(12)Std421.5-1992IEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型

1、NARIIEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型 IEEE Std 421.5-1992IEEE电力工程学会能源开发和发电委员会 提出 IEEE标淮局 1992,3,19批准 国电自动化研究院 电气控制技术研究所 译 2003年7月目录1. 范围.32. 参考文献.33. 同步电机励磁系统在型励磁系统模型研究中的表示法.44. 同步电机端电压变送器和负荷补偿器模型.55. DC型直流励磁机65.1 DC1A型励磁系统模型.65.2 DC2A型励磁系统模型75.3 DC3A型励磁系统模型86. AC型交流励磁机-整流器励磁系统模型96.1 AC1A型励磁系统模型96.2 AC2A型励磁系

2、统模型106.3 AC3A型励磁系统模型116.4 AC4A型励磁系统模型116.5 AC5A型励磁系统模型136.6 AC6A型励磁系统模型147. ST型励磁系统模型.157.1 ST1A型励磁系统模型.15 7.2 ST2A 型励磁系统模型16 7.3 ST3A型励磁系统模型.178. 电力系统稳定器.18 8.1 PSS1A型电力系统稳定器.18 8.2 PSS2A型电力系统稳定器.199. 断续作用励磁系统209.1 DEC1A型断续作用励磁系统.209.2 DEC2A型断续作用励磁系统.229.3 DEC3A型断续作用励磁系统2210. 文献目录.23附录A 符号表.23附录B 相

3、对(标么)单位制25附录C 励磁机饱和负荷效应.26附录D 整流器调整率.27附录E 限制的表示.28附录F 用消除快反馈环避免计算问题30附录G 同步电机内感应反向磁场电流流通路径.35附录H 励磁限制器.36附录I 采样数据37-à.46IEEE推荐的电力系统稳定研究用励磁系统数学模型1. 范围在电力系统稳定研究中，要精确仿真同步电机形为时，同步电机励磁系统的模型需要足够祥细是十分重要的。见文献12。所需的模型必须代表实际励磁设备的性能，同时适合用於大的、严重的扰动和小的干扰。1968年IEEE委员会一份报告提供了初始的励磁系统参考模型，见6。它创建了公用术语，给出了公用的励磁系

4、统数学模型、定义了这些模型的参数。1981年的一份报告7扩大了它的内容。它提供了以前不包括的新励磁系统模型，和改善了的老设备模型。本文件主要基于1981年报告，力图再一次更新模型，提供带附加控制特点模型，定型化这些模型用於实际中。本文件中的模型结构，在很大程度上，力图容易用现场试验数据作为所需获得模型参数的一个方法。但是这些模型是降价的模型，不能代表某个励磁系统的所有的控制环。 某些情况下所用模型，作了大的简化，导致了模型结构和实际装置有很大的差别。励磁系统模型本身不可用系统频率的函数对调节器调制，这是一些老励磁系统的固有特性。这些模型对±5%额定频率偏差和振荡频率3赫芝下有效，这些

5、模型通常不足以用来研究次同步振荡或轴系扭振相互的作用。对长时间的动态性能研究中可能起作用的延时保护和控制功能，这里没表示。在附录I中为每个模型提供了一组样本数据(不需是典型的)和至少一种具体的应用， 本报告中所有模型版本带后辍”A”，以便和先前模型区分。2 参考文献本标准要用到下述出版物：1 ANSI C50.10-1990 同步电机美国标准( 旋转电机)2 IEEE Std 100-1988 IEEE电气和电子学术语标准辞典（ANSI）3 IEEE Std 115-1983 IEEE同步电机试验方法(ANSI)4 IEEE Std 421.1-1986 IEEE同步电机励磁系统用标准定义（A

6、NSI）5Bayne J.P等 ”静止励磁控制来改善瞬态稳定”IEEE PAS-94,1975,1141-1146页6 IEEE委员会报告 “励磁系统计算机表示” IEEE PAS-87,1968,1460-1464页7 IEEE委员会报告。“电力系统稳定研究用励磁系统模型”IEEE PAS-100，1981，494-509页。8 Ferguson ,R.W等 “无刷励磁系统分析研究”AIEE Transaction on PAS(part3)1960, 1815-18219 IEEE委员会报告。“励磁系统动态特性” IEEE PAS-92，1973，64-75页。10Lee,D.C.等 “加

7、强电力系统稳定的先进励磁控制” CIGRE Paper: 38-01巴黎，198611 Rubenstein,A.S.等 “用现代电机扩大机调节器控制无功” AIEE Transaction on PAS (part3)1957, 961-970页12 Byerly.R.T等 大电力系统稳定 IEEE出版社,纽约,197413 Taylor,C.W. “在直流/交流电力系统中静止励磁的瞬态励磁上升” 电气运行计划专家会议 邀请文章-08, 里约日内卢 1987,8月3 同步电机励磁系统在电力系统研究中的表示图1中的通用功能方块图表示了各种同步电机励磁子系统。这些子系统包括了一个端电压变送器和负

