2021 同步发电机励磁系统建模导则

犌犅／犜４０５８９—２０２１

目次

前言…………………………Ⅰ

１范围………………………１

２规范性引用文件…………………………１

３术语和定义………………１

４缩略语……………………３

５总则………………………３

６励磁设备要求……………３

７励磁系统标幺值…………………………４

８励磁调节器环节特性辨识………………４

９实测模型…………………５

１０计算模型的选择与参数处理…………２１

１１现场试验与仿真校核…………………２２

１２模型参数仿真复核……………………２２

附录Ａ（规范性）限幅的表达……………２３

附录Ｂ（资料性）调节器输出限幅值获取方法…………２５

附录Ｃ（资料性）电压调差率的测量……………………２７

附录Ｄ（资料性）低励限制模型…………２９

附录Ｅ（资料性）过励限制模型…………３２

附录Ｆ（资料性）发电机直轴暂态开路时间常数测试校核……………３３

附录Ｇ（资料性）发电机饱和系数的计算………………３４

参考文献……………………３５

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前言

本文件按照ＧＢ／Ｔ１．１—２０２０《标准化工作导则第１部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国电力企业联合会提出。

本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ４４６）归口。

本文件起草单位：国家电网有限公司国家电力调度控制中心、中国电力科学研究院有限公司、

中国南方电网电力调度控制中心、国家电网公司西南分部、国网浙江省电力有限公司、国网冀北电力有

限公司、浙江浙能技术研究院有限公司、广东电网有限责任公司。

本文件主要起草人：郭强、霍承祥、于钊、武朝强、张剑云、吴剑超、何飞、朱艳卿、陈国平、冷喜武、

刘明松、李照庭、曹路、史扬、陈新琪、张俊峰、汤凡、吴跨宇、刘洪涛、苏为民、张彦凯、熊鸿韬、焦春雷、

余锐、刘佳钰、李志强、高磊、濮钧、王斌、徐友平、张慕婕、徐珂、魏平、邵冲、孙华东、安宁、李新、刘育明、

李登峰、王宇强、锁军、李树秡、李诚帅、谢欢、翁洪杰、穆兴华、徐明宇、何晓伟、孙璐、李文锋、陶向宇、

宋新立、刘涛、张星、王峰、朱艺颖、王薇薇、于大海、肖静、陶向红、王虹富、常松、叶小晖、董毅峰。

Ⅰ

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同步发电机励磁系统建模导则

１范围

本文件描述了电力系统稳定分析计算用同步发电机励磁系统数学模型（以下简称“模型”）建立

方法。

本文件适用于汽轮发电机、燃气轮发电机、水轮发电机、抽水蓄能发电／电动机、核电机组和光热机

组励磁系统建模。同步调相机参照使用。

２规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于

本文件。

ＧＢ／Ｔ７４０９（所有部分）同步电机励磁系统

ＧＢ３８７５５电力系统安全稳定导则

ＤＬ／Ｔ５８３大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件

ＤＬ／Ｔ８４３大型汽轮发电机励磁系统技术条件

３术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

３．１

原始模型狆狉犻犿犪狉狔犿狅犱犲犾

根据制造厂提供的资料推导出的模型结构及参数。

３．２

实测模型犿犲犪狊狌狉犲犱犿狅犱犲犾

参照原始模型进行模型辨识和参数实测，得到的模型结构及参数。

３．３

计算模型犮犪犾犮狌犾犪狋犻狀犵犿狅犱犲犾

用于稳定计算的模型结构及参数。

３．４

等同计算模型犻犱犲狀狋犻犮犪犾犮犪犾犮狌犾犪狋犻狀犵犿狅犱犲犾

与实测模型结构一致，通过仿真校核确认满足要求的计算模型结构及参数。

３．５

近似计算模型狊犻犿犻犾犪狉犮犪犾犮狌犾犪狋犻狀犵犿狅犱犲犾

与实测模型结构有一定差别，通过计算程序仿真、参数调整后基本满足要求的用于稳定计算的模型

结构及参数。

３．６

阶跃试验狊狋犲狆狋犲狊狋

被控量的给定值阶跃变化的试验。

１

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３．７

阶跃量狊狋犲狆狏犪犾狌犲

阶跃试验中，被控量的最终稳态值与初始值之差。

３．８

超调量狅狏犲狉狊犺狅狅狋狏犪犾狌犲

阶跃试验中，被控量的最大值与最终稳态值之差相对于阶跃量的百分数。

［来源：ＧＢ／Ｔ７４０９．１—２００８，２．２３，有修改］

３．９

起始时间狊狋犪狉狋犻狀犵狋犻犿犲

阶跃信号加入时刻。

３．１０

上升时间狌狆狑犪狉犱狋犻犿犲

阶跃试验中，从起始时间起到被控量的变化值初次达到９０％阶跃量的时间。

［来源：ＤＬ／Ｔ８４３—２０１０，３．１０，有修改］

３．１１

峰值时间狆犲犪犽狋犻犿犲

阶跃试验中，从起始时间到被控量的变化值达到最大值的时间。

３．１２

调节时间狊犲狋狋犾犻狀犵狋犻犿犲

阶跃试验中，从起始时间到被控量的变化值与阶跃量之差的绝对值到达并不再超出阶跃量的５％

（见图１中犆点）所需的最短时间。

符号说明：

犝０———初始值；

犝１———最终稳态值；

狋０———起始时间；

狋ｕｐ———上升时间；

狋ｐ———峰值时间；

狋ｓ———调节时间。

图１阶跃响应特性示例曲线

［来源：ＧＢ／Ｔ７４０９．１—２００８，２．２３，有修改］

２

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３．１３

振荡次数狀狌犿犫犲狉狅犳狅狊犮犻犾犾犪狋犻狅狀

在调节时间内被控量的振荡周期数。

［来源：ＧＢ／Ｔ７４０９．１—２００８，２．２３，有修改］

３．１４

频域测量法犳狉犲狇狌犲狀犮狔犱狅犿犪犻狀犿犲犪狊狌狉犻狀犵

在输入端加入不同频率正弦信号或者噪声信号，测量输出端对于输入端的频率响应特性，采用幅频

与相频特性进行曲线拟合来辨识模型及其参数的方法。

３．１５

时域测量法狋犻犿犲犱狅犿犪犻狀犿犲犪狊狌狉犻狀犵

在输入端加入阶跃等扰动信号，测量输出信号的时域响应特性，通过分析环节结构与参数，并将仿

真的时域响应特性曲线与实测结果进行曲线拟合来辨识模型及其参数的方法。

４缩略语

下列缩略语适用于本文件。

ＡＶＲ：自动电压调节器（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）

ＯＥＬ：过励限制器（ＯｖｅｒＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｒ）

ＰＩＤ：比例积分微分（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）

ＰＳＳ：电力系统稳定器（ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＳｔａｂｉｌｉｚｅｒ）

