励磁培训讲义(3)：励磁系统性能指标[1]

保护环节
HV GATE LV GATE
VRMAX VR+ 0
励磁机
∑
1 sTE
VE
∑
VF
1 + sTC 1 + sTB
VAMIN
KA 1 + sTA
π
FEX
EFD
VOEL
VRMIN VX + VX=VESE［VE］ + KE
FEX=f［lN］ IN
前向通道
∑
IN =
等效 BPA：FM、FN、FQ PSS/E：ESAC1A
PSS传递函数
Pe
控制目标
K PSS
1 + T2s 1+ T s 1
2
稳态：电压调节精度 动态：上升时间、超调量、振荡次数 系统：抑制低频振荡
LOEC 线性最优控制
ΔVG
KV Kω KP Kf 控制 解Riccati方程， 求出 KV , Kω , K P , K f
* * * *
KLR 0
∑
ILR
+
IFD
PID 比例-积分-微分控制---GEC-1
PID ΔVG
1 + T1s KP 1+ T s 2 1 + T3s 1+ T s 4
励磁机 UC
E fd
EX
I fe
T1 < T2滞后校正
sK F 1 + sTF
T3 > T4超前校正
并联校正
GEC-1 串联校正方式
1 + 0.1s 1 + 0.03s
K1 K2
K3
0
1 T2
1 T1
1 T3
1 T4
ω
提高静态放大倍数 减小稳态误差 减小动态放大倍数 有利于系统稳定
PID 的作用---微分D
PID ΔVG
1 + T1s KP 1+ T s 2 1 + T3s 1+ T s 4
EX
I fe
并联校正
结构简单 实现方便-模拟式 性能较好 与微分D等效
并联校正的作用
前向通道
X (s ) E (s )
H (s )
F (s )
Y (s )
Y ( s ) = H ( s ) [X ( s ) Y ( s ) F ( s )]
[1 + H ( s) F ( s)] Y ( s) = H ( s) X ( s)
元宝山#2机600MW +5%阶跃响应 1. YBS3044 G(s)=
1 + 2s 200 1 + 10s 1 + 0.1s 1 + 0.03s
2. YBS3043
G(s)=
1 + 2s 200 1 + 10s
1 + 0.2 s 1 + 0.03s
EX
I fe
并联校正
结构简单 整定不直观 性能较好
PID 比例-积分-微分控制---GEC-2
PID ΔVG
1 K P 1 + + TD S Ts I
UC +
E fd
一般 TD = 0 ，为PI调节 结构简单 整定不直观 适用于自并励
XP
If
功率单元
数字式PID的实用考虑
PID
X (s )
Δω
ΔPe ΔVf
LOEC (线性最优励磁控制器)
模型
& X = AX + BU Y = CX
ΔPe Δω ΔV
状态方程
Kpe Kω KV
Σ
uf
控制目标
稳态：电压调节精度 动态：上升时间、超调量、振荡次数 系统：抑制多种频率振荡，提高静稳
发电机线性化状态方程
发电机励磁控制系统
δ& = ω 1 & ( P m Pe ) ω = H 1 & ′ ′ ′ Eq = [ E q ( xd xd )I d + u f ] Td 0
励磁系统的性能指标
黎 雄 清华大学电机系 励磁系统的主要性能指标 传递函数的基本概念 励磁控制规律PID的构成及作用 励磁控制规律对性能指标的影响
励磁系统的主要性能指标 技术条件：
《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》 DL/T 843－2003 《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》 DL/T 650－1998 《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条 件》DL/T583-1995 《同步电机励磁系统》GB/T7409—1997
PID传递函数
K
控制目标
稳态：电压调节精度 动态：上升时间、超调量、振荡次数 系统：无
PSS 电力系统稳定器
ΔVG
控制 PID
Pe
Tw s 1 + Tw s
1 + T1s K PSS 1+ T s 2
2
±5%
PSS 电力系统稳定器
模型
Y (s) G (s) = = C T ( sI A) 1 B U (s)
2. YBS304C Uc(s)=
0.1s 200 ΔU t ( s ) I fe ( s ) 1 + 1 .0 s
并联校正与微分的比较
YBS3044 YBS304C
PID 控制
模型
Y (s) G (s) = = C T ( sI A) 1 B U (s)
1 + Td s 1 + Tis
sK F 1 + sTF
VFE +
KC I FD VE
IFD
∑
+ KD
励磁机软反馈
IEEE421.5 励磁模型---ST1A
VUEL VS
ALTERNATE UELINPUTS ALTERNATE STABILIZERINPUTS
VUEL VS
功率单元 保护环节
HV GATE VOEL LV GATE VTVRMAX-KCIFD
AVR性能指标：
励磁系统响应时间 ：上升值≤0.07s 下降值≤0.12s 电压响应比≥2.0 5%空载阶跃响应 ：超调量≤阶跃量10% 震荡次数小于2次 时间小于3秒 100%零起升压 ：最大电压≤110%空载额定电压 震荡次数小于2次 时间小于5秒 功率消耗 ：小于300W
传递函数G(s)
Input .. x (t ) Output .. y (t )
发电机的输出功率可写成 PG = EqU X∑ sin δ
1 K P 1 + + TD S Ts I
Y (s )
不完全微分
sTD 1 + sTF
积分分离与限幅
1 TI s
x (t ) ≤ e
PID 的作用---比例P
G (s ) =
1 + T1s KP 1+ T s 2
1 + T3s 1+ T s 4
=
1 + 2s 200 1 + 10s
Y ( s) H ( s) G( s) = = X ( s) 1 + H ( s) F ( s)
反馈通道
并联校正的作用---硬反馈
X (s )
1 1 + sTe
Y (s )
Kf
Te减小1+Kf倍 放大倍数减少 1+Kf倍 与微分D等效
Y ( s) H ( s) = X ( s) 1 + H ( s) F ( s) 1 1 1 + sTe G( s) = = Kf 1 + K f + sTe 1+ 1 + sTe G( s) = 1 1+ K f G( s) = Te 1+ s 1+ K f
G( s) =
1 U c ( s) = I c ( s ) sC
R
1 sC
G( s) =
=
1 1 = 1 + sRC 1 + sT
1 sC
R
G( s) =
=
sRC sT = 1 + sRC 1 + sT
1 + sT1 KP 1 + sT2
基本单元
IEEE421.5 励磁模型---AC1A
VS + VC VREF + VAMAX VUEL
T1 = 40 T2
负反馈调节的基础 增大P可减小稳态误差 增大P可加快响应 P过大不利于系统稳定
PID 的作用---积分I
G (s ) =
L(dB )
1 + T1s KP 1+ T s 2
1 + T3s 1+ T s 4
=
1 + 2s 200 1 + 10s
传递函数G(s): 输入与输出的Laplace变换
之比,将微分方程转化为代数方程来求解。 G( s) = Y ( s) X ( s)
传递函数G(s)----示例
uc (t ) ic (t )
ic (t ) = C
duc (t ) dt
1 sC R+ 1 sC
R R+ 1 sC
I c ( s ) = sCU c ( s )
3. YBS3042
G(s)=
1 + 2s 200 1 + 10s
1 + 0.3s 1 + 0.03s
微分的作用---示例
YBS3044 T3=0.1 YBS3043 T3=0.2 YBS3042 T3=0.3
并联校正的作用
PID ΔVG 励磁机 UC
E fd