8、荷补偿器、励磁控制单元、励磁机和，在许多场合下的,电力系统稳定器。附加的断续励磁控制也可能用到。本标准推荐了所有这些功能块模型。图 1 同步电机励磁控制系统一般的功能方块图励磁控制单元包括了励磁调节和稳定两种功能。术语”励磁系统稳定器”和”瞬态增益减小”用来说明几个模型中被图1的”励磁控制单元”方块包围的、影响这些系统稳定和响应的电路，磁场电流限制器在大的系统研究中通常不表示，但它们在用快作用限制器、母线馈电的静止励磁系统中的表示，是十分重要。因而它们被包括在这类模型中。本标准中的模型不包括欠励限制器(UEL),但这种限制器的输出VUEL正常的确和各类励磁系统模型的连接。UEL的输出作为励磁系

9、统的输入，可接在不同的地点，如相加点、逻辑或门输入。但用在任何模型上，这类输入只能有一个。 在励磁系统模型中，端电压限制器和V/F限制器通常不表示。但有些模型的确提供了一控制门，端电压限制器输出VTM, 可通过它进入调节环。端电压限制功能也可包括在一个带附加的断续励磁控制模型中。在实现所有这些模型时，应有处理参数零值的措施，某些零值意味着旁通模型所有方块。附录B 说明了用于励磁系统模型的标么制。 按励磁功率来源励磁系统可以分成三大类：1).直流(DC)励磁系统：同带换向器的直流发电机作励磁功率源。2).交流(AC)励磁系统：用交流发电机、静止或旋转整流器产生同步电机磁场所需直流电流。3).静止

10、(ST)励磁系统：励磁功率来自变压器或发电机的辅助绕组和整流器。 下述关键的附属功能对大多数励磁系统都适用： 1). 电压测量和负荷补偿 2). 电力系统稳定器此外，本标准也提供某些用断续励磁控制的模型。AC(交流)和 ST(静止) 励磁系统只允许正向电流流至电机磁场，虽然有些系统允许加强制的负向电压直到磁场电流至零，一些专门的措施，可为同步电机感应出的负磁场电流提供通路，附录G描述的电机/励磁系统接口的专门研究中介绍了这类方法。4. 同步电机端电压变送器和负荷补偿图2表示了端电压变送器和负荷补偿的方块图，这个模型单元对本文件中所有励磁系统都适用，一些系统中电压测量和负荷补偿，可能有独立和不同

11、的时间常数，在这里不作这样的区分，只用一个时间常数于综合的电压测量和负荷补偿信号。 图 2 端电压变送器和(选用)负荷补偿单元如不用负荷补偿(Rc=Xc=0)，方块图缩成单一电压测量。通常同步电机端电压测量先降压、再转为直流。当变送器滤波时会很复杂，用于模型时可减至只用单一时间常数TR表示。对许多系统讲，TR十分小，应有措施可将它设置为零。 在每个励磁系统模型中都有端电压变送器输出Vc和代表所需端电压设置的参考值作比较，等值电压调节器参考信号VREF是从满足起始运行情况计算出的，因此，对研究的同步电机负荷情况是唯一的。在励磁系统模型中，合成误差经放大后提供给磁场电压和随后的端电压，满足稳态的闭

12、环方程，如无负荷补偿，励磁系统在它调节范围，力图保持由参考值信号确定的端电压。当需要负荷补偿时，Rc和Xc要取适当值，大多数情况Rc可忽略不计。计算补偿时，同步电机电压和电流输入变量必须用相量方式，要注意补偿器参数和同步电机电流基值的标么制一致。补偿通常用下述二个方法之一。（1） 当机组连到母线时，机组间无阻抗，用补偿器产生人工耦合阻抗，使机组间无功合理分配，这对应着同步电机内调整点的选择，此时Rc,Xc应有正值。（2） 当单台机组通过大阻抗并网，或2台或多台机组通过各自的主变并网时，可要求调节机端外某一点的电压，例如希望补偿主变阻抗，并有效调节升压主变外的电压，Rc,Xc应取适当的负值，有些

13、补偿电路对端电压的修正，不用电流有功和无功分量，而用有功和无功。虽然提供模型的等效电路只适合额定电压附近，更精确的表示，似乎并不值得，文献11中描述了这些和其它形式的补偿。5、 DC-型直流励磁机 现在很少生产DC直流励磁机，已被AC交流励磁机和ST静止励磁系统代替，但仍有许多这类系统在运行，考虑到配备这类励磁机机组衰落的百分数和重要性，只要考虑以前（文献6）发展了的用负荷饱和曲线（附录C）计算励磁机负荷效应已足够了。文献7给出了调节器限制和磁场电压限制间的关系。5.1 DC1A型励磁系统模型 图3方块图模型代表用连续作用电压调节器（特别是直接作用变阻器，旋转扩大机和磁放大器）控制直流励磁机磁

14、场。 其例子有（1）爱里斯查尔默(A-C)公司Regulex调节器； （2）通用电气(GE)公司旋转扩大机调节器，GDA调节器； （3）西屋(Wh)公司Mag-A-stat调节器、Rototrol(旋转放大机)调节器、Silver-stat(银针)调节器、TRA调节器； （4）勃郎饱维尔（BBC）公司AB型、KC型调节器。图 3 DC1A型直流励磁机因这个模型在工业中已广泛应用，有的时候，当没有详细数据或要求简化模型时，也用它来代表其它类型的系统。这个模型主要输入是前面提到的端电压变送器和负荷补偿模型的输出Vc。在相加点Vc从给定点参考值VREF减去，再减去稳定用反馈信号VF和加上电力系统稳定