ＳＦＣ：静止变频器（ＳｔａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）

ＵＥＬ：低励限制器（ＵｎｄｅｒＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｒ）

ＶＦＬ：伏赫兹限制器（ＶｏｌｔａｇｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＬｉｍｉｔｅｒ）

５总则

５．１建模包含现场测试、参数辨识、仿真验证和复核入库工作。

５．２参数实测与建模按分环节测试、整体验证的原则进行。

５．３实测模型符合ＧＢ３８７５５的规定，符合电网调度机构采用的电力系统稳定分析程序要求，并使用电

网调度机构采用的电力系统稳定分析程序进行仿真验证和稳定性校核。

５．４模型包括励磁功率和励磁控制两部分。

５．５新投产发电机组励磁系统实测建模试验在机组正式商业运行前完成。励磁系统发生设备改造、软

件升级、参数修改等变化并影响励磁系统性能的，重新进行实测建模试验。实测建模试验完成时间超过

５年的，进行复核试验，试验项目至少包括小扰动试验和大扰动试验，如测试结果与上次试验结果差异

较大，则进行原因分析和技术评估，必要时重新开展实测建模试验。

６励磁设备要求

６．１励磁调节器在设计、型式试验阶段应确认模型参数，励磁设备应通过技术鉴定。

６．２励磁设备应提供励磁调节器及附加环节模型参数和励磁设备技术数据，励磁系统及部件原始模型

应符合ＤＬ／Ｔ５８３、ＤＬ／Ｔ８４３的规定。

６．３励磁调节器应具备供第三方进行模型参数测试所需要的接口。

６．４励磁调节器的设置值应以十进制表示，时间常数以秒表示，放大倍数和限幅值以标幺值表示，并说

３

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明标幺值的基准值选取方法。

６．５三相全控桥的整流器宜采用余弦移相。

６．６励磁调节器应在定型生产前完成环节模型正确性检查，或者同类型调节器在其他机组励磁系统建

模中已经验证其环节参数正确，否则应通过环节特性辨识方法确认ＰＩＤ和软反馈校正环节的模型参

数。每一型号的励磁调节器应进行一次完整的环节测试辨识。

６．７励磁调节器不应设置死区。

７励磁系统标幺值

７．１励磁系统多项关键参数采用标幺值形式，标幺值由实际值除以基准值得到。

７．２发电机电压的基准值犝Ｂ为发电机额定电压；发电机电流的基准值犐Ｂ为发电机额定电流；发电机

功率的基准值犛Ｂ为发电机额定视在功率；发电机转速（频率）的基准值狀Ｂ（犳Ｂ）为发电机额定转速（频

率）。

７．３发电机磁场电流的基准值犐ｆＢ为发电机空载特性气隙线上产生额定电压所需的磁场电流。

发电机磁场绕组电阻的基准值犚ｆＢ为发电机额定工况下发电机励磁回路电阻，也可取为发电机额

定磁场电压除以额定磁场电流的数值。

发电机磁场电压的基准值犝ｆＢ为磁场电流的基准值乘以磁场绕组电阻的基准值。

７．４励磁机磁场电流的基准值犐ｅｆＢ为在励磁机空载特性曲线气隙线上产生一个标幺值发电机磁场电压

所要求的励磁机磁场电流值。

励磁机励磁电阻的基准值犚ｅｆＢ为发电机额定工况下的励磁机励磁回路的电阻，也可取励磁机额定

磁场电压除以励磁机额定磁场电流并计及回路阻值。

励磁机磁场电压的基准值犝ｅｆＢ为励磁机磁场电流基准值乘以励磁机励磁绕组电阻基准值。

７．５调节器的输入电压、电流和功率的基准值等于发电机电压、电流和功率的基准值。

当控制发电机磁场电压时，调节器输出电压基准值等于发电机磁场电压的基准值，调节器输出电流

基准值等于发电机磁场电流的基准值。

当控制励磁机磁场电压时，调节器输出电压基准值等于励磁机磁场电压的基准值，调节器输出电流

基准值等于励磁机磁场电流的基准值。

８励磁调节器环节特性辨识

８．１一般规定

励磁调节器线性环节和非线性环节的测试辨识宜在静态情况下进行。线性环节测量可采用频域测

量法或时域测量法，也可同时采用两种方法。

８．２频域测量法

８．２．１利用频谱分析仪，测量待辨识环节输出对于输入的频率特性，信号可采用正弦扫频或噪声信号，

采用对比或拟合技术辨识模型的参数。

８．２．２一阶环节的模型参数，可利用已知频率特性的特征值直接计算。

８．２．３非一阶环节的模型参数，可采用参数拟合技术或采用模型频率特性和实测频率特性对比方法

确定。

８．２．４测量频率范围应根据研究对象特点选择。

８．３时域测量法

８．３．１输入扰动信号宜为阶跃信号，测量输出响应，采用对比输出响应特性曲线的方法辨识模型的

４

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参数。

８．３．２采用阶跃响应试验法测量一阶惯性环节参数时，其输出达到稳态变化量的０．６３２倍所需时间即

为该环节的时间常数；输出稳态变化量与输入阶跃量之比即为该环节的增益。

８．３．３非一阶环节的参数可采用时域参数辨识，或采用相同输入信号下仿真待辨识模型响应和实测响

应对比的方法来确定。

８．４非线性环节测量

测量非线性环节时，应了解并通过实际测量检验励磁调节器、ＰＳＳ各环节是否存在死区、限幅、ＰＳＳ

自动投退等逻辑控制、非线性环节、变参数、是否采用余弦移相等。限幅环节应区分内限幅和外限幅，限

幅表达应符合附录Ａ的规定。

９实测模型

９．１一般要求

９．１．１确定励磁系统模型应根据励磁系统类型收集下列资料：

ａ）励磁变压器额定容量、一次和二次额定电压及短路电抗；

ｂ）直流励磁机空载特性曲线、负载特性曲线、额定电压、额定电流、励磁绕组时间常数、激励方式

和励磁绕组电阻等；

ｃ）交流励磁机额定容量、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定磁场电压和电流、空载和负载

特性曲线、电枢开路时励磁绕组时间常数犜′ｄｏｅ、激励方式、励磁绕组电阻、同步电抗犡ｄｅ、次暂

态电抗犡″ｄｅ和负序电抗犡２ｅ；

ｄ）副励磁机额定容量、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定频率、外特性曲线、空载电压、发

电机输出额定电流时的端电压和发电机输出强励电流时的端电压；

ｅ）发电机空载特性曲线、发电机犜′ｄ０等各时间常数、发电机各电抗值、机组转动惯量（包括发电机

和原动机）、发电机额定电压、额定电流、额定视在功率、额定功率因数、额定磁场电压、额定磁

场电流、空载额定磁场电压、空载额定磁场电流和规定温度下的励磁绕组电阻值；

ｆ）励磁系统功能说明、投产试验报告及各个环节的原始模型及整定参数。

９．１．２实测模型应通过现场测试和参数辨识建立。

９．１．３计算模型应根据实测模型建立。计算模型应符合电力系统稳定分析程序使用要求。计算模型

应至少包括ＡＶＲ、ＰＳＳ、调差特性和强励限制模型和参数。电压安全稳定计算和中长期稳定计算，应包

括ＵＥＬ、ＯＥＬ和ＶＦＬ限制模型和参数。

９．２励磁系统组成

９．２．１发电机励磁系统由励磁功率部分、励磁控制部分组成，见图２。

９．２．２励磁控制部分实现励磁稳定控制和限制功能，由电压电流测量与附加调差环节、ＰＩＤ或软反馈

校正环节、功率控制环节、补偿励磁机时间常数的反馈环节、顶值限制环节、ＶＦＬ环节、ＯＥＬ环节和

