DL∕T 1167-2019(代替DL∕T 1167-2012) 同步发电机励磁系统建模导则.pdf
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1、DL/T 1167 2019 I ICS 29.020 K 21 备案号:-20 中华人民共和国电力行业标准 DL/T 1167 2019 代替 DL/T 1167 2012 同步发电机励磁系统建模导则 Guide for modeling generator excitation system Boiler refractory material for thermal power plant 火力发电厂锅炉耐火材料 火力发电厂锅炉耐火材料 2019-06-04发布 2019-10-01实施 国家能源局 发 布 DL/T 1167 2019 I 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引
2、用文件.1 3 术语与定义.1 4 建模技术原则.3 5 对励磁设备的要求.4 6 资料和数据的准备.4 7 励磁系统的标幺值.5 8 励磁调节器环节特性辨识的基本方法.5 9 励磁系统实测数学模型的建立.8 10 模型的选择及参数处理方法.23 11 励磁系统模型参数的现场试验校核.24 12 近似计算模型的校核.26 13 励磁系统建模报告主要内容.27 14 模型参数的复核入库.28 附录 A(规范性附录)限幅的表达.29 附录 B(资料性附录)低励限制模型.31 附录 C(资料性附录)过励限制模型.33 附录 D(规范性附录)发电机饱和系数的计算.35 DL/T 1167 2019 I
3、I 前 言 本标准根据 GB/T 1.12009标准化工作导则 第 1 部分:标准的结构和编写给出的规则起草。本标准代替 DL/T 11672012。本标准与 DL/T 11672012 相比,除编辑性修改外主要技术变化如下:修改了规范性引用文件(见 2);修改了术语与定义(见 3);修正了三相全控桥整流器应采用余弦移相的技术要求(见 5.1c);细化了励磁系统模型定型测试要求(见 5.2);细化了励磁系统测试接口与试验功能要求(见 5.3);增加了励磁建模所需的资料和数据(见 6a、6g 和 6i);增加了确定无功电流补偿系数的内容(见 8.5.1);修改了电压调差率极性的校核内容(见 8.
4、5.2);增加了三种无功电流补偿率测量方法(见 8.5.3.3、8.5.3.4、8.5.3.5);细化了静止励磁系统的类型(见 9.2 c);增加了缺少现场试验辨识数据时 TE的取值规定(见 9.4.2.4 d);修正了公式(17)、(18)和(21)(见 9.4.2.6 和 9.4.2.10);增加了“基于标量相乘叠加的电压、电流测量与电流补偿单元”的内容(见 9.6.2);增加了 PSS-NB 型电力系统稳定器模型(见 9.8);增加了励磁系统辅助控制环节作用于电压调节器的方式(见 9.9);增加了发电机直轴暂态开路时间常数d0T测试的内容(见 11.2);细化了仿真与实测的偏差允许值(见
5、 11.3.4);明确了 URMAX和 URMIN采用实测值的要求(见 11.4 d);增加了发电机负载电压小阶跃扰动试验校核的内容(见 11.5);修改了近似计算模型的校核条件(见 12.2);修改了发电机负载阶跃响应近似计算模型校核计算的内容及要求(见 12.3.2);增加了励磁建模报告应收集主变及励磁系统相关原始资料的要求(见 13.8 b 和 13.8g);增加了模型参数复核入库的内容(见 14);修改了附录 C(见附录 C);修改附录 D 为规范性附录(见附录 D)。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC/TC446)归口。本标准起草单位:
6、国家电网有限公司国家电力调度控制中心、国网浙江省电力有限公司、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、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、华北电力科学研究院有限责任公司、国家电网有限公司华东分部、广东电网有限责任公司电力科学研究院、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院、国网福建省电力有限公司电力科学研究院、浙江浙能技术研究院有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、国网江西省电力有限公司电力科学研究院。本标准主要起草人:吴跨宇、于钊、熊鸿韬、霍承祥、孙建锋、王超、曹路、孙维真、濮钧、张剑云、吴龙、陈新