15、器信号VS，得到电压误差。在稳态下VF和VS为零，剩下的只是端电压误差信号。这个合成信号经调节器放大。电压调节器的时间常数TA，增益KA，和典型的由饱和、或放大器电源限制形成的非旋紧限制画在一起。在附录E中，讨论了旋紧和非旋紧限制。这些电压调节器用电源是不受同步电机或辅助母线上瞬态效应的影响。时间常数TB、TC用于模型的固有电压调节器时间常数，但这些时间常数往往很小，常可忽略。应有措施用0输入代替。电压调节器输出VR用来控制励磁机，如在7讨论过的，可以是它励和自励。当用自并励时，KE反映了并励磁场变阻器设定值，在有些情况下KE的最终值可能为负，为此应留有裕量。大多数这类励磁机用自并励，其磁场中

16、的电压调节器运行在通常称为“升降”方式。大多数电站运行人员周期调整变阻器的设定点，手动跟踪电压调节器使电压调节器的输出为0，这可用选KE值来仿真，使如文献7所描述的满足起始条件VR=0，在某些方案中，如KE未提供，可用自励程序自动地计算出。如KE已提供，不必用程序再计算，因为这隐含着固定的变阻器设定点，对这类系统，变阻器经常固定在产生接近额定情况自励的值，带固定磁场变阻器设置的系统广泛应用在遥控的机组上，KE=1是用来代表它励。术语SEEFD 是非线性函数，如在附录C中说明的，其值由任何选定的EFD确定，此饱和块输出VX是在此励磁机电压下输入EFD和非线性函数值SEEFD 的乘积。从磁场电压来

17、的经过带增益K和时间常数TF 的微分反馈VF是用于励磁系统稳定。5.2 DC2A型励磁系统模型 图4的模型代表用发电机或辅助母线供电的连续作用电压调节器控制直流励磁机磁场的系统，它和DC1A模型的差别仅在电压调节器输出限制，后者现在正比于端电压VT。它也表示将老式的机械的和旋转的放大设备用固态装置代替的情况，这类模型代表的调节器包括：（1）西屋公司 PRX-400TM型；（2）通用电气公司 5VR型图 4 DC2A型-带母线馈电的调节器的直流励磁机5.3 DC3A型励磁系统模型前面讨论的系统是第一代高增益快作用的励磁电源。DC3A模型用来代表在连续作用调节器发展前，常用的老式带非连续作用调节器

18、的直流励磁机励磁系统。 这些系统的例子：（1）通用电气公司GFA4型调节器； （2）西屋公司BJ30型调节器。这些系统按电压误差大小基本上有二种调节速率，。对小误差用信号，周期性调节马达驱动的变阻器。大误差会引起电阻很快短路或插入一个强制信号，加到励磁机上，对大误差信号，马达驱动变阻器会连续移动，即使它会被接触器旁路。图 5 DC3A型-带非连续作用调节器的直流励磁机图5解释了这个控制作用，励磁机的表示和前述类似。注意没有表示励磁系统稳定器。按电压误差VREF-VC的大小，不同的调节器方式起作用，如电压误差大于快升/降的给定KV（典型值5%），按电压误差的符号将VRmax或VRmin加到励磁机

19、，对电压误差绝对值小于KV，励磁机输入等于变阻器设定值VRH，变阻器设定值的上升或下降取决于误差的符号，代表变阻器驱动马达连续运动的走行时间是TRH，围着此方块的非旋紧限制（附录E）表示，当变阻器到达任一限制时，当输入信号反向时，它将立即离开限制。进一步改善，比如对小误差的死区，曾考虑过，但对用这类电压调节器的相对少的老电机言，是没有必要的。这模型假定快升/降的限制是和变阻器限制是相同的。它没有计及因磁场电阻变化导致励磁机时间常数的变化（这磁场电阻变化来自变阻器的运动和快作用接触器的分合）。6、 AC型交流励磁机整流器励磁系统这类励磁系统用一台交流发电机和静止或旋转整流器产生发电机磁场所需直流

20、电流，对这类励磁机言，负荷效应是很重要的，而发电机磁场电流作为模型的输入，可以精确地表示这些效应，这些系统不能供应负向磁场电流，只有AC4A模型允许有强制负向磁场电压，在附录G中讨论了感应负向磁场电流的模拟考虑。6.1 AC1A型励磁系统模型图6的模型代表了AC1A型磁场可控交流励磁机整流器励磁系统，此系统由交流主励磁机和不可控整流器组成，励磁机不是自励的，而电压调节器功率取自不受外部瞬变影响的电源，励磁机输出的二极管特性使励磁机输出电压有一个零的低限制，如图6所示。这个模型适用于仿真西屋公司无刷励磁系统的性能。对大电力系统稳定研究，交流励磁机(也是同步电机)可用图6所示简化模型代替，负荷电流

