无刷励磁与自并励相比，谁的响应速度更快些？(陈敏刚、陈小明)

2013-03-12 09:15阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1400092520

一、问题的提出
某大型火电厂#5、6机组为自并励系统（ABB UN5000）60万机组，#1~4机组为三机励磁系统（ABB UN F）30万机组,其中#3、4机组采用无刷励磁（引进时号称高起始快速励磁）。最近（1月21日），该电池220KV变电站系统经历了两次间隔一秒的外部扰动（对侧变电站B相故障、重合闸后跳三相），而该电厂#3、4、5、6机组均接入姚孟500KV变电站，故录波图部分摘录如下，供大家学习、参考。
顺便提出一个问题供大家讨论：无刷励磁与自并励系统相比，谁的响应速度更快些？

理论上应该是自并励系统更快，实际从强励过程的表现上来看却不尽然。从励磁电压来看当然是三机系统的反应快（三机采样是主励磁电压）！但从无功的响应来看，强励当时似乎无刷励磁系统的反应也并不慢（而且是稍快一点）。为什么呢?难道是我们的传递函数和调节器参数整定有问题吗？

二、问题的交流
静止晶闸管自并励系统是一个典型的快速励磁系统，一个高起始励磁系统，这是因为采用三相全控桥晶闸管整流电路，时间常数非常小，一般为3ms，传递函数为1/（1+0.003S）。

衡量一个励磁系统的反应速度，不是看发电机电压的变化速度，也不是看无功变化速度，而是看转子电压变化速度。因为影响发电机电压和无功的变化速度，还与发电机的转子时间常数有关，而励磁电压变化速度仅以励磁型式有关。
自并励的转子电压变化速度，如果只看平均值变化，可以突变，强励和灭磁的速度都很快。

如果打开转子电压波形瞬时值，从整流到逆变的时间只需3ms，所以我们说励磁整流柜的时间常数一般为0.03秒。

科学的衡量励磁速度的指标是励磁电压响应时间，具体概念如下。这是我从樊俊老教授的书上截过来的。此时，很想念樊老师，快90多的老教授，在此遥祝他老人家健康长寿。

何为励磁电压响应时间，这是规程上的定义。正如樊俊教授书中所说，对于高起始响应的励磁系统，一般只规定定值电压和响应时间。自并励的响应比很少计算，也不需要计算，肯定小于0.1秒，是无可置疑的快速和高起始励磁系统。
自并励是有刷励磁，碳刷限制了其应用，特别是火电厂，发电机转速很高，碳刷磨损量很大，维护工作很大。为此，无刷励磁应运而生。
表面上看，由于多了一级励磁机，视乎无刷励磁系统应该是一个慢速励磁系统，其实不然。因为，我们比较的是发电机励磁电压，这一点很重要。从下图看，励磁整流柜是7，励磁机的定子绕组6是励磁整流柜的励磁绕组，励磁机的转子绕组5是电枢绕组，整流器4再送电给发电机的励磁绕组2。绕组6的电压是可以突变的，绕组5的电压变化也不慢，因为绕组6是定子，其时间常数应该不大。如果绕组5的电压变化有点快，那么发电机转子电压的变化速度也就有点快，尽管发电机的励磁电流变化速度要慢很多，因为电流不能突变，但是电压可以突变。
这种分析是定性的，没有理论说服力，于是我看了看陈珠夸“大型汽轮发电机无刷高起始励磁系统引进技术的总结”文章。陈老师是上海电机厂无刷励磁老前辈。

陈老师是负责引进西屋无刷励磁系统的老前辈，他的结论依据是：

这里出现了一个新名词“HIR”,产生了一个新励磁系统：HIR励磁系统，其全称应该是无刷高起始励磁系统，已经写进了IEEE模型标准。HIR是High starting corresponding的简写。

既然是数学模型标准。可见这个东西是励磁调节器的内容。也就是说。HIR不是在励磁整流柜加了一个什么东西，而是在励磁调节器加了一个硬件或者软件。陈老师那是引进的西屋HIR，肯定是在励磁调节器中加了一个什么硬件，而现代微机励磁一定是加了一个软件，一个功能模块。至于到底加了什么，我没有细研究，只看到加了一个Kh系数。大家看一看IEEE的标准，比较一下无HIR的AC1和有HIR的AC2模型区别。

我现在接触ABB UNITROL6000励磁系统，6000励磁系统有两种型号，6800是自并励系统，6080是无刷励磁系统。

华北电科院对ABB6000励磁系统进行了全面的入网试验，并且绘出了6080励磁系统框图，由此可以看到，这里面有一个功能模块切换开关HIR ON OFF，当这个开关OFF，Uc=Uk，去掉了HIR环节，这是一个不带高起始的励磁系统，是一个励磁电压响应时间大于0.1秒得励磁系统；当这个开关ON，Uc不等于Uk，增加了HIR环节，这是一个带高起始的励磁系统，是一个励磁电压响应时间小于0.1秒得励磁系统。是这样吗？我不敢肯定。
那么，HIR到底在这个模型起到了什么作用？大家自己分析，大家与我交流，我水平有限，我也很忙。这篇文章春节就想写，一直没有时间，今天终于完成，了了自己的心愿。
下面是刘增煌老师等专家修改励磁国标时，提出的新的要求，是一个基本要求，自并励和励磁机技术指标基本一样，这里面肯定考虑了高起始HIR的作用。

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