7、琪、吴涛、刘洪涛、沈轶君、谢欢、张俊峰、江伟、程林、张锋、丁凯、戴申华、吴剑超、倪秋龙、刘燕嘉、袁亚洲、史扬、楼伯良、叶琳、卢嘉华、房乐、张建承、张静、卢岑岑、高磊、朱宏超、徐在德、武朝强、朱艳卿、李照庭。本标准历次版本发布情况为:DL/T 11672012。DL/T 1167 2019 III 本标准在执行中出现的问题或建议向中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市宣武区白广路二条 1 号,100761)反映。DL/T 1167 2019 1 同步发电机励磁系统建模导则 1 范围范围 本标准规定了电力系统稳定分析计算用的同步发电机励磁系统数学模型的建立方法。本标准适用于汽(燃气)轮发电机、水
8、轮发电机、抽水蓄能电站发电/电动机和核电机组励磁系统建模。2 规范性引用文件规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是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/T 7409(所有部分)同步电机励磁系统 DL/T 583 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件 DL/T 843 大型汽轮发电机励磁系统技术条件 DL/T 1391 数字式自动电压调节器涉网性能检测导则 DL/T 1767 数字式励磁调节器辅助控制技术要求 3 术语与定义术语与定义 下列术语与定义适用于本标准。3.1 原始模型原始
9、模型 primary model 由制造厂提供或根据制造厂提供的资料推导出的模型结构及参数。3.2 实测模型实测模型 measured model 参照原始模型进行模型和参数实测后所得到的实际模型结构及参数。3.3 计算模型计算模型 calculating model 用于稳定计算的模型结构及参数。a)等同计算模型(identical calculating model)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。b)近似计算模型(similar calculating model)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
10、及参数。3.4 电压调差率电压调差率 voltage compensative ratio 发电机在功率因数等于零的情况下,无功电流从零变化到额定定子电流值时,发电机机端电压的变化率,有功和无功负载电流补偿器退出后的电压调差率称自然电压调差率。GB/T 7409.1-2008,总则 2.21 3.5 DL/T 1167 2019 2 无功电流补偿率与无功电流补偿系数无功电流补偿率与无功电流补偿系数 reactive current compensative ratio and reactive current compensative coefficient (按照效果描述)因无功电流补偿器投
11、入而产生的电压调差率的增量为无功电流补偿率,对应的补偿控制参数称为无功电流补偿系数。3.6 阶跃试验阶跃试验 step test 被控量的给定值阶跃变化的试验。3.7 阶跃量阶跃量 step value 阶跃试验中,被控量的最终稳态值与初始值之差。3.8 超调超调量量 overshoot 阶跃试验中,在被控量初次越过最终稳态值后,被控量与最终稳态值的差值与阶跃量之比的最大值。3.9 起始时间起始时间 start time 阶跃试验时,被控量开始响应的时刻。3.10 上升时间上升时间 upward time 阶跃试验中,从起始时间 t0到被控量的变化值初次达到 90%阶跃量的时间。3.11 峰值
12、时间峰值时间 peak time 阶跃试验中,从起始时间 t0到被控量的变化值绝对值达到最大值的时间。3.12 调节时间调节时间 settling time 阶跃试验中,从起始时间 t0到被控量与最终稳态值之差的绝对值开始持续小于阶跃量绝对值的 5%(图 1 中 C 点)所需的时间。DL/T 1167 2019 3 Ut00t0U1UuptptstBC0P1P2P3P4P()101.05 UU()100.95 UU()100.9 UUU U0 初始值;U1 最终稳态值;t0 起始时间;tup 上升时间;tp 峰值时间;ts 调节时间。图1 阶跃响应特性示例曲线 3.13 振荡次数振荡次数 nu
