[资料] 自并励励磁系统数学模型

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自并励励磁系统数学模型

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一、基本概念

自并励静止励磁系统：只有发电机端电压源通过可控硅整流后，供给发电机使用。

自复励静态励磁系统：采用电压源也采用电流源，有时利用电流源在交流侧与电压源串联再整流后供给发电机励磁（也有电流源经整流后与电压源整流后在直流并联或串联，不过多属于小容量机组）。

1、自并励静态励磁系统

说明在调节范围内：励磁电压与调节器输出是线性关系。

2、自复励静态励磁系统

这种系统的电源是由端电压及电流向量合成的，电压源由机端整流变压器供给，电流源是由串联变压器二次侧电流供给，所以整流器阳极电压为：

二、静态励磁系统模型

1、IEEE ST1A模型（自并励励磁系统）

Figure 7-1—Type ST1A—Potential-source, controlled-rectifierexciter

图Figure7-1中既有串联的超前-滞后校正，也有并联的励磁电压软反馈，对这种快速励磁只有一种校正已足够，常见的是用串联校正，选用一级已满足要求，使分母的时间常数大于分子的（约5~10倍），其作用是暂态过程中放大倍数减小。模型中的低励限制（U_UEL）可以由三个不同的输入点选择一个，电力系统稳定器（Us）输入也可以在两个点中选其一。HV GATE是高电位门（高通），LV GATE是低电位门（低通），发电机励磁电流限制值是由I_LR确定的。

2、IEEE ST2A（具有磁放大或饱和电抗器的自复励静态励磁系统）

Figure 7-2—Type ST2A—Compound-source rectifierexciter

IEEE ST2A图Figure7-2的电源是由电压及电流向量合成的，调节器的输出u控制饱和电抗器的饱和程度，Efdmax用来模拟饱和特性，其时间常数用T_E来模拟，比可控硅整流器要大的多，约在0.6~1s范围内，只能在小机组应用。

3、IEEE ST3A（带串联变压器的自复励静态励磁系统）

Figure 7-3—Type ST3A—Potential- or compound-sourcecontrolled-rectifier exciter

with field voltage control loop

IEEE ST3A系统如Figure7-3所示，模型由励磁电压E_FD经K_G的反馈是用来使励磁控制特性线性化，如果晶闸管整流器采用了余弦触发，则可设K_G=0。它可以模拟具有串联变压器的自复励系统，也可以模拟GE公司生产的GENERREX励磁系统，作为这种系统的电压源及电流源的变压器绕组都是嵌在主发电机定子槽里面的，这种模型也可以模拟只有电压源的情况。

4、IEEE ST4B（自并励、自复励及GENERREX通用模型）

Figure 7-4—Type ST4B—Potential- orcompound-source controlled-rectifier exciter

IEEE ST4B如图Figure7-4所示，这是IEEE新提出来的B系列模型之一，B系列主要是为模拟微机构成的控制系统。与ST3A模型相比，主要改变在于电压控制由原来的超前-滞后方式改为比例-积分方式。另外，过励限制（OEL）用一个低压门（LVGTE）加入，而低励限制（UEL）及电压/频率控制则由调节器的相加点输入，这意味着当低励限制启动后，由电力系统稳定器（PSS）可以继续起作用，不像以前低励动作后，就闭锁了电力系统稳定器的作用，如果只有电压源（自并励），则X_L=0，K_I=0。如果电源是电流电压合成时，X_L≠0，K_I=0，对于GE公司GENERREX系统X_L=0，K_I≠0，GE公司GE EX2000电压源静态励磁（自并励）、GE EX2000电压电流源静态励磁（自复励）、GE EX2000 GENERREX-PPS或者CPS三个系列的励磁系统都可以用这种模型。

5、IEEE ST5B（静态自并励励磁系统）

Figure 7-5—Type ST5B—Static potential-sourceexcitation system

IEEE ST5B模型如图所示，是由ST1A模型变换而来，使用了另外的过励、低励及附加限制。

6、IEEE ST6B（含有励磁电流限制的静态自并励励磁系统）

Figure 7-6—Type ST6B—Static potential-source excitationsystem with

field current limiter

如Figure7-6所示，含有一个使用内部的励磁电压调节环的PI控制电压调节器及预控制。励磁电压使用比例控制。预控制及反馈环中的延时提高了动态响应。如果不使用励磁电压环，则相应的系数K_FF、K_G设置为0。V_R代表整流器输出限制，I_FD电流上限限制包含在模型中。整流器功率V_B，可能从发电机机端或独立电源输入。低励限制（V_UEL）、过励限制（V_OEL）和PSS（V_S）为额外输入。

7、ST7B （静态自并励励磁系统）

Figure 7-7—Type ST7B—Static potential-sourceexcitation system

ST7B模型如Figure7-7所示，是典型的静态励磁系统。其包含一个PI电压调节器，引入了一个串联的超前-滞后环节，往往应用在无刷励磁系统。这种情况为PID调节器。另外，机端电压通道也含有一超前滤波环节。

AVR输入包含过励限制（OEL1）、低励限制（UEL）、定子电流限制（SCL）、电流补偿（current compensatorDROOP）。所有的这些限制，都叠加入电压参考，同时PSS也发挥作用。不过UEL也可以应用HV门输入。另外，输出信号也可经过LV门至过励限制（OEL2）。