21、IFD对交流励磁机输出电压VE的去磁效应，是在包括时间常数KD的反馈途径中计及，该常数是交流励磁机的同步和瞬态电抗的函数，见8和9励磁机输出电压因整流器调节引起的压降，是由包括常数KC（它是换相电抗的函数）和附录D中说明的整流器调节曲线FEX来仿真，在此模型中，正比于励磁机磁场电流的信号VFE是从相加信号导出，即从励磁机输出电压VE乘上附录C描述的饱和KE+SEVE加上IFD乘上去磁常数KD，励磁机磁场电流信号VFE是用作励磁系统稳定方块的输入，其输出为VF。图 6 AC1A型-带不可控整流器和励磁机磁场电流反馈的交流励磁机整流器励磁系统6.2 AC2A型励磁系统模型图7是AC2A模型，代表高

22、起始响应的磁场控制交流励磁机整流器励磁系统。交流主励磁机带不可控整流器，AC2A型模型除包括励磁机时间常数补偿和励磁机磁场电流限制单元外，和AC1A型类似。这模型适用于仿真西屋公司高起始响应无刷励磁系统。励磁机时间常数补偿主要由包围励磁机磁场时间常数的直接负反馈VH组成，减小该时间常数的有效值，因此增加了励磁系统小信号响应的带宽，时间常数减小取决于补偿环的增益KH和KB的积，通常要比没有补偿的时间常数少一个数量级。为得到这个系统的高起始响应，非常高的强励电压VRmax加到励磁机磁场，一个能测定励磁机磁场电流的限制器允许有高的强励但受限制的电流。受励磁机磁场电流的限制，励磁机输出电压EE通常受限

23、于规定的励磁系统额定响应确定的值。虽然这个限制实际由附录F描述的反馈环来实现，与此环有关的时间常数极端小，会引起计算上的问题。为此模型中表示的限制器是对换相电抗后励磁机电压的正向限制，这个电压是发电机磁场电流的函数。对小的限制器闭环时间常数，这具有同样效果，但也要防止高增益，低时间常数环有关的计算问题。6.3 AC3A型励磁系统模型图8的AC3A模型代表磁场可控的交流励磁机整流器系统，这类励磁系统包括交流主励磁机及不可控整流器，励磁机是自励的，而电压调节器的功率来自励磁机输出电压，因此该系统有附加的非线性，用输入为电压调节器命令信号VA和KR倍励磁机输出电压VPD的乘法器来仿真。对大电力系统稳

24、定研究，同步的交流励磁机模型要简化。负荷电流IFD对交流励磁机输出电压VE的动特性去磁效应计及。反馈路径包括常数KD，后者是交流励磁机同步和瞬态电抗的函数。因整流器调节引起的励磁机输出电压降，用包括常数KC（是换相电抗的函数）和描述在附录D中的调节曲线FEX。本模型中，正比于励磁机磁场电流的信号VFE是从励磁机输出电压VE乘上KE+SE (VE)（如附录C中说明的SE（VE）代表饱和）加上IFD乘上去磁项KD得出的。励磁系统稳定器也有非线性特性，当励磁机输出电压小于EFDN时增益为KF，当励磁机输出大于EFDN时，此增益值变为KN。对VE的限制，如附录6中所说明的用来表示反馈限制器运行的效果。

25、6.4 AC4A型励磁系统模型图9表示的AC4A型交流励磁机可控整流器系统和其它类型交流励磁系统有很大的差别，这类高起始响应励磁系统用全控晶闸管桥作励磁输出电路。图8 AC3A型-带交流励磁机磁场电流限制器的交流励磁机-一整流器励磁系统图 9 AC4A型交流励磁机向可控整流器供电的励磁系统电压调节器控制晶闸管桥的触发，交流励磁机用独立的电压调节器来控制其输出电压为常数，这些效应不模拟，但对励磁机瞬态加负荷的效应包括在内。励磁机加负荷限于在附录D的方式1所描述的地区内，而负荷的效应可用励磁机负荷电流和换相电抗来修正励磁限制来计及。晶闸管励磁为励磁系统稳定常用串连的滞后一领前网络，而不用速率（ra

26、te feedback）反馈，时间常数TB和TC允许仿真这种控制功能，和调节器和/或晶闸管触发有关的总等效增益和时间常数分别用XA和TA仿真。用此仿真模型的系统，包括通用电气公司ALTHYREX和旋转晶闸管励磁系统。6.5 AC5A型励磁系统模型用10的AC5A模型是无刷励磁系统的简化模型。调节器是由一个不受系统干扰的电源，如永磁发电机供电。这个模型可用来代表小励磁系统，如由巴斯勒电机公司生产的那种。注意：和其它AC模型不同，本模型用负荷的而不是开路的励磁机饱和数据，其用法和它在DC模型中用的相同（见附录C）。因本模型在工业中已广泛地应用了，有时当缺乏详细数据或要求简化模型时，它还用来代表其它