13、mber of oscillation 在调节时间内被控量的振荡周期数。3.14 频域测量法频域测量法 frequency-domain measuring 在输入端加入不同频率正弦信号或噪声信号,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直接对比或者曲线拟合技术来辨识模型及其参数的方法。3.15 时域测量法时域测量法 time-domain measuring 在输入端加入扰动信号,一般为阶跃信号,测量输出的时域响应特性,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比较从而辨识模型及其参数的方法。4 建模技术原则建模技术原则 4.1 励磁系统部件的模型应符励磁
14、系统部件的模型应符合合 GB/T 7409 的要求。励磁系统的参数实测与建模工作在励磁系的要求。励磁系统的参数实测与建模工作在励磁系统现场试验调试合格后进行。统现场试验调试合格后进行。4.2 新投产发电机组励磁系统参数实测与建模试验应在机组满负荷试运前完成。励磁系统发生新投产发电机组励磁系统参数实测与建模试验应在机组满负荷试运前完成。励磁系统发生设备改造、软件升级、参设备改造、软件升级、参数修改等时,应报所辖调度机构及其技术支撑单位备案并按要求重新数修改等时,应报所辖调度机构及其技术支撑单位备案并按要求重新安排测试。对于其他的设备改造、不影响模型的软件升级及参数修改,上报调度机构及其技术安排测
15、试。对于其他的设备改造、不影响模型的软件升级及参数修改,上报调度机构及其技术支撑单位备案即可。支撑单位备案即可。4.3 以设备制造厂家提供的模型技术资料为基础,通过现场测试、辨识和仿真计算建立实测模以设备制造厂家提供的模型技术资料为基础,通过现场测试、辨识和仿真计算建立实测模型。型。4.4 根据实测模型建立计算模型。计算模型应能够满足所在电网调度机构采用的电力系统仿真根据实测模型建立计算模型。计算模型应能够满足所在电网调度机构采用的电力系统仿真计算程序使用。计算程序使用。DL/T 1167 2019 4 4.4.1 等同计算模型可以是电力系统计算程序中的固定模型,也可以是其自定义模型。进行等同
16、计算模型可以是电力系统计算程序中的固定模型,也可以是其自定义模型。进行发电机空载电压阶跃的仿真,与试验结果对比确定等同计算模型与参数。发电机空载电压阶跃的仿真,与试验结果对比确定等同计算模型与参数。4.4.2 在计算程序中没有与实测模型结构基在计算程序中没有与实测模型结构基本一致的模型时,选择与实际励磁系统结构最为本一致的模型时,选择与实际励磁系统结构最为接近的模型,并通过参数调整使其特性与试验结果基本一致,由此得到近似计算模型。对近接近的模型,并通过参数调整使其特性与试验结果基本一致,由此得到近似计算模型。对近似计算模型,要求进行发电机负载扰动下的校核计算。似计算模型,要求进行发电机负载扰动
17、下的校核计算。4.5 进行稳定计算至少应提供自动电压调节器、励磁系统功率设备、电力系统稳定器(进行稳定计算至少应提供自动电压调节器、励磁系统功率设备、电力系统稳定器(PSS)、)、调差特性及顶值限制数学模型和参数,进行电压稳定计算和中、长期稳定计算还应当提供低励调差特性及顶值限制数学模型和参数,进行电压稳定计算和中、长期稳定计算还应当提供低励限制(限制(UEL)、过励限制()、过励限制(OEL)以及伏赫限制数学模型和参数。以及伏赫限制数学模型和参数。5 对励磁设备的要求对励磁设备的要求 5.1 励磁系统设备技术要求励磁系统设备技术要求 a)应提供与设备相符的数学模型、参数(包括自动电压调节器、
18、励磁系统功率设备、电力系统稳定器、调差、低励限制、过励限制、顶值限制、伏赫兹限制等各环节)和励磁设备技术数据,励磁系统应符合 GB/T 7409、DL/T 583、DL/T 843 等标准的要求;b)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,并说明标幺值的基准值确定方法;c)采用基于晶闸管三相全控桥的整流器应采用余弦移相,余弦移相算法宜考虑整流桥交流侧电压变化以保证在不同工况下静态增益均为恒定值;d)励磁调节器应在定型生产前完成环节编程正确性检查,或者同类型励磁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,并提供相应的技术支撑文件,否则应通过环节特性