ＵＥＬ环节等组成。

９．２．３励磁系统按照励磁功率部件不同，分为以下三种类型：

ａ）直流励磁机励磁系统；

ｂ）交流励磁机励磁系统；

ｃ）静止励磁系统。

５

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符号说明：

犝ＲＥＦ———发电机电压给定值；

·

犝ｔ———发电机电压；

·

犐ｔ———发电机电流。

图２励磁系统组成

９．３静止励磁系统功率部分模型

９．３．１一般规定

静止励磁系统包括自并励静止励磁系统（见图３）、恒电压源供电的静止励磁系统（见图４）和交流侧

串联的复励静止励磁系统（见图５）。

符号说明：

Ｕ———可控整流器；

ＧＳ———同步发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

Ｔ———励磁变压器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图３自并励静止励磁系统

６

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符号说明：

Ｔ———励磁变压器；

Ｕ———可控整流器；

ＧＳ———同步发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图４恒电压源供电的静止励磁系统

符号说明：

Ｕ———可控整流器；

ＧＳ———同步发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

ＴＰ———并联变压器；

ＴＳ———串联变压器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图５交流侧串联自复励静止励磁系统

９．３．２自并励静止励磁系统功率部分模型

模型采用三相全波可控整流和余弦移相方式的自并励励磁系统功率部分可建立图６所示的功率部

分模型。其中，犝ｔ犝ＲＭＡＸ和犝ｔ犝ＲＭＩＮ分别表示实际输出的限幅受到发电机机端电压变动的影响。图６中

各变量均采用标幺值。

７

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符号说明：

犝ｔ———发电机机端电压；

犝ＲＭＡＸ———ＡＶＲ的最大输出电压；

犐ｆ———发电机励磁电流；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犝Ｒ———ＡＶＲ的输出电压；

犝ｆ———发电机励磁电压；

犝ＲＭＩＮ———ＡＶＲ的最小输出电压。

图６自并励静止励磁系统功率部分模型

换弧压降系数计算方法见式（１）。

３犝ＥＴＫ犝ＥＴ２犐ｆＢ

犓Ｃ＝…………（１）

π犝ｆＢ犛ＥＴＮ

式中：

犓Ｃ———换弧压降系数，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝ＥＴＫ———励磁变压器短路电压，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝ＥＴ———励磁变压器二次额定线电压，单位为伏（Ｖ）；

犐ｆＢ———磁场电流基准值，单位为安（Ａ）；

犝ｆＢ———磁场电压基准值，单位为伏（Ｖ）；

犛ＥＴＮ———励磁变压器额定容量，单位为伏安（ＶＡ）。

调节器输出上限计算方法见式（２），下限计算方法见式（３）。

犝ＲＭＩＮ＝１．３５犝ＥＴｃｏｓαＭＡＸ／犝ｆＢ…………（２）

犝ＲＭＡＸ＝１．３５犝ＥＴｃｏｓαＭＩＮ／犝ｆＢ…………（３）

式中：

犝ＲＭＩＮ———ＡＶＲ的最小输出电压，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝ＥＴ———励磁变压器二次额定线电压，单位为伏（Ｖ）；

αＭＡＸ———可控整流器的最大控制角，单位为度（°）；

犝ｆＢ———发电机磁场电压基准值，单位为伏（Ｖ）；

犝ＲＭＡＸ———ＡＶＲ的最大输出电压，标幺值（ｐ．ｕ．）；

αＭＩＮ———可控整流器的最小控制角，单位为度（°）。

调节器输出限幅值可通过发电机空载大扰动试验求得，见附录Ｂ。获得的磁场电压最大值需要按

照同一时刻时的发电机电压、磁场电流和犓Ｃ进行修正。

９．３．３恒电压源静止励磁系统功率部分模型

恒电压源静止励磁系统功率部分模型见图７。犓Ｃ按照式（１）计算，犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ按照式（２）和

式（３）计算。电源来自励磁机电枢的交流励磁机可控整流励磁系统功率部分模型与本模型相同。图７

中各变量均采用标幺值。

８

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符号说明：

犝ＲＭＡＸ———ＡＶＲ的最大输出电压；

犐ｆ———发电机励磁电流；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犝Ｒ———ＡＶＲ的输出电压；

犝ｆ———发电机励磁电压；

犝ＲＭＩＮ———ＡＶＲ的最小输出电压。

图７恒电压源静止励磁系统功率部分模型

９．３．４交流侧串联自复励静止励磁系统功率部分模型

交流侧串联自复励静止励磁系统功率部分模型可采用恒电压源静止励磁系统功率部分模型近似模

拟，计算换弧压降系数时应计及串联变压器的漏抗。

９．４交流励磁机励磁系统功率部分模型

９．４．１概述

交流励磁机励磁系统可分为交流励磁机不可控整流器励磁系统和交流励磁机可控整流器励磁系

统。交流励磁机不可控整流器励磁系统见图８和图１０，交流励磁机可控整流器励磁系统见图９。

符号说明：

ＧＳ０———副励磁机；

Ｕ１———可控整流器；

ＧＳ１———主励磁机；

Ｕ２———不可控整流器；

ＧＳ———同步发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图８有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统

９

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符号说明：

ＧＳ１———主励磁机；

Ｔ———主励磁机自励恒压励磁变压器；

Ｕ１———主励磁机自励恒压可控整流器；

Ｕ２———发电机励磁回路可控整流器；

ＧＳ———同步发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图９交流励磁机静止可控整流器励磁系统

符号说明：

Ｕ１———可控整流器；

ＧＳ１———主励磁机；

Ｕ２———不可控整流器；

ＧＳ———同步发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

Ｔ———主励磁机自励恒压励磁变压器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图１０有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统

