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GB／T 7409.2-2020 同步电机励磁系统 第2部分：电力系统研究用简介：

GB/T 7409.2-2020 是中国国家标准，全称为《同步电机励磁系统 第2部分：电力系统研究用简介》。这个标准主要针对同步电机励磁系统在电力系统研究中的应用，提供了详细的描述和指导。

在电力系统中，同步电机励磁系统是关键组成部分，它控制电机的磁场强度，以保证稳定的电力输出和调节电力系统的动态性能。GB/T 7409.2-2020 标准中，第2部分主要介绍了这些系统在电力系统研究中的，包括：

1. 概述：对励磁系统的基本概念、作用和重要性进行解释。 2. 励磁控制系统：描述了励磁控制系统的数学，包括磁链控制、电压控制等的建立方法。 3. 动态特性：讨论了励磁系统在电力系统中的动态响应，如稳态、暂态和动态稳定性等方面的研究。 4. 电力系统集成：给出了励磁系统与电力网络及其他电力设备如何相互作用的。 5. 测试和验证：提供了验证和试验的方法，以确保的准确性和有效性。

该标准对于电力系统工程师、研究人员以及电力设备制造商来说，是理解和设计同步电机励磁系统，进行电力系统分析和仿真的重要参考。

GB／T 7409.2-2020 同步电机励磁系统 第2部分：电力系统研究用部分内容预览：

图42ST3型静止励磁系统

图43为ST4型静止励磁系统。ST4型与ST3型的差别在于采用恒定励磁电源，其 他与ST3型相同

图43ST4型静止励磁系统

图44ST5型带磁场电压反馈的静止励磁系统

本部分所采用的参数符号和定义如下： TE—一旋转交、直流励磁机的时间常数；静止励磁功率单元机饱和绕组的时间常数；可控整流桥控 制等效时间常数。 SE一一交、直流励磁机的饱和函数，见附录G。 KE—交、直流励磁机自励磁场的常数，对于它励励磁机K：=1。 KD一一去磁系数，交流励磁机电抗的函数。 Xε整流器负载系数，与电压源、电流源的换向电抗成正比JTG5142-2019标准下载，或与电压、电流源的合成等效换向 电抗成正比，见附录H

GB/T 7409.22020

GB/T7409.22020

附录A （资料性附录） 变压器高压侧电压控制 电力系统电压调节器（PSVR)控制引人发电机主变高压侧电压参与AVR的控制，以控制发电机机 端外某一点电压为目标。PSVR由发电机主变高压侧电压与高压母线电压给定的比较、放大、相位补 偿、输出限幅等环节组成，其输出结果送至AVR控制磁场电流，提高发电机潜在的动态无功容量，使高 压母线电压维持在稳定运行范围内，框图参见图A.1

电力系统电压调节器（PSVR)控制引人发电机主变高压侧电压参与AVR的控制，以控制发电 外某一点电压为目标。PSVR由发电机主变高压侧电压与高压母线电压给定的比较、放大、相位 输出限幅等环节组成，其输出结果送至AVR控制磁场电流，提高发电机潜在的动态无功容量，但 母线电压维持在稳定运行范围内，框图参见图A.1。

.1PSVR控制

型环节可能有不同的实现，特别是在应用限制时。在控制电路和励磁功率单元模拟环节中有外限幅和 内限幅两种方式应考虑。本附录中几种环节的不同类型限制实现可作为预期实施的参考。

图B.1和图B.2描述了具有外限幅和内限幅的积分器环节。两个的区别在于，对于具有 内限幅的积分环节（见图B.2），从y三A或y三B的限制条件开始，一且输入变量u改变符号，该环节输 出值y就开始改变；而带有外限幅的积分环节并非如此（见图B.1），在这种情况下，积分器输出将首 先回退至限制值，然后输出才能脱离限制值

图B.1带有外限幅的积分环节

系统方程：f=u/T 若y≥Af>0则dy/d置0 若y≥A,f0,则dy/dt=f 若B

外限幅允许输出y超出此限制，但只允许参量r在限制值内变化（图B.3）。内限幅（图B.4)不允许 量超出此限值，在硬件中，内限幅要求在其装置中有某种形式的反馈，内限幅的数学描述如图B.4所 示,图B.4不适于延时函数，

图B.3带有外限幅的一阶惯性环节

具有内限幅的一阶惯性环

图B.5带有外限幅的超前滞后环节

图B.6具有内限幅的超前滞后环节

附录C （资料性附录） 多频段电力系统稳定器 PSS4B型多频段电力系统稳定器见图C.1。PSS4B型使用速度偏差作为输人信号，采用三个 相对独立的支路分别应对低频、中频和高频振荡模式。低频段通常与系统全局模式相关，中频段与系统 区域振荡模式相关联，高频段则与本地模式相关

PSS4B型多频段电力系统稳定器见图C.1。PSS4B型使用速度偏差作为输人信号，采用 对独立的支路分别应对低频、中频和高频振荡模式。低频段通常与系统全局模式相关，中频段与 域振荡模式相关联，高频段则与本地模式相关

图C.1多频段电力系统稳定器 一PSS4B型

1V/Hz反时限特性计算

V/Hz反时限特性计算见式（D.1)： 1 (D.1) 式中： T 反时限计算延时，单位为秒（s）； K iny 反时限特性积分常数，P.u.； U. 发电机电压，p.u.； fG 发电机频率，p.u.； KvF V/Hz限制设置的斜率，p.u.； Kexp 反时限特性指数系数。 注：p.u.以额定值为基准的标么值。

