励磁培训3：励磁系统性能指标

励磁系统的性能指标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《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》DL/T843－2003《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》DL/T650－1998《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技术条件：AVR性能指标：调压范围：自动：10%~120%、手动：5%~130%调压精度：≤空载额定电压的0.1%调差范围：±30%，级差0.1％稳态增益：≥500倍暂态增益：≥40倍调压速度：0.3%~1%额定空载电压/秒电压分辨率：≤0.05%额定空载电压V/F特性：不大于±0.25%额定空载电压/1HzAVR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)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。)()()(sXsYsG代数方程频域描述微分方程时域描述)()()(..))(()(..sXsGsYtxfty)(1)()()(sXsdttxLssXdttdxLSystemControl..)(..txInput)(..tyOutputRsC1RsC1)(tuc)(tic传递函数G(s)----示例dttduCticc)()()()(ssCUsIccsCsIsUsGcc1)()()(sTsRCsCRsCsG111111)(sTsTsRCsRCsCRRsG111)(2111sTsTKP基本单元IEEE421.5励磁模型---AC1AHVGATELVGATEFEX=f［lN］VX=VESE［VE］KEKDVCVREFVS+-+-VFVAMAXVUELVAMINVOELVRMAXVRMINVR+-VEEFDFEXINIFDVX++VFE++0FFsTsK1AAsTK1BCsTsT11EsT1EFDCNVIKI励磁机软反馈励磁机保护环节前向通道等效BPA：FM、FN、FQPSS/E：ESAC1AIEEE421.5励磁模型---ST1AVTVRMAX-KCIFDVCHVGATEVIMAXVIMINHVGATELVGATEVSVUELVUELVSVREFVFVIVUEL+-+-VAMAXVAMINVA++-VOELALTERNATEUELINPUTSALTERNATESTABILIZERINPUTSKLRVTVRMIN+-IFD0ILRFFsTsK1AAsTK1111111BCBCsTsTsTsTEFD软反馈保护环节前向通道功率单元等效BPA：FVPSS/E：ESST1APID比例-积分-微分控制---GEC-1ΔVG并联校正EXsTsTsTsTKP43211111FFsTsK1feIPIDfdECU励磁机滞后校正21TT超前校正43TTGEC-1串联校正方式ΔVG并联校正EXsTsTsTsTKP43211111FFsTsK1feIPIDfdECU励磁机•物理概念清楚•整定方便•实现较复杂GEC-1并联校正方式ΔVG并联校正EXPKFFsTsK1feIPIDfdECU励磁机•结构简单•整定不直观•性能较好PID比例-积分-微分控制---GEC-2ΔVG功率单元STsTKDIP11PXfIPIDfdECU一般，为PI调节0DT•结构简单•整定不直观•适用于自并励数字式PID的实用考虑不完全微分STsTKDIP11PID)(sY)(sX积分分离与限幅FDsTsT1sTI1etx)(PID的作用---比例PsTsTsTsTKP43211111•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40)(,0:120)(,,0:200)(,0,:213432121TTKsGtKTTTTKsGstKKsGstKPPP动态放大倍数暂态放大倍数静态放大倍数ssss03.011.0110121200)(sGPID的作用---积分IsTsTsTsTKP43211111•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ssss03.011.0110121200)(sG21T)(dBL011T31T41T1K3K2KPID的作用---微分D•提高响应速度•减小超调量•补偿Te惯性•有利于系统动态稳定ΔVGsTsTsTsTKP43211111PIDfdECU励磁机21TT43TTsTe11eTT3令sTsTsTKP4211111)(sG等效减少了励磁机的时间常数Te-T4微分的作用---示例元宝山#2机600MW+5%阶跃响应1.YBS3044G(s)=2.YBS3043G(s)=3.YBS3042G(s)=ssss03.011.0110121200ssss03.012.0110121200ssss03.013.0110121200微分的作用---示例YBS3044T3=0.1YBS3043T3=0.2YBS3042T3=0.3并联校正的作用ΔVG并联校正EXPKFFsTsK1feIPIDfdECU励磁机•结构简单•实现方便-模拟式•性能较好•与微分D等效并联校正的作用反馈通道)(sH)(sF)(sE)(sX)(sY前向通道)()(1)()()()()()()()()(1)()()()()(sFsHsHsXsYsGsXsHsYsFsHsFsYsXsHsY并联校正的作用---硬反馈esT11fK)(sX)(sYfefefefeKTsKsGsTKsTKsTsGsFsHsHsXsYsG1111)(111111)()()(1)()()()(•Te减小1+Kf倍•放大倍数减少•1+Kf倍•与微分D等效0.4:fK例如并联校正的作用---软反馈esT11sTsTKwwf1)(sX)(sYsTKsTKsTsGsTTsTKKTsTsGsTTsTKTsTsGTsKsTsTsTsGsTsTKsTsTsGwfwfewewffewwewfewwfwe)1(11111)()1(111)()1(11)()1)(1(1)(111111)(22•Te减小1+Kf倍•动态放大倍数•减少1+Kf倍•静态倍数不变0.2,5.0,0.4:wefTTK例如并联校正的作用---示例元宝山#2机600MW+5%阶跃响应1.YBS304AUc(s)=2.YBS304BUc(s)=3.YBS304CUc(s)=)(0.1103.0)(200sIsssUfet)(0.1106.0)(200sIsssUfet)(0.111.0)(200sIsssUfet并联校正的作用---示例YBS304AYBS304BYBS304C并联校正与微分的比较元宝山#2机600MW+5%阶跃响应1.YBS3044G(s)=2.YBS304CUc(s)=)(0.111.0)(200sIsssUfetssss03.011.0110121200并联校正与微分的比较YBS3044YBS304C模型PID传递函数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BAsICsUsYsGT1)()()()(sTsTKid11PID控制PIDΔVG控制±5%22111sTsTsTsTww1ePPSS电力系统稳定器PSSK模型PSS传递函数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：抑制低频振荡BAsICsUsYsGT1)()()()(PSSK21211sTsTePPSS电力系统稳定器控制ΔVGΔPeΔVfKVKωKfKP解Riccati方程，求出****,,,fPVKKKKLOEC线性最优控制LOEC(线性最优励磁控制器)模型状态方程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CXYBUAXXKpeKKVPeVuf发电机线性化状态方程发电机励磁控制系统])([1)(10fdddqdqemuIxxETEPPHsinXUEPqG发电机的输出功率可写成P0•线性控制的局限性0P0NOEC(非线性最优励磁控制器）模型控制规律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，提高静稳和暂稳])cos)(([1)sin(10fddqddqdqqmuxVxExxETEXUEPH),,,,,(VIQPuueeff•反馈线性化uXgXfX)()(vXbXau)()(BvAZZ**)()(vXbXauP0)(XZ坐标变换与反变换镜面影射GEC主体结构图交流采样多路开关A/DCPUu=公式VabciabcRAMEPROM))14.23.2()()()((1000itiiditidieitieitieiditidieitidieitieifidtTHVxQVPdtdVQxVTPVxQVPVNREC(非线性鲁棒励磁控制器）模型控制规律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，提高静稳和暂稳，干扰抑制201])cos)(([1)sin(1wuxVxExxETEwXUEPHfddqddqdqqm),,,,,(VIQPuueeffGEC动态模拟实验结果GEC动态模拟实验结果GEC仿真计算结果东北红石电厂17万kW21万kW内蒙电力系统1994年10月，三相短路，稳定崩溃，大停电1996年3月，三相短路，安全。GEC现场稳定案例GEC系列全数字式励磁控制器