９．４．２有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型

９．４．２．１模型框图

采用三相全波整流的、有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型如图１１所

示，该模型包括不可控整流器（静止和旋转两种类型）和交流励磁机两部分。

１０

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符号说明：

犝Ｒ———ＡＶＲ的输出电压；

犝ＲＭＡＸ———ＡＶＲ的最大输出电压；

犝ＲＭＩＮ———ＡＶＲ的最小输出电压；

狊———传递函数的频域变量；

犜Ｅ———主励磁机时间常数；

犝Ｅ———励磁机输出的直流电压；

犝ｆ———发电机励磁电压；

犉ＥＸ———整流器调节特性的函数；

犐Ｎ———规格化电流；

犝ＦＥ———励磁机磁场电流换算为电压值；

犛Ｅ———主励磁机饱和系数；

犓Ｅ———主励磁机自励系数；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犐ｆ———发电机励磁电流；

犓Ｄ———主励磁机去磁系数。

图１１有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型

９．４．２．２交流励磁机空载特性测量

断开发电机转子灭磁开关，保持励磁机额定转速不变。测量励磁机电枢交流电压和励磁机磁场电

流从零到强励对应值。将励磁机电枢交流电压乘以１．３５倍转为直流电压后绘制励磁机空载特性曲线，

也可测整流后的直流电压，此时直流侧负载以足够保证整流器导通为限。

９．４．２．３交流励磁机负载特性测量

结合发电机空载、短路或负载试验，测量发电机磁场电压和励磁机磁场电流之间的关系曲线。

９．４．２．４交流励磁机空载时间常数测量

交流励磁机空载时间常数犜Ｅ在励磁机空载条件下用阶跃法测定，阶跃时交流励磁机磁场电压的

波形应为理想阶跃波形。也可在励磁机负载条件下用频率响应法确定。对于无刷励磁系统，只能在励

磁机负载条件下测试。根据不同的试验条件可采取下列测试方法：

———交流励磁机在空载条件下，采用励磁调节器手动定控制角方式使交流励磁机磁场电压正向或

负向阶跃，测录交流励磁机电枢电压上升或下降曲线，当变化量达到０．６３２时所需的时间即

为犜Ｅ；

———交流励磁机在空载条件下，利用手动励磁装置在励磁机电压不超过额定电压、阶跃量不小于

５０％条件下合上或拉开手动柜交流侧开关，测录交流励磁机电枢电压上升或下降曲线，当变化

１１

犌犅／犜４０５８９—２０２１

量达到０．６３２时所需的时间即为犜Ｅ；

———发电机空载，励磁调节器工作在自动方式，在励磁调节器电压相加点加入噪声信号，用频谱分

析仪测量交流励磁机磁场电流和磁场电压之间的频率特性，或发电机磁场电压对励磁机磁场

电压的频率特性，根据交流励磁机模型辨识得到犜Ｅ。

９．４．２．５换弧压降系数

换弧压降系数犓Ｃ以发电机磁场电流基准值对整流方程进行标幺化得到，计算方法见式（４）。

３３（犡″ｄｅ＋犡２ｅ）犝２Ｎｅ犐ｆＢ

犓Ｃ＝槡…………（４）

２π犝ｆＢ犛Ｎｅ

式中：

犓Ｃ———换弧压降系数，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犡″ｄｅ———励磁机次暂态电抗，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犡２ｅ———励磁机负序电抗，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝Ｎｅ———励磁机电枢额定线电压，单位为伏（Ｖ）；

犐ｆＢ———发电机磁场电流的基准值，单位为安（Ａ）；

犝ｆＢ———发电机磁场电压的基准值，单位为伏（Ｖ）；

犛Ｎｅ———励磁机额定容量，单位为伏安（Ｖ·Ａ）。

整流器的换弧角小于６０°时励磁系统输出值见式（５）。式中各变量均采用标幺值。

犓Ｃ…………（）

犝ｆ＝犝Ｅ－槡３犐ｆ５

式中：

犝ｆ———发电机励磁电压；

犝Ｅ———励磁机输出直流电压；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犐ｆ———发电机励磁电流。

励磁机励磁系统模型未包含副励磁机电抗引起换弧压降的影响。励磁系统的换弧压降影响显著

时，需要进行功率部分增益实测和调节器输出限制值实测，采取等效副励磁机电压等方法表示该影响。

９．４．２．６交流励磁机饱和系数

犛ＥＭＡＸ、犛Ｅ０．７５ＭＡＸ、犛Ｅ０分别为发电机强励电压、７５％发电机强励电压和发电机额定磁场电压下的励磁

机饱和系数。由图１２励磁机空载饱和曲线和空载气隙线、按照式（６）确定犛Ｅ（犝Ｅ）。图１２中的纵坐标

为励磁机输出直流电压，横坐标为励磁机磁场电流，一般用标幺值表示。当式（５）条件满足时，以式（７）

和式（８）确定犝ＥＭＡＸ和犝Ｅ０．７５ＭＡＸ。

犆－犅

犛Ｅ（犝Ｅ）＝犅…………（６）

式中：

犝Ｅ———励磁机输出直流电压；

犛Ｅ（犝Ｅ）———励磁机输出直流电压为犝Ｅ时对应的励磁机饱和系数；

犆———励磁机空载饱和曲线上与励磁机输出电压犝Ｅ对应的励磁机励磁电流；

犅———气隙上与励磁机输出电压犝Ｅ对应的励磁机励磁电流。

犓Ｃ

犝ＥＭＡＸ＝犝ｆＭＡＸ（１＋槡３）…………（７）

１２

犌犅／犜４０５８９—２０２１

式中：

犝ＥＭＡＸ———发电机强励电压对应的励磁机输出直流电压；

犝ｆＭＡＸ———发电机强励励磁电压；

犓Ｃ———换弧压降系数。

犓Ｃ

犝Ｅ０．７５ＭＡＸ＝犝ｆ０．７５ＭＡＸ（１＋槡３）…………（８）

式中：

犝Ｅ０．７５ＭＡＸ———７５％发电机强励电压对应的励磁机输出直流电压；

犝ｆ０．７５ＭＡＸ———７５％发电机强励电压；

犓Ｃ———换弧压降系数。

标引序号和符号说明：

１———励磁机空载饱和曲线对应的气隙线；

２———励磁机空载饱和曲线；

３———励磁机恒定电阻饱和曲线；

犃———恒定电阻饱和曲线上与励磁机输出电压犝Ｅ对应的励磁机励磁电流；

犆———励磁机空载饱和曲线上与励磁机输出电压犝Ｅ对应的励磁机励磁电流；

犅———气隙上与励磁机输出电压犝Ｅ对应的励磁机励磁电流。

图１２求取饱和系数的励磁机空载和负载特性

９．４．２．７三相全波不可控整流器调节特性

三相全波不可控整流器模型见图１３。图中各变量均采用标幺值。

１３

犌犅／犜４０５８９—２０２１

符号说明：

犝Ｅ———励磁机输出的直流电压；

犝ｆ———计及换弧电抗压降后整流桥输出电压，即发电机磁场电压；

犐ｆ———励磁机负载电流即发电机磁场电流；

犉ＥＸ———整流器调节特性的函数；

犐Ｎ———规格化电流。

图１３不可控三相全波整流桥模型

采用式（４）计算犓Ｃ时，犉ＥＸ采用式（９）形式。式中各变量均采用标幺值。

犓Ｃ犐ｆ

烄犐Ｎ

＝犝Ｅ

烅０≤犐Ｎ≤０．４３３，犉ＥＸ＝１－０．５７７犐Ｎ…………（９）

０．４３３＜犐Ｎ＜０．７５，犉ＥＸ＝槡０．７５－犐Ｎ２

烆０．７５≤犐Ｎ≤１，犉ＥＸ＝槡３（１－犐Ｎ）

式中：

犐Ｎ———规格化电流；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犐ｆ———励磁机负载电流即发电机磁场电流；

犝Ｅ———励磁机输出的直流电压；

犉ＥＸ———整流器调节特性的函数。

９．４．２．８去磁系数

在励磁机空载和负载特性曲线的未饱和区域按照式（１０）计算去磁系数。式中各变量均采用标

幺值。

犓Ｄ＝（犐ｅｆ２－犐ｅｆ１）／犐ｅｆ１－犓Ｃ／槡３…………（１０）

式中：

犓Ｄ———去磁系数；

犐ｅｆ２———某一发电机励磁电压下，励磁机负载曲线上与之对应的励磁机励磁电流；

犐ｅｆ１———某一发电机励磁电压下，励磁机空载曲线上与之对应的励磁机励磁电流；

犓Ｃ———不可控整流器的换弧压降系数。

当缺少实测的励磁机空载、负载特性时可采用制造厂的出厂试验数据或设计特性，或通过计算

得到。

９．４．２．９自励系数

自励系数犓Ｅ是励磁机励磁的他励安匝数与总励磁安匝数之比。当励磁机仅采用他励时犓Ｅ＝１。

９．４．２．１０发电机励磁侧电量与励磁机励磁侧电量的静态关系

发电机励磁侧电量与励磁机励磁侧电量的静态关系见式（１１）。式中各变量均采用标幺值。

１４

犌犅／犜４０５８９—２０２１

犓Ｃ

犝ｅｆ＝犐ｅｆ＝犝ｆ［（１＋槡３）（１＋犛Ｅ）＋犓Ｄ］…………（１１）

式中：

犝ｅｆ———励磁机磁场电压；

犐ｅｆ———励磁机磁场电流；

犝ｆ———发电机磁场电压；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犛Ｅ———励磁机空载饱和系数；