27、类型系统。图 10 AC5A 型简化旋转整流器励磁系统6.6 AC6A型励磁系统模型图11的AC6A型模型用来表示带系统供电的电子电压调节器的磁场控制交流励磁机整流器励磁系统。图 11 AC6A型带不可控整流器和系统供电的电子式电压调节器的交流励磁机-整流器励磁系统调节器最大输出VR是端电压VT的函数，而模型包括了励磁机磁场电流限制器，它特别适用表示静止二极管系统，例如C.A.Parson公司生产的那种。7、 ST型静止励磁系统在这类励磁系统，电压（在复励系统中还有电流）被转换到适当的电平。整流器可控或不可控，为发电机磁场提供所需的直流电流。虽然许多这类系统允许强励的负电压，但大多数不供负向磁

28、场电流，对必须要有负向磁场电流的专门研究，如附录G中所讨论的，需要更详细的模型。许多静止励磁系统的励磁顶值电压很高，对这样的系统，必须附加磁场电流限制器电路，以保护励磁系统和发电机转子，这常包括瞬时和延时动作的单元，但这里只包括瞬时限制单元，并且只在STIA模型中有表示。7.1 ST1A励磁系统模型图12表示的ST1A型电压源可控整流励磁系统的计算机模型，力图代表励磁功率通过变压器来自发电机机端（或机端辅助母线），而调节是通过可控整流器，这类系统最大可用励磁电压直接和发电机机端电压有关（以下的附注除外），图 12 ST1A型电压源可控整流器励磁系统在这类系统中固有的励磁系统时间常数很小，不需要

29、励磁系统稳定器。另一方面，为了其它原因，可能希望减小这类系统的瞬态增益。所示模型在代表瞬态增益减小是十分通用的，不管是通过时间常数TB和TC（在此情况下KF正常应设为0）的前向路径，还是适当选择速率反馈(Rate feedback)参数KF 和TF 的反馈路径。电 压调节器增益和任何固有的励磁系统时间常数分别用KA和TA代表。时间常数TC1和TB1，如TC1正常大于TB1允许代表瞬态增益增大的可能。整流桥触发角产生的方法影响其输入输出关系，通常假定是线性的，在模型中选择单一增益KA，许多系统应用真正的线性系统，在少数系统整流桥关系是非线性的，导致归一化的线性增益为正弦函数，其幅值可能和电源电压

30、有关。因为通常此增益十分高，此特性线性化后为模型用，通常是满意的。不管特性是线性的还是正弦的，顶值表示是相同的。许多情况下，对VI的内部限制可忽略。应该模拟是端电压和同步电机磁场电流函数的磁场电压限制。磁场电压正限制表示成同步电机磁场电流线性函数是可能的，因为在这样的系统中整流桥的运行限制在附录D中广方式1的范围。负限制应有类似的电流依赖特性，但是该项（term）的符号可能为正或为负，取决于为限制选用了恒定触发角还是恒定熄弧角。因磁场电流在此条件下通常很低，这术语（term）不包括在模型中。这类系统非常高的强励能力，致使有时用磁场电流限制器来保护发电机和励磁系统，限制起始设置由ILR确定，增益

31、用KLR表示。为允许此限制不作起用，应有措施可将KLR设置为0。对绝大多数这类励磁系统，用的是全控整流桥，本模型对半控桥系统也适用，这时负向磁场电压顶值应设置为0（VRMIN=0）。 ST1A励磁系统的例子有：1） 加拿大通用电气公司的Silocomatic励磁系统；2） 西屋加拿大公司固态晶闸管励磁系统；3） 西屋公司PS型带WTA，WHS，WTA-300型调节器的静止励磁系统；4） ASEA公司静止励磁系统；5） 勃郎鲍维尔BBC静止励磁系统；6） 兰罗尔派松公司静止励磁系统；7） GECEliott公司静止励磁系统；8） 东芝公司静止励磁系统；9） 三菱公司静止励磁系统；10）通用电气公

32、司电压源静止励磁系统；11) 日立公司静止励磁系统；12）巴斯勒模型公司SSE励磁系统；13）ABB公司Unitrol励磁系统。7.2 ST2A励磁系统模型有些励磁系统利用电压和电流源（发电机机端的电量）作为功率来源。这类复励整流器励磁系统用ST2A表示，图13是它的模型，必须要用端电压VT和端电流IT相量综合来构筑励磁功率源的模型，在附录D中说明整流器负荷和换相效应的计算，EFDmax代表了由于磁元件饱和对励磁电压的限制，调节器通过控制功率变压器饱和来控制励磁输出，TE是和控制绕组电感有关的时间常数。这类系统的一个例子是通用电气公司静止励磁系统，通常称为SCT-PPT或SCPT系统。图 13

33、 ST2A型复励整流器励磁系统7.3 ST3A型励磁系统模型图 14 ST3A型带磁场电压控制环的电压源或复励可控整流器励磁系统有些静止励磁系统利用磁场电压控制环来线性化励磁控制特性，如图14所示，这也使输出在电源限制到达前不受供电电源变化的影响。这类系统用了多种可控整流器设计：全晶闸管桥或半控桥，串连或并连配置。电源可能是机端供电或用电机内绕组的电压源，有些设计中利用机端电压和电流的复合功率源。这类功率源用电机机端电压和电流的相量综合表示，并在模型中用适当的参数代入。为这类系统提供的励磁系统稳定器是一个串连在电压调节器的滞后一领前单元，用时间常数TB和TC表示。磁场电压调节器的内环，包括增益