D.2OEL反时限特性计算

OEL反时限特性计算见式（D.2）

OEL反时限特性计算见式（D.2）： C1 式中： T 反时限计算延时，单位为秒（s）； If 发电机磁场电流，单位为安培（A）； I tN 发电机额定磁场电流，单位为安培（A）； C1 励磁绕组过热系数，

D.3SCL反时限特性计算

SCL反时限特性计算见式（D.3）： T=(I./I C. 式中： T 反时限计算延时，单位为秒（s）； I. 发电机定子电流，单位为安培（A）： 发电机定子电流额定值，单位为安培（A）；

低励限制查表函数由多段折线组成，每一段直线用式（E.1)表示，总的低励限制曲线如图E.1所 Q=K, : P+C; （上 式（E.1)中斜率K，和截距C，可由两点法确定：

图E.1UEL多点查表函数F（x）

在模拟励磁辅助控制环节输出在磁场电压控制主环PID之后介入时，宜考虑励磁辅助控制环 的积分复位。以UEL限制为例，当限制偏差△U由负变正时，积分复位启动标志位变为 F.1），并设置积分输出为零（图F.2)

图F.1积分复位启动判断

励磁机饱和函数SE反映因励磁机饱和引起的励磁增加。在给定的励磁输出电压下，可在常电阻 负载饱和曲线、气隙线、空载饱和曲线上分别得到产生此电压所需的励磁机磁场电流，从而确定A、B C的量值（图G.1)。 对于不单独模拟负载相关效应的交流励磁机励磁功率单元（图7），以及直流励磁机励磁功率 单元（图3）应有

图G.1励磁机饱和特性

整流器调节特性 供给整流器电路的所有交流电源都有内部阻抗，主要是感性的，这个阻抗的作用改变了换向过程， 当整流器负载电流增天时引起非线性地减小整流器平均输出电压。常采用的三相全波桥式电路有三个 运行区段。根据整流器负载电流，用方程式表示这三个运行区段特性。 图H.1给出负载电压和负载电流的特性曲线及相应的方程。交流励磁机励磁功率单元整流器负 载系数为XE，见式（H.1）

图H.1整流器调节特性及相应的方程

元在图12和图13的中的整流器负载系数为XP，见式（H.2）

附录I （资料性附录） 过励限制（OEL)基准值的估算

过励限制（EL)的基准值是额定工况下的同步发电机磁场电流值，一般情况下应以实测为准。当 不能实测时，可采用下述方法估算

极同步发电机电磁功率与功角的关系用标么值表

sind+ sin2=P,+P2 2x X

P。 同步发电机电磁功率，P.U.； E。 同步发电机内电势，P.u.； U 同步发电机电压，p.u.； X 同步发电机纵轴同步电抗，P.u. X. 同步发电机横轴同步电抗，P.u.； 同步发电机内功角，单位为度（）； P, 与励磁控制有关的基本电磁功率，P.U.； P2 与同步发电机电压及同步电抗X。、X。有关的附加电磁功率，与励磁控制无关，P.u. 对于隐极同步发电机（X~X。）,此时P,~0,故有

P。 同步发电机电磁功率，P.U.； E。 同步发电机内电势，P.u.； U 同步发电机电压，p.u.； X. 同步发电机纵轴同步电抗，P.u.； X. 同步发电机横轴同步电抗，P.u.； 0 同步发电机内功角，单位为度（°）； P, 与励磁控制有关的基本电磁功率 与同步发电机电压及同步电抗X 对于隐极同步发电机(XX,）,此时P，

由式（1.2）可见，电磁功率 由此可在功率平面上表示出同步 磁场电流与其发出的有功功率P、 电抗之间的关系，如图1.1所示

在图I.1中，由粗黑实线围成的面积是同步发电机充许运行的范围。A点是额定运行点，是由原

流确定的运行范围；由G点向下的曲线段是由励磁系统中低励限制确定的运行范围，

1.3校核同步发电机纵轴同步电抗X,

在同步发电机短路及空载试验完成后，可接照式（I.3）校核同步发电机纵轴同步电抗X.

X。一一实测的同步发电机纵轴同步电抗（饱和值），P.u.； Ik——同步发电机短路试验当定子电流为额定值时，同步发电机磁场电流值，P.u.或A； I 一同步发电机空载试验当定子电压为额定值时，同步发电机磁场电流值，P.u.或A。

4同步发电机额定磁场电流Ir与空载磁场电流

根据图I.1所示，直角三角形ABF的斜边线段AD是由凸极同步发电机额定工况下的磁场电流值 fN2确定的，而直角三角形ACF的斜边AC则是由隐极同步发电机额定工况下的磁场电流值INi确 定的。 直线段AB

图1.1中直线段BD：

凸极同步发电机额定磁场电流IiN?对应图I.1中的直线段AD：

AB=/P+(岁) +Q~）

PN PN =sin AB sin .*(1.5 PN+ x. +QN

《智能微电网保护设备技术导则 GB/Z34161-2017》AC=/P+(死+Q)

同步发电机空载运行时，磁场电流I不论对于凸极机还是隐极机都是一样的，对应图I.1中的直 C：

所以，同步发电机额定磁场电流IN和空载磁场电流I的关系为：

上述公式中的X。及X。均采用饱和值计算。 实际应用中，将同步发电机空载额定时的磁场电流值I乘以式（I.10)的K，就可以确定额定工况 下的同步发电机磁场电流值INi或IN2。

1.5同步发电机额定工况下.励磁机磁场电流值的校核计算

图I.2称为“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数学”，即交流励 磁系统中励磁机功率单元的实用数学

TB 10122-2008标准下载图I.2考虑补偿增益后的励磁机数学