犓Ｄ———励磁机去磁系数。

９．４．２．１１励磁机的限幅值

励磁机输出的直流电压下限值为零。

９．４．２．１２调节器输出限幅值

副励磁机电压随负荷的增大而降低，强励时副励磁机电压下降系数犓ＥＰ对永磁机可取８５％～

９０％，对自励恒压副励磁机可取９０％～９５％。调节器输出限幅值可以通过发电机大扰动试验求得，见

附录Ｂ。调节器最大输出电压和最小输出电压，按照式（１２）、式（１３）计算。

１．３５犓ＥＰ犝ａｅｃｏｓαＭＩＮ

犝ＲＭＡＸ…………（１２）

＝犝ｅｆＢ

式中：

犝ＲＭＡＸ———调节器输出最大限幅值；

犓ＥＰ———强励时副励磁机电压下降系数；

犝ａｅ———发电机额定负载下的副励磁机电枢线电压值，单位为伏（Ｖ）；

αＭＩＮ———可控整流器最小控制角，单位为度（°）；

犝ｅｆＢ———励磁机磁场电压基准值，单位为伏（Ｖ）。

１．３５犓ＥＰ犝ａｅｃｏｓαＭＡＸ

犝ＲＭＩＮ…………（１３）

＝犝ｅｆＢ

式中：

犝ＲＭＩＮ———调节器输出最大限幅值；

αＭＡＸ———可控整流器最大控制角，单位为度（°）。

９．４．３交流励磁机可控整流器励磁系统功率部分模型

交流励磁机可控整流器励磁系统中的交流励磁机均为自并励恒压交流励磁机，其功率部分模型见

图７。模型中设定交流励磁机电压调节器可以维持电枢电压恒定。交流励磁机的换弧压降系数犓Ｃ由

式（１４）计算。犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ按照式（１５）和式（１６）计算。调节器输出限幅值可以通过发电机大扰动试

验求得，见附录Ｂ。

３（犡″ｄｅ＋犡２ｅ）犝２Ｎｅ犐ｆＢ

犓Ｃ＝…………（１４）

２π犝ｆＢ犛Ｎｅ

式中：

犓Ｃ———换弧压降系数，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犡″ｄｅ———主励磁机直轴次暂态电抗，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犡２ｅ———主励磁机负序电抗，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝Ｎｅ———主励磁机额定电压，单位为伏（Ｖ）；

犐ｆＢ———发电机磁场电流的基准值，单位为安（Ａ）；

犝ｆＢ———发电机磁场电压的基准值，单位为伏（Ｖ）；

１５

犌犅／犜４０５８９—２０２１

犛Ｎｅ———励磁机额定容量，单位为伏安（ＶＡ）。

１．３５犝ｅＡＣｃｏｓαＭＩＮ

犝ＲＭＡＸ…………（１５）

＝犝ｆＢ

式中：

犝ＲＭＡＸ———调节器输出最大限幅值；

犓ＥＰ———强励时副励磁机电压下降系数；

犝ａｅ———发电机额定负载下的副励磁机电枢线电压值，单位为伏（Ｖ）；

αＭＩＮ———可控整流器最小控制角，单位为度（°）；

犝ｆＢ———发电机磁场电压的基准值，单位为伏（Ｖ）。

１．３５犝ｅＡＣｃｏｓαＭＡＸ

犝ＲＭＩＮ…………（１６）

＝犝ｆＢ

式中：

犝ＲＭＩＮ———调节器输出最大限幅值；

αＭＡＸ———可控整流器最大控制角，单位为度（°）。

９．４．４有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型

采用三相全波整流的、有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型见图１４，该模

型包括不可控整流器和交流励磁机模型，其中不可控整流器包括静止和旋转两种类型。

符号说明：

犝Ｒ———ＡＶＲ的输出电压；

犝ｔ———机端电压；

犝ＲＭＡＸ———ＡＶＲ的最大输出电压；

犝ＲＭＩＮ———ＡＶＲ的最小输出电压；

犝ＦＥｍａｘ———励磁机励磁电压最大滞；

犓Ｄ———主励磁机去磁系数；

犐ｆ———发电机励磁电流；

犓Ｅ———主励磁机自励系数；

犛Ｅ（犝Ｅ）———励磁机输出直流电压为犝Ｅ时对应的励磁机饱和系数；

犜Ｅ———主励磁机时间常数；

犝Ｅ———励磁机输出的直流电压；

犝ｆ———发电机励磁电压；

犉ＥＸ———整流器调节特性的函数；

犝ＦＥ———励磁机磁场电流换算为电压值；

犛Ｅ———主励磁机饱和系数；

犐Ｎ———规格化电流；

犓Ｃ———换弧压降系数。

图１４有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型

１６

犌犅／犜４０５８９—２０２１

有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型与有副励磁机的交流励磁机不可控整

流器励磁系统功率部分模型的区别：调节器输出限制值与发电机电压有关；犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ用式（１２）、

