围内，不会影响机组的稳定运行，发 电机仍应能够保持三相电流以及三相电压的对称。但进相运行程度超出发 电的允许范围，可能会导致定子端部铁芯及其金属结构件的温升过高、定 子电流过高、厂用电电压严重下降等一系列问题。

在發电机处于进相运行状态时，减小励磁电流的减小使发电机组从系 统吸收的感性无功增大，此时机端电压会随之降低，从而也降低了厂用电 电压。如果发电机组的进相深度过大，可能会导致厂用母线电压低于规定的最低电压，因此厂用电电压限制机组的最大进相深度。厂用电压一般不进相深度试验是发电机组进相运行试验的核心环节，能够确当发电机组的进相能力。具体方法步骤如下。

（1）由图 1 发电机 P-Q 曲线示意图，考虑发电机进相运行的能力和 系统的需要等因素。

（2） 发电机正常开机程序开机并网，保持发电机的额定电压、额定转 速，在发电机 P=0、Q=0 情况下，校定发电机零功率角（此时发电机功率 角δ=0），然后按发电机预估进相深度的要求，在机组带 100%Pn、75%Pn、 50%Pn 和 0%Pn 的各个有功工况下进行进相检测，在每种工况下读取发电 机定子、转子回路电气量，网络电压、厂用母线电压数值，读取温度、振 摆等参数。

（3） 在每一个有功工况进相检测前，要求机组在迟相状态下运行，待 读取各项测量数据后，再缓慢降低励磁电流，当发电机进相深度达到所要 求的欠励限制原定值以下，此时欠励限制动过，停留 15min，观察发电机 失磁保护动作情况，读取各温度测点的温度值和其它电气测量值。

（4）监视机组的运行情况，步骤二如果没有异常，再按照（表 1） 欠 励限制临时整定值进行整定，继续进行发电机进相深度的检测。应低于额定值 380V 的 95%，即 361V。

（5）做完第一个有功工况下各个进相深度检测后，即缓慢增加励磁电 流，待功率因数达到迟相后，缓慢调整发电机的有功功率，使其达到第二 个有功工况的功率值，重复上述第一个工况的检测步骤，直到做完所有工 况下的进相深度，检测即结束。

（6）根据进相运行试验检测深度情况，检查发电机无功功率调节情况。在进相检测的过程中，分别在 100%Pn、75%Pn、50%Pn 和 0%Pn 的条件下，逐次以减少 10Mvar 的无功输出来进行进相，每次记录一组数据，得到不同 进相深度对机端电压、定子电流、转子电压、转子电流等变量的影响关系。

结论：

综上所述，在本文的研究中，主要对发电厂的励磁系统的试验进行研 究，对后续涉网试验的综合发展提供更有价值的理论基础。

参考文献：

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