励磁调节器动态测试仪

1. 励磁调节器动态测试仪 • 张 凌 俊 • 北京四方吉思电气有限公司 • Beijing SiFang Jisi Electric Co., Ltd.

2. 一、研制目的 １．电力系统对励磁装置的需求 电网运行的经济性、可靠性、安全性要求逐步提高。电网中存在很多对系统运行有重大影响的设备，自动励磁调节器就是其中之一。自动励磁调节器的性能直接影响发电机组的运行，对机组和系统的安全运行至关重要。 励磁调节器：由简单的AVR—AER。 PID+PSS1A/PSS2A(NR-PSS)；欠励限制/保护;过励限制/保护；V/Hz限制/保护；定子过电流限制；功角限制/保护；最小励磁电流限制/保护；最大励磁电流限制/保护；转子测温保护；SEDC等。

3. 一、研制目的 ２．发电机入网检测的要求 调度组织励磁装置入网检测； 200MW以上机组模型、参数测试，PSS试验。 ３．短周期、低成本的有效测试手段 用户缺乏经济有效的测试手段。

4. 二、应用场合 1、现有测试手段 1.1 开环测试（PID/PSS/保护限制） 测试项目少，闭环、动态性能无法测 1.2 动模测试 建设成本、试验费用高、周期长，与现场设备参数差异大，不够准确（定性） 1.3 RTDS测试 费用高、周期长，准确，搭建系统模型时间长，励磁定制版本漏检 1.4 现场开机测试 经济性差（燃油、弃水），多次起停、冲击，不安全

5. 二、应用场合 2、LDW-III励磁调节器动态微机测试系统 2.1 测试项目较全 2.2 闭环、动态性能可以测 2.3 费用低、周期短，较准确，搭建系统模型时间短，励磁定制版本不漏检

6. 三、动态测试仪系统介绍 1. 总体概述 : 励磁调节器动态特性测试系统的功能是取代发变组线路等主设备及励磁系统除调节器外的励磁设备，对调节器进行测试。对下图所示的一个典型的三机系统（自并励系统模型相对简单），在发电机停机检修期间，我们可以用测试系统来代替图中的虚框部分，完成励磁调节器的测试工作。

7. 三、动态测试仪系统介绍 • 工作原理结构： • 通过隔离滤波和AD接口，实时检测励磁调节器的整流桥直流输出ULL（或触发脉冲），转换成数字量；计算机根据给定的数学模型和设置的机组参数进行实时数字仿真，得到励磁机、发电机及单机-无穷大系统在调节器控制作用下的动态过程；通过DA接口和功率放大，将仿真计算得到的发电机机端电压、电流等数字量转换成模拟量实时传送到励磁调节器，形成一个闭环系统。

8. 三、动态测试仪系统介绍 • 2 、接口 • 测试系统输入 • 发电机组在正常运行时是受励磁调节器控制的，这种控制通过励磁调节器调节其输出来实现。为了实现取代发电机的功能，测试系统的输入就是励磁调节器输出给发电机或励磁机的电信号。 • 励磁调节器的输出需要经过隔离、滤波等环节，再由14位A/D把模拟量变为数字量，输入DSP芯片处理。 • 　　目前的测试系统可以采用二种输入方式：直接量测整流桥的直流输出；或量测可控硅的触发脉冲，再经过内部计算，折合成直流电压。二者可选其一，选择过程在软件操作中的“配置参数”选项中完成。 • 除此之外，还有一些必要的开关量。

9. 三、动态测试仪系统介绍 • 测试系统输出 • 　　对励磁调节器而言，调节主要依据是机端电量：电压和电流，励磁电压/电流。因此测试系统的输出就是模拟发电机的机端电压和电流，励磁电压/电流。在系统仿真部分中，通过计算机计算得到的实时状态是一组数字量，而且是有效值。输出部分首先通过高速DA转换把这组数字量转换为模拟量，部分量是实时正弦波形，然后通过功率放大，把信号放大为励磁调节器可以接受的强电量。直流量通过快速变送器处理。

10. 三、动态测试仪系统介绍 主要接口指标： 电流源交流幅值（有效值）： 0～20A/相功率： 30VA/相 幅值精度： ≤0.2%，频率： 范围30～75Hz分辩率0.01Hz电压源交流幅值（线电压有效值）： 0～150V  功率： 30VA/相 精度： ≤0.2%   频率： 范围30～75Hz分辩率0.01Hz相位：范围0～360度分辩率：0.1度 精度：0.1度 直流电压输入范围：0~500V(1000V) 同步电压采样（有效值）：20V～200V 脉冲输入幅值：10V～30V

11. 三、动态测试仪系统介绍 • 3、软件功能 • 软件功能包括：静态性能测试、动态性能测试、开环特性，并可进行图形打印。 • 静态性能测试 • 静态性能测试的功能是：可以根据实验需要，手动或自动地对测试系统输出的电压电流的幅值、相位、频率进行各种方式的人为改变（此时系统为开环），并可以实时检测励磁调节器直流输出或触发脉冲角度的变化，相当于一台智能化的调压器、变流器、移相器和变频器。