式（１３）计算；犝ａｅ为机端变二次侧额定线电压，且犓ＥＰ＝１。调节器输出限幅值可以通过发电机大扰动试

验求得，见附录Ｂ。

其他参数的计算与有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统功率部分模型参数计算相同。

９．５直流励磁机模型

９．５．１概述

直流励磁机励磁系统见图１５，直流励磁机模型见图１６。

符号说明：

Ｇ———直流励磁机；

ＧＳ———发电机；

ＴＡ———电流互感器；

ＴＶ———电压互感器；

Ｕ———可控整流器；

ＡＶＲ———自动电压调节器。

图１５直流励磁机励磁系统

符号说明：

犝Ｒ———ＡＶＲ的输出电压；

犜Ｅ———直流励磁机时间常数；

犝ｆ———发电机励磁电压；

犓Ｅ———主励磁机自励系数；

犛Ｅ———主励磁机饱和系数；

犓Ｄ———主励磁机去磁系数；

犐ｆ———发电机励磁电流。

图１６直流励磁机模型

９．５．２直流励磁机空载和负载特性曲线测量

空载特性：断开发电机转子灭磁开关。保持励磁机额定转速不变。测量励磁机电压和励磁机总励

１７

犌犅／犜４０５８９—２０２１

磁安匝、他励安匝数从零到强励的对应值。

负载特性：合上发电机转子灭磁开关。测量发电机磁场电压和励磁机总励磁安匝、他励安匝数的

对应关系。

９．５．３直流励磁机饱和系数犛犈

直流励磁机模型饱和系数犛Ｅ是犝ｆ的函数，由图１２励磁机空载和负载特性曲线按照式（６）确定饱

和系数犛Ｅ。

９．５．４自励系数

按照实际励磁机的他励安匝数与总安匝数之比计算自励系数犓Ｅ。

９．５．５励磁机时间常数

稳定计算用的直流励磁机时间常数犜Ｅ等于直流励磁机空载时其励磁回路的时间常数。

９．５．６去磁系数

按照式（１０）计算去磁系数犓Ｄ，其中令犓Ｃ＝０。

９．６励磁控制部分模型

９．６．１电压电流测量与附加调差

电压测量与附加调差单元的模型如图１７所示。

符号说明：

·

犝ｔ———发电机端电压矢量；

·

犐ｔ———发电机端电流矢量；

犚Ｃ———对应于全电流的有功电流补偿率；

ｊ———表示复数的虚部部分；

犡Ｃ———对应于全电流的无功电流补偿率；

犓Ｒ———电压测量环节增益（在计算程序中宜选定为１．０ｐ．ｕ．）；

犜Ｒ———电压测量环节的等效时间常数；

犝ＲＥＦ———电压给定值；

犝ＥＲＲ———电压偏差信号。

图１７电压测量与调差单元模型

数字式调节器的电压测量存在随机的纯滞后时间，可以进行多次阶跃试验获得平均纯滞后时间，

犜Ｒ等于该平均纯滞后时间。电压调差率的测量见附录Ｃ。

９．６．２犘犐犇和软反馈校正

ＰＩＤ校正环节包括串联型和并联型，见图１８和图１９。软反馈校正环节见图２０，以发电机磁场电

压、调节器输出或励磁机磁场电流为其输入信号。励磁系统模型以犝ＦＥ表示励磁机磁场电流，在非限幅

区域，调节器输出电压的静态标幺值与犝ＦＥ静态标幺值相同。

１８

犌犅／犜４０５８９—２０２１

符号说明：

犓、犓Ｖ———增益；

犜１、犜２、犜３、犜４———时间常数。

图１８串联型犘犐犇校正环节

符号说明：

犓Ｐ———比例增益；

犓Ｄ———微分增益；

犜Ｄ———微分时间常数；

＋犝Ｄ———微分环节上限幅值；

－犝Ｄ———微分环节下限幅值；

犓Ｉ———积分增益；

＋犝Ｉ———积分环节上限幅值；

－犝Ｉ———积分环节下限幅值。

图１９并联型犘犐犇校正环节

符号说明：

犓Ｆ———软反馈增益；

犜Ｆ———时间常数。

图２０软反馈校正环节

９．６．３补偿励磁机时间常数的反馈

补偿励磁机时间常数的反馈单元可等效为一个比例环节。反馈单元输入信号为发电机磁场电压或

励磁机磁场电流。测量该环节输入输出数据，将输入输出按照计算基准值折算后，获得比例反馈系数。

９．６．４功率控制

三相全控整流桥功率控制环节包括移相和可控整流桥两部分。移相环节的输入是调节器的控制电

压犝ｃ，如采用余弦移相，犝ｃ为±１时对应可控整流器控制角为０°和１８０°，则功率控制环节的放大倍数

犓Ｂ计算见式（１７）。

犝ｄ０１．３５犝ａｃ

犓Ｂ…………（１７）

＝犝ｃ＝犝Ｂ

１９

犌犅／犜４０５８９—２０２１

式中：

犝ｄ０———换弧压降前的直流电压，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝ｃ———控制电压，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝ａｃ———整流桥交流侧线电压，单位为伏（Ｖ）；