19、测辨方法确认 PID 和反馈控制环节的模型参数。5.2 励磁系统模型定型测试要求励磁系统模型定型测试要求 a)在设计、型式试验阶段应进行产品数学模型参数的确认,设备应通过产品技术鉴定,在励磁系统现场投产前应按照 DL/T 1391 的要求在有资质第三方进行励磁控制器模型参数测试验证合格,并提供完整的涉网性能测试报告;b)励磁系统模型参数第三方测试校核应包括(但不限于):1)AVR 模型、参数校核;2)电力系统稳定器模型、参数校核;3)调差环节模型、参数校核;4)主要限制环节功能与作用于主控制环方式验证。c)现场采用的励磁控制器软件版本应与第三方测试合格时的软件版本一致,软件升级前应提供附加测试
20、合格报告并说明升级理由和内容,必要时重新进行现场建模试验。5.3 励磁系统测试接口与试验功能要求励磁系统测试接口与试验功能要求 a)励磁系统应具备符合标准规定的、能供第三方进行数学模型参数测试所需要的 D/A、A/D 转换接口,各转换接口的绝缘、抗干扰、转换精度和响应时间能满足测试要求,包括(但不限于):1)可以叠加至 AVR 给定和 PSS 信号输入点的 A/D 接口;2)经 D/A 转换的 AVR 控制输出和 PSS 控制输出。b)励磁系统应提供便于仪器测量、接线且符合绝缘要求的励磁电压、励磁电流接线端子,各测试接口能保证测试过程中设备、人员和系统安全。6 资料和数据的准备资料和数据的准备
21、 应根据励磁系统类型收集下述资料和数据:a)包含发电机、主变压器及厂站高压母线、送出线路等的主接线图;b)主变压器、励磁变压器的额定容量、一次和二次额定电压、短路电抗和负序电抗;c)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、励磁方式、励磁绕组电阻等;DL/T 1167 2019 5 d)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 Td0e、励磁方式、励磁绕组电阻、同步电抗 Xde、次暂态电抗 Xde和负序电抗 X2e;e)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、
22、外特性曲线、空载电压、发电机输出额定电流时的端电压、发电机输出强励电流时的机端电压;f)发电机空载特性曲线、发电机 Td0等各时间常数、发电机各电抗值、完整的机组轴系各部件转动惯量(含原动机)、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、在规定温度下的励磁绕组电阻值;g)励磁系统可控整流桥触发角度范围,励磁系统整流桥、灭磁系统等一次回路接线方式;h)励磁系统功能说明、投产试验报告以及各个环节的整定参数;i)有资质第三方出具的励磁系统涉网性能测试报告。7 励磁系统的标幺值励磁系统的标幺值 a)标幺值是由实际值除以基准值得到
23、的;b)发电机电压的基准值UB为发电机额定电压,发电机电流的基准值IB为发电机额定电流,发电机功率的基准值 SB为发电机额定视在功率,发电机转速(频率)的基准值 nB(fB)为发电机额定转速(频率);c)发电机磁场电流的基准值 IfB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 RfB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 UfB为磁场电流的基准值乘以磁场绕组电阻的基准值;d)励磁机磁场电流的基准值 IefB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
24、,励磁机励磁电阻的基准值 RefB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考虑回路阻值作为励磁机励磁电阻的基准值 RefB;励磁机磁场电压的基准值 UefB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;e)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的基
25、本方法励磁调节器环节特性辨识的基本方法 8.1 概述概述 根据模拟式调节器的电路图或数字式调节器的传递函数框图,可以确定各部分的模型,在此基础上测辨其参数。根据模型的具体情况,分级测试各环节的输入、输出特性,根据测量结果和预定的计算模型拟合得到未知的参数。对励磁调节器环节特性的测试辨识一般在静态情况下进行,常用的方法有频域测量法和时域测量法,也可以同时采用频域测量和时域测量两种方法。8.2 频域测量法频域测量法 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
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