[資料] 自並勵勵磁系統數學模型

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自並勵勵磁系統數學模型

一、基本概念

自並勵靜止勵磁系統：只有發電機端電壓源通過可控矽整流後，供給發電機使用。

自復勵靜態勵磁系統：採用電壓源也採用電流源，有時利用電流源在交流側與電壓源串聯再整流後供給發電機勵磁（也有電流源經整流後與電壓源整流後在直流並聯或串聯，不過多屬於小容量機組）。

1、自並勵靜態勵磁系統

說明在調節範圍內：勵磁電壓與調節器輸出是線性關係。

2、自復勵靜態勵磁系統

這種系統的電源是由端電壓及電流向量合成的，電壓源由機端整流變壓器供給，電流源是由串聯變壓器二次側電流供給，所以整流器陽極電壓為：
二、靜態勵磁系統模型

1、IEEE ST1A模型（自並勵勵磁系統）

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

圖Figure7-1中既有串聯的超前-滯後校正，也有並聯的勵磁電壓軟反饋，對這種快速勵磁只有一種校正已足夠，常見的是用串聯校正，選用一級已滿足要求，使分母的時間常數大於分子的（約5~10倍），其作用是暫態過程中放大倍數減小。模型中的低勵限制（UUEL）可以由三個不同的輸入點選擇一個，電力系統穩定器（Us）輸入也可以在兩個點中選其一。HV GATE是高電位門（高通），LV GATE是低電位門（低通），發電機勵磁電流限制值是由ILR確定的。

2、IEEE ST2A（具有磁放大或飽和電抗器的自復勵靜態勵磁系統）

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

IEEE ST2A圖Figure7-2的電源是由電壓及電流向量合成的，調節器的輸出u控制飽和電抗器的飽和程度，Efdmax用來模擬飽和特性，其時間常數用TE來模擬，比可控矽整流器要大的多，約在0.6~1s範圍內，只能在小機組應用。

3、IEEE ST3A（帶串聯變壓器的自復勵靜態勵磁系統）

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

with field voltage control loop

IEEE ST3A系統如Figure7-3所示，模型由勵磁電壓EFD經KG的反饋是用來使勵磁控制特性線性化，如果晶閘管整流器採用了餘弦觸發，則可設KG=0。它可以模擬具有串聯變壓器的自復勵系統，也可以模擬GE公司生產的GENERREX勵磁系統，作為這種系統的電壓源及電流源的變壓器繞組都是嵌在主發電機定子槽裡面的，這種模型也可以模擬只有電壓源的情況。

4、IEEE ST4B（自並勵、自復勵及GENERREX通用模型）

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

IEEE ST4B如圖Figure7-4所示，這是IEEE新提出來的B系列模型之一，B系列主要是為模擬微機構成的控制系統。與ST3A模型相比，主要改變在於電壓控制由原來的超前-滯後方式改為比例-積分方式。另外，過勵限制（OEL）用一個低壓門（LVGTE）加入，而低勵限制（UEL）及電壓/頻率控制則由調節器的相加點輸入，這意味著當低勵限制啟動後，由電力系統穩定器（PSS）可以繼續起作用，不像以前低勵動作後，就閉鎖了電力系統穩定器的作用，如果只有電壓源（自並勵），則XL=0，KI=0。如果電源是電流電壓合成時，XL≠0，KI=0，對於GE公司GENERREX系統XL=0，KI≠0，GE公司GE EX2000電壓源靜態勵磁（自並勵）、GE EX2000電壓電流源靜態勵磁（自復勵）、GE EX2000 GENERREX-PPS或者CPS三個系列的勵磁系統都可以用這種模型。

5、IEEE ST5B（靜態自並勵勵磁系統）

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

IEEE ST5B模型如圖所示，是由ST1A模型變換而來，使用了另外的過勵、低勵及附加限制。

6、IEEE ST6B（含有勵磁電流限制的靜態自並勵勵磁系統）

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

field current limiter

如Figure7-6所示，含有一個使用內部的勵磁電壓調節環的PI控制電壓調節器及預控制。勵磁電壓使用比例控制。預控制及反饋環中的延時提高了動態響應。如果不使用勵磁電壓環，則相應的係數KFF、KG設置為0。VR代表整流器輸出限制，IFD電流上限限制包含在模型中。整流器功率VB，可能從發電機機端或獨立電源輸入。低勵限制（VUEL）、過勵限制（VOEL）和PSS（VS）為額外輸入。

7、ST7B （靜態自並勵勵磁系統）

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

ST7B模型如Figure7-7所示，是典型的靜態勵磁系統。其包含一個PI電壓調節器，引入了一個串聯的超前-滯後環節，往往應用在無刷勵磁系統。這種情況為PID調節器。另外，機端電壓通道也含有一超前濾波環節。

AVR輸入包含過勵限制（OEL1）、低勵限制（UEL）、定子電流限制（SCL）、電流補償（current compensatorDROOP）。所有的這些限制，都疊加入電壓參考，同時PSS也發揮作用。不過UEL也可以應用HV門輸入。另外，輸出信號也可經過LV門至過勵限制（OEL2）。