犝Ｂ———调节器输出电压基准值，单位为伏（Ｖ）。

功率控制环节的延时特性作一阶惯性环节处理，其时间常数取下述两个时间之大者：调节器对控制

角调整的平均延时和相邻触发脉冲的时间间隔。当延时不大于１０ｍｓ时可以不予计及。

三相全波整流电路采用非余弦移相，或功率控制采用定频调宽方式时，环节增益应采用额定工况处

线性化处理的方法确定，调节器输出限幅值应按实际可控特性计算，并且经过发电机空载大扰动试验

校核。

９．６．５顶值限制

顶值限制包括顶值电压限制和顶值电流瞬时限制。顶值限制对暂态稳定计算结果有影响，应构建

符合实际的顶值限制模型，设置符合实际的限制值。

顶值限制值可通过大扰动试验或静态试验获取。

９．６．６犝犈犔

ＵＥＬ应构建符合实际的模型，设置符合实际的限制值。ＵＥＬ通用模型见附录Ｄ。

９．６．７犗犈犔

ＯＥＬ应构建符合实际的模型，设置符合实际的限制值。ＯＥＬ通用模型见附录Ｅ。

９．６．８犞犉犔

ＶＦＬ应构建符合实际的模型，设置符合实际的限制值。ＶＦＬ模型应符合ＧＢ／Ｔ７４０９（所有部分）

的规定。

９．６．９犘犛犛

ＰＳＳ应选择与实际一致的模型。ＰＳＳ模型主要有两种：单输入信号ＰＳＳ模型（见图２１）和加速功率

型ＰＳＳ模型（图２２）。

符号说明：

犝ＳＩ１———ＰＳＳ输入信号；

犜Ｓ１———ＰＳＳ信号测量环节时间常数；

犜Ｗ１、犜Ｗ２———ＰＳＳ隔直环节时间常数；

犃１、犃２———ＰＳＳ滤波器参数；

犜１、犜２、犜３、犜４、犜５、犜６———ＰＳＳ时间常数；

犓Ｓ———ＰＳＳ增益；

犝ＳＳｍａｘ、犝ＳＳｍｉｎ———ＰＳＳ输出限幅值；

犝ＳＳ———ＰＳＳ输出信号。

图２１单输入信号犘犛犛模型

２０

犌犅／犜４０５８９—２０２１

符号说明：

ω———发电机转速或频率；

犘———发电机有功功率；

狊———传递函数的频域变量；

犜Ｗ１、犜Ｗ２、犜Ｗ３、犜Ｗ４———ＰＳＳ隔直环节时间常数；

犓Ｓ１、犓Ｓ２、犓Ｓ３———ＰＳＳ增益；

犕、犖、犜８、犜９———ＰＳＳ陷波器参数；

犜１、犜２、犜３、犜４、犜６、犜７、犜１１、犜１２———ＰＳＳ时间常数；

犝ＳＳ———ＰＳＳ输出；

犝ＳＳｍａｘ、犝ＳＳｍｉｎ———ＰＳＳ输出限幅值。

图２２加速功率型犘犛犛模型

按照规定的基准值将实际的增益折算为标幺化的增益。对ＰＳＳ输出信号，当ＰＳＳ输出加入到

ＡＶＲ电压相加点上时ＰＳＳ输出信号的基准值应与发电机电压的基准值相同；当ＰＳＳ输出加入到ＡＶＲ

电压相加点后的某环节的输出点时，ＰＳＳ输出信号的基准值与该输出点信号的基准值相同，以保证计算

模型的正确性。

需要获得ＰＳＳ信号的测量时间常数。数字式调节器的ＰＳＳ信号测量存在随机的纯滞后时间，可以

进行多次阶跃试验获得平均纯滞后时间，测量环节的时间常数等于该平均纯滞后时间。

１０计算模型的选择与参数处理

１０．１等同计算模型选择及参数处理

１０．１．１等同计算模型宜采用电力系统稳定分析程序中已有的励磁系统模型，无适用模型时可采用自

定义模型。

１０．１．２实测模型的控制部分、电压测量、顶值限制和ＰＳＳ环节结构与标准模型一致时，直接采用标准

模型；不一致时，可通过等值变换获得稳定计算用环节模型。

１０．１．３ＰＳＳ输出信号相加点、用作励磁稳定器的软反馈和用作减少励磁机时间常数的反馈相加点与

实测模型一致。

１０．１．４当并联型ＰＩＤ转换为串联型ＰＩＤ且不出现非负实数根时，认为并联型ＰＩＤ与串联型ＰＩＤ有一

致的结构，可将并联型ＰＩＤ转换为串联型ＰＩＤ。

１０．１．５当实测模型中有多个限幅时，可采用稳定计算用模型的限幅替代。

１０．１．６当实测模型中存在多个串联的小时间常数惯性环节时，宜合并为一个时间常数不小于１０ｍｓ

的一阶惯性环节。

１０．１．７稳定计算用模型中多余的环节应设置相应参数使其不起作用。

１０．１．８当发电机空载和负载下调节器参数或限制值不同、且对试验结果产生显著影响时，应在建模报

告中提供空载和负载下的参数。

２１

犌犅／犜４０５８９—２０２１

１０．２近似计算模型的选择及参数处理方法

１０．２．１如果电力系统稳定分析程序中无法得到与实测模型等同的计算模型，应选择与实测模型有相

同的励磁系统类型且最为接近的模型作为近似计算模型。

１０．２．２通过计算校核确定近似计算模型参数。

１１现场试验与仿真校核

１１．１现场进行发电机空载电压给定阶跃试验，阶跃量不应使调节器进入限幅区域，一般为１％～５％。

用ＳＦＣ直接拖动的调相机，需要将调相机拖到额定转速附近后在堕转条件下进行空载电压给定阶跃

试验。

１１．２通过资料或试验获得发电机空载特性曲线、犜′ｄ０等发电机参数。犜′ｄ０的现场实测校核方法见附

录Ｆ。

１１．３在电力系统稳定分析程序中设置发电机参数，电抗参数应采用不饱和值，发电机饱和系数应按程

序规定定义求取，常用算法见附录Ｇ。建立励磁系统模型，进行发电机空载电压给定阶跃仿真计算。

１１．４计算实测和仿真中的发电机空载电压给定阶跃响应的上升时间狋ＵＰ、峰值时间狋Ｐ、超调量犕Ｐ、调

整时间狋ｓ和振荡次数犖；仿真与实测的偏差允许值应符合表１。

表１仿真与实测的偏差允许值

品质参数参数范围偏差允许值（＝实测值－仿真值）

≤０．２ｓ±０．５实测值

狋ＵＰ

＞０．２ｓ±０．１ｓ

０ｓ～０．５ｓ±０．１ｓ

狋Ｐ

＞０．５ｓ±０．２ｓ

０～１０％±５％

ＭＰ

＞１０％±０．５实测值

狋ｓ全部±２ｓ

犖全部≤１

１２模型参数仿真复核

１２．１实测励磁模型参数经仿真复核后，方可用于电网调度机构仿真计算。

１２．２实测报告复核内容应包括：

ａ）核查励磁建模试验报告内容的完整性；

ｂ）核查现场试验及试验结果的准确性；

ｃ）进行发电机空载电压小阶跃试验仿真；

ｄ）进行发电机负载电压小阶跃试验仿真。

１２．３模型参数实际电网复核工作应包括：

ａ）实测模型参数放入实际电网中，进行无扰动校核；

ｂ）实测模型参数放入实际电网中，进行小扰动校核；

ｃ）实测模型参数放入实际电网中，根据需要，进行大扰动校核。

２２

犌犅／犜４０５８９—２０２１

附录犃

（规范性）

限幅的表达

犃．１内限幅

积分环节内限幅应符合图Ａ．１的规定，其逻辑关系为：若狔≥犃，狌＞０，则ｄ狔／ｄ狋置０；若狔≥犃，

狌＜０，则ｄ狔／ｄ狋＝狌；若狔≤犅，狌＜０，则ｄ狔／ｄ狋置０；若狔≤犅，狌＞０，则ｄ狔／ｄ狋＝狌；若犅＜狔＜犃，则ｄ狔／

ｄ狋＝狌。

符号说明：

狌———输入信号；

犃———限幅上限值；

犅———限幅下限值；

狔———输出信号。

图犃．１积分环节内限幅

一阶惯性环节内限幅应符合图Ａ．２的规定，其逻辑关系为：设犳＝（狌－狔）／犜。如狔＝犃，且犳＞０，

则ｄ狔／ｄ狋为０；如狔＝犅，且犳＜０，则ｄ狔／ｄ狋为０；其他犅＜狔＜犃。

符号说明：

狌———输入信号；

犃———限幅上限值；

犜———一阶惯性环节的时间常数；

犅———限幅下限值；

狔———输出信号。

图犃．２一阶惯性环节内限幅

犃．２外限幅

积分环节外限幅应符合图Ａ．３的规定，其逻辑关系为：如犃≥狔≥犅，则狓＝狔；如狔＞犃，则狓＝犃；

如狔＜犅，则狓＝犅。

２３

犌犅／犜４０５８９—２０２１

符号说明：

狌———输入信号；

狔———积分后输出信号；

犃———限幅上限值；

犅———限幅下限值；

狓———输出信号。

图犃．３积分环节外限幅

一阶惯性环节外限幅应符合图Ａ．４的规定，其逻辑关系为：如犅≤狔≤犃，则狓＝狔；如狔＞犃，则

狓＝犃；如狔＜犅，则狓＝犅。

符号说明：

狌———输入信号；

犜———一阶惯性环节的时间常数；

狔———积分后输出信号；

犃———限幅上限值；

犅———限幅下限值；

狓———输出信号。

图犃．４一阶惯性环节外限幅

２４

犌犅／犜４０５８９—２０２１

附录犅

（资料性）

调节器输出限幅值获取方法

犅．１试验方法

调节器输出限幅值可通过发电机空载大扰动试验来获得。在发电机空载运行时，进行大阶跃试验，

阶跃量的大小应使扰动达到可控整流器最小和最大控制角，并保证发电机安全。计算模型中采用实

测值。

犅．２试验数据处理方法

犅．２．１自并励励磁系统中的犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ按照式（Ｂ．１）和式（Ｂ．２）计算。

犝ＲＭＡＸ＝（犝ｆ１＋犓ＣＩｆ１）／犝ｔ１…………（Ｂ．１）

式中：

犝ＲＭＡＸ———调节器最大输出限幅值；

犝ｆ１———试验中最大发电机磁场电压，单位为伏（Ｖ）；

犓Ｃ———换弧压降系数；

犐ｆ１———对应于犝ｆ１试验中发电机磁场电流，单位为安（Ａ）；

犝ｔ１———对应于犝ｆ１试验中发电机电压，单位为伏（Ｖ）。

犝ＲＭＩＮ＝（犝ｆ２＋犓Ｃ犐ｆ２）／犝ｔ２…………（Ｂ．２）

式中：

犝ＲＭＩＮ———调节器最小输出限幅值；

犝ｆ２———试验中最小发电机磁场电压，单位为伏（Ｖ）；

犐ｆ２———对应于犝ｆ２的试验中发电机磁场电流，单位为安（Ａ）；

犝ｔ２———对应于犝ｆ２的试验中发电机电压，单位为伏（Ｖ）。

犅．２．２交流励磁机可控整流器励磁系统中的犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ按照式（Ｂ．３）和式（Ｂ．４）计算。

犝ＲＭＡＸ＝犝ｆ１＋犓Ｃ犐ｆ１…………（Ｂ．３）

犝ＲＭＩＮ＝犝ｆ２＋犓Ｃ犐ｆ２…………（Ｂ．４）

犅．２．３有副励磁机的交流励磁机不可控整流器励磁系统中的犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ按照式（Ｂ．５）和式（Ｂ．６）计