34、KM和KG，时间常数TM，这个环比起本标准中描述模型的3HZ上限的带宽要宽。为了研究目的，时间常数TM可以增加，能保留在3Hz时所要求的精度同时，消除了要极短计算增量的需要。整流器负荷和换相效应的计算在附录D中有讨论，VBmax限制由功率元件饱和水平确定。这类系统包括通用电气公司的复励源GENERREX和电压源GENEREX励磁系统。8、 电力系统稳定器电力系统稳定器是通过励磁控制来加强对电力系统振荡的阻尼，常用的输入有轴速，机端频率、功率，当用频率作为输入时，正常应是机端频率，但在某些情况，可能利用仿真电机电抗后频率（在许多研究中，相当于轴速），下面提供的稳定器模型，一般讲在工作区频率响应的

35、范围内是和励磁模型是一致的。它们不能用于正常超过3Hz的不稳定控制方式的研究。稳定器参数应和规定的稳定器输入信号类型一致，不同输入信号的稳定器参数，在提供类似的阻尼特性，看起来可能十分不同，对抽水蓄能机组，稳定器可运行在发电或抽水方式，但在2种运行方式，通常要求用不同的参数。8.1 PSS1A型电力系统稳定器 图15表示了 广义形式的单输入的电力系统稳定器，一些常用的稳定器输入信号VSI是转速、频率和功率。T6用于表示了变送器时间常数，稳定器增益KS，信号冲洗(Washout 隔直)由时间常数T5设置。下一方块中A1和A2允许高频扭振滤波器（有些稳定器用）的一些低频效应被计入。如无此用途，如果

36、需要，该方块可用来帮助形成稳定器增益和相角特性，随后的2个方块可允许2级领前一滞后补偿，用常数T1到T4设置。图 15 PSS1A型单输入电力系统稳定器稳定器输出可用不同的方法来限制，图15上没能都表示出，这个模型只表示了简单的稳定器输出限制Vstmax和Vstmin。有些系统，如发电机端电压偏移出规定的带外，稳定器的输出便被移走，如同表示在图19中的DEC3A附加断续的励磁控制模型。在另一些系统，稳定器输出受限于发电机端电压，如包括在图17的DEC1A模型的函数。稳定器的输出VST是附加继续控制模型的输入，当不用断续控制模型时VS=VST。8.2 PSS2A型电力系统稳定器图16的稳定器模型

37、是用来表示多种双输入稳定器，通常用功率和转速或频率来导出稳定信号。图 16 PSS2A型双输入电力系统稳定器特别是这个模型可用来代表二种不同类型的双输入稳定器的实现，说明如下：（1） 稳定器在系统振荡频率范围内起着电功率输入稳定器。这些用转速或频率输入来产生等效机械功率信号，使总信号对机械功率变化不敏感。（2） 用转速（或频率）和电功率综合信号的稳定器。这些系统通常直接用转速（即没有相位领前补偿）加上一个和电功率正比的信号来得到所需的稳定信号形状。当同样的模型用上述2种类型双输入稳定器，对等效的稳定作用，模型中用的参数会差别很大。对每个输入，2个冲刷可被表示（TW1到TW4）连同变送器或积分时

38、间常数（T6，T7）对第一类双输入电力系统稳定器K3正常为1，而K2为T7/2H，H是同步电机惯性常数。VSI1正常代表转速或频率，而VSI2代表功率信号，指数N（至4的整数）和M（至2的整数）允许表示成“斜坡跟踪”和较简单的滤波器特性。相位补偿由2级领前滞后，或滞后领前方块T1至T4提供，输出限制的选择和在PSS1A模型中的类似。许多类型研究中，适当参数的单输入PSS1A模型可用来代替双输入PSS2A模型。9、 附加（补充）断续励磁控制 在某些特殊的系统配置，带端电压连续励磁控制和电力系统稳定的调节器输入信号，不能保证充分挖掘励磁系统改善（电力）系统稳定的潜力。对这些情况断续励磁控制信号可用

39、来加强大瞬态扰动后的稳定，见5，10和13。9.1 DEC1A型断续励磁控制DEC1A型断续励磁控制模型如图17所示，它用于表示一个电路，使系统故障后，立即将发电机励磁提高到大于电压调节器和稳定器要求的水平。这类电路已被用在许多由母线供电的静止励磁（ST1A）大型同步发电机上，它加一个正比于转子角（功角）的信号到端电压和电力系统稳定信号上，这功角信号在瞬态时期只用2秒，因连续使用它会使稳态不稳。这样控制的目的是在功角摇摆到最大值前保持磁场电压，从而端电压高值，这个控制特别用在例如瞬态下，本地和地区间振荡都存在时，这时不然本地方式的回摆将在功角摆动到达真正幅值前，使励磁离开顶值，过大的端电压可用