12. 三、动态测试仪系统介绍

13. 三、动态测试仪系统介绍 • 1)手工调整： • 　　手动给定测试系统的输出，一但数值确定，系统将维　　　　　　持所给定的输出不变，直到再次调整给定值； • 2)斜坡调整： • 　　励磁测试系统的电压电流输出，其幅值、相角、频率可独立按任意斜率进行斜坡上升和斜坡下降变化； • 3)正弦调制： • 　　机端电流I的有效值（包络线）或机端电量的频率F按照给定的振荡幅度与频率自动进行周期性的正弦振荡；

14. 三、动态测试仪系统介绍 • 可实现的测试： • 测量单元特性 ：（Ut/Pe时间常数） • 频率特性：通过改变PT输出电压的频率，观察频率变化时励磁调节器输出电压的变化情况； • 欠励特性：通过改变电压和电流之间的相位，可观察励磁调节器在进相运行时的调整特性； • 过励、V/Hz等各种限制特性：通过改变电压、电流、频率和相位，可观察励磁调节器的各种限制特性的动作。

15. 三、动态测试仪系统介绍 • 开环特性测试 • 开环特性：机端电压按照给定的范围、步长和速度自动变化，在每一点自动检测励磁调节器的输出（直流电压或触发脉冲角度），计算出每一点的开环放大倍数，得到被测励磁调节器的输入输出特性和开环放大倍数。测试结果曲线可以保存或打印。 • 开环实验：通过调整励磁调节器的输入电压（模拟发电机PT输出电压），记录其输出电压的数据，可测得励磁调节器的输入输出特性和放大倍数。

16. 三、动态测试仪系统介绍 • 动态性能测试 • 动态性能测试就是闭环测试。实验过程中，励磁调节器的直流输出实时地被仿真测试系统检测，系统的输出则模拟发电机组及励磁系统在励磁调节器的作用下的动态过程。 • 试验包括： • 切负荷：可以模拟发电机甩掉一定负荷（可任意给定）后的电压及转速的动态变化过程，来考察励磁调节器对机端电压的控制效果； • 阶跃实验：模拟发电机在空载/并网状态下，由励磁调节器的输出来控制机端电压阶跃变化，来考察空载条件下的励磁调节器的控制性能，包括响应速度、超调量、振荡次数、阻尼比等等；

17. 三、动态测试仪系统介绍

18. 三、动态测试仪系统介绍 • 短路：模拟发电机在一定负荷（可任意给定）情况下输电线的单回线发生三相对称短路瞬时故障时的动态特性，来考察励磁调节器的强励特性和对系统稳定的影响； • 零起升压：模拟发电机在额定转速无励磁初始状态下，由励磁调节器的输出来控制机端电压由零升压至额定电压的动态过程，来考察励磁调节器的调节性能，包括上升时间、超调量、调节时间、振荡次数等等； • 静稳测试：模拟发电机在一定初始负荷（可任意给定）情况下有功功率持续缓慢增加直到失去稳定的动态过程； • 长期实验：模拟发电机在一定初始负荷（可任意给定）情况下长期稳定运行的过程，实验中可任意进行增减无功和增加有功的操作，模拟各种保护限制动作工况。

19. 四、现场应用情况 1、自行软件仿真（全数字仿真） 在本测试系统中，是在计算机中进行完全数字仿真，包括励磁调节器的仿真，是用来在没有励磁调节器的情况下进行演示和学习本软件的用法的，尤其是“动态性能测试”和“实验结果显示及打印”部分。在这部分中，不需要除计算机外的任何其他设备，计算机内部的数学模型将包含励磁调节器的数学模型。励磁调节器的参数设置将决定着实验效果，它的参数也需要在“配置参数”选项中设置。如不进行设置，系统将使用默认参数。 励磁调节器的PID模型可以采用并联或串联补偿模型，PSS可以采用PSS1A或PSS2A模型。

20. 100％起励 四、现场应用情况 1、自行软件仿真（全数字仿真） 100%零起升压定子电压波形

21. 100％起励 四、现场应用情况 1、自行软件仿真（全数字仿真） +10%阶跃定子电压波形

22. 100％起励 四、现场应用情况 1、自行软件仿真（全数字仿真） 甩负荷定子电压波形

23. 四、现场应用情况 2、现场220MW机组三机励磁调节器测试

24. 四、现场应用情况 2、现场220MW机组三机励磁调节器测试 ±5%阶跃（PID并联补偿） 机端电压

25. 四、现场应用情况 2、现场220MW机组三机励磁调节器测试 ±5%阶跃（PID并联补偿） 励磁电压

26. 四、现场应用情况 2、现场220MW机组三机励磁调节器测试 线路三相短路试验（PID并联补偿） 励磁电压/机端电压

27. 四、现场应用情况 2、现场220MW机组三机励磁调节器测试 线路三相短路试验 有功/无功

28. 五、升级目标 • １．提高仿真精度，主要是功放环节 • ２．提高仿真速度，从≤1.0ms---≤100μs • 3．与高校合作，增强系统仿真水平 • 4. 降低造价。

29. 谢谢各位专家 的指导！