算，有励磁变的交流励磁机不可控整流器励磁系统中的犝ＲＭＡＸ和犝ＲＭＩＮ按照式（Ｂ．７）和式（Ｂ．８）计算。

犝ＲＭＡＸ＝犝Ｒ１犓ＥＰ／犝ｅｆＢ…………（Ｂ．５）

式中：

犝Ｒ１———试验中调节器最大输出值，单位为伏（Ｖ）；

犓ＥＰ———强励时副励磁机电压下降系数，对永磁机可取８５％～９０％，对自励恒压副励磁机可取

９０％～９５％；

犝ｅｆＢ———励磁机励磁电压基准值，单位为伏（Ｖ）。

犝ＲＭＩＮ＝犝Ｒ２犓ＥＰ／犝ｅｆＢ…………（Ｂ．６）

式中：

犝Ｒ２———试验中调节器最小输出值，单位为伏（Ｖ）。

犝ＲＭＡＸ＝犝Ｒ１／（犝ｅｆＢ犝ｔ１）…………（Ｂ．７）

式中：

犝ｔ１———试验中与犝Ｒ１相对应的发电机端电压，标幺值（ｐ．ｕ．）。

２５

犌犅／犜４０５８９—２０２１

犝ＲＭＩＮ＝犝Ｒ２／（犝ｅｆＢ犝ｔ２）…………（Ｂ．８）

式中：

犝ｔ２———试验中与犝Ｒ２相对应的发电机端电压，标幺值（ｐ．ｕ．）。

２６

犌犅／犜４０５８９—２０２１

附录犆

（资料性）

电压调差率的测量

犆．１电压调差极性的测量

在发电机有功功率保持不变、滞相运行的情况下，保持电压给定值不变，当采用发电机变压器组单

元接线时，从负到正调整被试验机组的无功电流补偿系数；当采用扩大单元接线时，无功电流补偿系数

在大于零的一定范围内调整。若试验机组的机端电压逐渐变低，无功功率逐渐变小，则极性与

ＧＢ／Ｔ７４０９（所有部分）规定一致；若试验机组的机端电压逐渐变高，无功功率逐渐变大，则相反。

犆．２电压调差率的测量

犆．２．１方法一，在功率因数等于零的情况下，保持电压给定值不变，甩掉５０％～１００％的额定无功功率，

测量甩负荷前后的发电机电压，然后按照式（Ｃ．１）计算电压调差率：

犇犝ｔ１－犝ｔ０犐Ｎ１００％…………（Ｃ．１）

＝犝ｔｎ×犐Ｑ×

式中：

犇———电压调差率；

犝ｔ１———甩负荷后的发电机机端电压，单位为伏（Ｖ）；

犝ｔ０———甩负荷前的发电机机端电压，单位为伏（Ｖ）；

犝ｔｎ———发电机额定电压，单位为伏（Ｖ）；

犐Ｎ———发电机额定电流，单位为安（Ａ）；

犐Ｑ———甩负荷前的发电机无功电流，单位为安（Ａ）。

犆．２．２方法二，此方法可用于被试验机组有相邻机组或无功补偿设备的情况。在发电机发出无功功率

的情况下（有功功率保持不变），保持电压给定值不变，调整相邻机组或无功补偿设备的无功功率，测量

调整前后被试验机组的机端电压和无功电流，然后按照式（Ｃ．２）计算电压调差率：

犇＝犝ｔ０－犝ｔ１×犐Ｎ×１００％…………（Ｃ．２）

犝ｔｎ犐Ｑ１－犐Ｑ０

式中：

犐Ｑ１———相邻机组或无功补偿设备调整无功后的目标发电机无功电流，单位为安（Ａ）；

犐Ｑ０———相邻机组或无功补偿设备调整无功前的目标发电机无功电流，单位为安（Ａ）。

注：工程上也可用相对应的无功功率犙Ｑ０、犙Ｑ１和额定视在功率犛Ｎ分别近似代替电流犐Ｑ０、犐Ｑ１和犐Ｎ。

犆．２．３方法三，发电机并网运行，保持机端电压给定值不变。通过逐步更改无功电流补偿系数，以１％

为步长修改，记录每一个无功电流补偿系数设定值下的发电机稳定运行时的有功功率、无功功率、机端

电压值。通过式（Ｃ．３）计算设定值修改后的电压调差率：

犡ｄ犝ｔ０－犝ｔ犻犝ｔ犻犐犖

犇犻＝＋×１００％……（Ｃ．３）

（犓＋１犝ｔＮ犙犻）

式中：

犇犻———第犻次修改调差系数后的电压调差率；

犡ｄ———发电机直轴同步电抗的饱和值，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犓———励磁系统静态增益，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犝ｔ０———无功电流补偿系数为０的机端电压，单位为伏（Ｖ）；

２７

犌犅／犜４０５８９—２０２１

犝ｔ犻———第犻次修改调差系数后的发电机机端电压，单位为伏（Ｖ）；

犝ｔＮ———发电机额定电压，单位为伏（Ｖ）；

犐Ｎ———发电机额定电流，单位为安（Ａ）；

犙犻———第犻次修改调差系数后的发电机无功功率，单位为乏（ｖａｒ）。

２８

犌犅／犜４０５８９—２０２１

附录犇

（资料性）

低励限制模型

犇．１折线型低励限制

折线型由多段直线组成，也可是一段直线。每一段直线用式（Ｄ．１）表示，折线型低励限制曲线的一

段直线见图Ｄ．１。

犙＝犓犘＋犆…………（Ｄ．１）

式中：

犙———发电机低励限制无功值，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犓———折线型低励限制曲线中一段直线的斜率；

犘———发电机运行点对应的有功，标幺值（ｐ．ｕ．）；

犆———折线型低励限制曲线的一段直线在犘犙坐标系中的截距。

符号说明：

（犘１，犙１）———发电机运行点１；

（犘２，犙２）———发电机运行点２。

图犇．１折线型低励限制中的一段直线

一般给定斜率犓和截距犆，或由二点法确定犓和犆，见式（Ｄ．２）。式中各变量均采用标幺值。

烄犓＝犙１－犙２

烅犘１－犘２…………（Ｄ．２）

烆犆＝犙２－犓犘２

式中：

犓———折线型低励限制曲线中一段直线的斜率；

犙１———发电机运行点１对应的无功功率；

犙２———发电机运行点２对应的无功功率；

犘１———发电机运行点１对应的有功功率；

犘２———发电机运行点２对应的有功功率；

犆———折线型低励限制曲线的一段直线在犘犙坐标系中的截距。

犇．２圆周型低励限制

圆周型动作线的圆心在犙轴上，见图Ｄ．２。

２９

犌犅／犜４０５８９—２０２１

给定狉、犙０时圆弧用式（Ｄ．３）表示。式中各变量均采用标幺值。

犘２＋（犙０－犙）２＝狉２犙＝犙０－槡狉２－犘２……（Ｄ．３）

式中：

犘———发电机的有功功率；

犙０———圆周型低励限制曲线的圆心；

犙———发电机的无功功率；

狉———圆周型低励限制曲线的半径。

符号说明：

（犘１，犙１）———发电机运行点１；

（犘２，犙２）———发电机运行点２。

图犇．２圆周型低励限制

给定两点（犘１，犙１）、（犘２，犙２）时圆弧用式（Ｄ．４）表示。式中各变量均采用标幺值。

烄１犘１２－犘２２

犙０＝＋犙１＋犙２

２（犙１－犙２）

烅狉２＝犘１２＋（犙０－犙１）２……（Ｄ．４）

或

烆狉２＝犘２２＋（犙０－犙２）２

式中：

犙０—