40、端电压限制器电路来防止。这个断续控制的效果，除增加发电机机端电压和气隙功率外，还用来提高系统电压水平和负荷功率，从而有利于机组的减速。如图17所示转速（或相当的）PSS信号在正常运行情况下提供了连续控制以保持静态稳定，用于断续控制的正比于同步电机功角变化的信号是从速度信号积分得到，它不是一个完美的积分器，亦即此信号以时间常数TAN复位。速度信号积分只在严重的系统故障后进行，如果满足下述条件，继电器触点S1将闭合：1) 端电压降超过预置值2)调节器输出为顶值；3)转速上升高于预置值；继电器触点S1在下述条件之一断开：1） 转速变化降到低于阀值；2） 调节器输出离开顶值。之后积分器方块的输出以时间

41、常数TAN指数衰减。为满意地应用此断续励磁控制电路，用快作用端电压限制器是重要的。双元电压限制器用来提供快速响应，和高度安全，没有激起轴扭振的危险。图17 DEC1A带双向端电压限制器的断续励磁控制器瞬态励磁上升限制器之一是快作用的，和用带限制发电机端电压阀值的离散或开关式控制。第2个限制器是连续控制和慢作用的，但限制到较低端电压。经起始延时后从第1限制器接管端电压控制，并限制端电压到可能由PSS或DEC控制引起的持续过励情况下的较低值。如机组因任何原因连续冲撞此限制，慢作用限制器用废弃离散限制器的作用，来阻止其固有动作引起的持续机端电压和随之而来的功率振荡，电力系统稳定器的输出VST，端电压

42、限制器和功角信号的综合，并加上总的限制后的新信号VS，接到电压调节器的相加点。9.2 DEC2A型断续励磁控制图18表示了DEC2A型断续励磁控制的模型，本系统由远方发生的触发器信号引发，通过开环控制提供瞬态励磁上升。触发器激起一幅值阶跃VK，后者可用小时间常数TD1来调节。带时间常数TD2的高通滤波器方块产生一衰减脉冲，使发电机端电压，从而使系统电压短时上升，如端电压超过规定水平，限制器冻结滤波器方块的输出，当端电压降至低于此水平，输出将被释放，而滤波器方块输出降到低于它的值，在输出被冻结时（用数字逻辑的无冲击挟紧）这个瞬态励磁上升在大古力第三电厂实现过，它是由太平洋3100MW高压直流联络

43、线中断引发的控制 见文献13，对这个扰动地区间模式摇摆中心离电厂约1300公里，而正常电压调节器磁场上升是最小的。图 18 DEC2A型断续励磁控制器开环瞬态励磁上升9.3 DEC3A型断续励磁控制有些系统，稳定器输出在严重故障后立即从调节器断开，防止稳定器在第一摇摆期间和电压调节器竞争，在DEC3A模型中如果端电压降低于设定值VTmin（见图19）断开稳定器输出S1一定的时间TDR。图 19 DEC3A断续励磁控制器稳定信号暂时中断10、 文献B1ANSI C34.2-1968（已撤回）半导体功率整流器，美国国家标准实践和要求；B2IEEE std 421.2-1990励磁控制系统动态性能的

44、鉴别、试验和评估指南。B3IEEE委员会报告“励磁系统动态特性”IEEE Trans.PAS-92，1973 64-75页。B4Witzke.R.L等“交流电抗对6相整流器电压调节的影响”IEEE PAS-72，1953，244-253页。附录A 符号表A1 A2 PSS信号调节频率滤波器常数EFD 励磁机输出电压EFDN 反馈增益变化时的EFD值 (AC3A型)EFD1,EFD2 励磁机饱和确定下的励磁机电压(直流励磁机和AC5A型)ESC 速度变化参考值(DEC1A)FEX 整流器负荷因数，IN 的函数HV GATE(高值门) 带2输入，1输出的模型块，输出电压通常是2输入中电压高者。IF

45、D 同步电机磁场电流ILR 励磁机输出电流限制参考值IN 额定励磁机负荷电流IT 同步电机机端电流KA 电压调节器增益KAN 断续式控制器增益(DEC1A型)KB 二级调节器增益KC 正比于换向电抗的整流器负荷因数KD 去磁因数，是交流励磁机电抗的函数弋 有关自励磁场的励磁机常数KETL 端电压限制器增益KF,KN 励磁控制系统稳定器增益KG 磁场调节器内环反馈增益常数(ST3A型)KH 励磁机磁场电流反馈增益(AC2A型) 励磁机磁场电流限制器增益(AC6A型)KI 电压电路增益系数KLR 励磁机输出电流限制器增益KM 磁场调节器内环正向增益常数(ST3A)KP 电压电路增益系数KR 和调节

46、器及交流励磁机磁场电源有关的常数(AC3A型) KS 电力系统稳定器增益(PSS1A型)KS1,KS2,KS3 电力系统稳定器增益(PSS2A型)KV 快速升/降接触给定(DC3A型)LV GATE(低值门) 带2输入，1输出模型块，输出电压是2输入的低值者M 积分滤波器常数(PSS2A型)N 积分滤波器常数(PSS2A型)RC 负荷补偿的电阻分量SEEFD1或EFD2 对应励磁机电压 EFD的励磁机饱和函数SEVE1或VE2 对应励磁机换向电抗后电压 VE 的励磁机饱和函数SE 励磁机饱和函数TA,TB,TC,TB1,TC1,TK 电压调节器时间常数TAN 断续式控制器时间常数(DEC1A型

47、)TD1 断续式控制器时间常数(DEC2A型)TD2 断续式控制器洗出时间常数(DEC2A型)TDR 复位时间延迟(DEC3A型)TE 励磁机时间常数，和励磁机控制有关的积分速率TF 励磁控制系统稳定器时间常数TF2,TF3 励磁控制系统稳定器时间常数(AC5A型)TH,TJ 励磁机磁场电流限制器时间常数TK 调节器领前时间常数(AC6A型)TM 磁场调节器内环正向时间常数(ST3A型)TR 调节器输入滤波器时间常数TRH 变阻器滑行走时间(DC3A型)TW1,TW2,TW3,TW4,TW5 PSS 和DEC洗出时间常数T1,T3 PSS领先补偿时间常数T2,T4 PSS滞后补偿时间常数T5

48、PSS洗出时间常数T6,T7 PSS变送器时间常数T8 PSS滤波器时间常数VA 调节器内电压VAL 调节器电压参考值(DEC1A型)VAN 内部信号(DEC1A型)VB 可用的励磁机电压VC 端电压变送器和负荷补偿单元输出VC1 正比于要补偿端电压的信号VD 断续控制器内电压(DEC2A型)VE 励磁机换向电抗后电压VE1,VE2 饱和确定时交流励磁机换向电抗后输出电压VEER. DC3A型模型电压误差信号VF 励磁系统稳定器输出VFE 正比于励磁机磁场电流的信号VFELIM 励磁机磁场电流限制器的参考信号VG 内环电压反馈VH 励磁机磁场电流反馈信号VI 电压调节器内部信号VK 断续控制器

49、输入参考值(DEC2A型)VM 对应於可控硅触发角命令的整流桥输出因数(ST3A)VN 输入变量反馈率VO,VP 限制器信号(DEC1A型)VOEL 过励限制器输出(AC1A,AC2A,ST1A型) VR 电压调节器输出VRH 由变阻器设定的电压VREF 电压调节器参考电压，(满足起始条件确定)VS 在任何(如假定端电压和参考信号标么制的单位相当于端电压)限制或开闭后，综合电力系统稳定器和断续控制的输出VSI,VSI1,VSI2 电力系统稳定器输入(轴速、功率或频率偏差)VST 电力系统稳定器输出(等值於端电压的标么值)VT 同步电机端电压VTM,VTN 电压限制(DEC1A型)VTMIN 低

50、端电压比较电平(DEC3A型)VTC 端电压电平参考值VUEL 欠励限制器输出VX 正比于励磁机饱和的信号XC 负荷补偿电抗分量XL 和电压源有关的电抗p 电压电路的相角(度)附录B 标么制在系统研究中同步电机电流和电压用标么制变量表示，这里用的标么制中，定义额定电压为同步电机端电压的一单位，同步电机额定电流为一单位，一单位发电机磁场电流对应着产生气隙线上同步电机额定电压的磁场电流，产生此磁场电流的电压便是单位磁场电压。励磁系统模型和同步电机模型在定子端及磁场两处接口，和电压调节器输入的标么制同步电机端电压相加的信号，必须在同一基础上。励磁机输出电流必须用同步电机磁场电流基值的标么制，励磁机输

51、出电压必须用同步电机磁场电压基值的标么制。注意这些磁场电流和电压基值，可能和同步电机模型内部用的不同，在接口处要对这2个量作基值转换。 在这个标么制中，磁场电压基值直接和磁场电阻基值有关，磁场绕组参考温度在ANSIC50,10-19771中根据绝缘等级确定，在IEEE Std421.1-19864中，为计算磁场电阻基值确定了2个温度(75C和100C)，这里是和温升有关，而不是绝缘等级。 为了模拟目的应规定电阻基值，和假定计算时的温度。允许用IEEE Std.115-19833中的方程在任何要求的温度下、重算新的电阻基值。 在过去，曾用几个不同的基值来归一化调节器输出电压，本质上性能相同的、类

52、似的励磁系统，取决于基值的选择，可能有十分不同的参数。附录C 励磁机的饱和和负荷效应励磁机饱和函数SEEFD 定义为因饱和引起单位励磁机输出电压下励磁机励磁电流增长的倍数，图C-1解释了SEEFD的具体值计算。在给定的励磁机输出电压下A,B,C分别定义为产生这个输出电压时，在常电阻负荷下饱和曲线、气隙线和空载饱和曲线上所需的励磁机励磁。常电阻负荷下饱和曲线是用来定义所有直流励磁机，和由简化AC5A模型代表的交流励磁机的SE.，代表带负荷的饱和SEEFD由下式给出 SEEFD= (A-B)/B注意当励磁机磁场电阻和励磁机基值电阻差得很大时，必须用文献7中附录A的说明对SE 调整。空载饱和曲线用来定义了(除AC5A型外)交流励磁机-整流器励磁系统的SE,在这里SEVE 有 SEVE =(C-B)/B对交流励磁机-整流器励磁系统用空载饱和曲线，是因在模型中励磁机的调节效应己包括在去磁因数KD ，和换相电抗压降的计算中(附录D)。励磁机饱和特性的表示，不同的计算机程序用不同的数学表达式。通常饱和曲线用2个点足以确定。为了一致起见，建议确定2