GB/T 7409.2-2020
基本信息
标准号： GB/T 7409.2-2020
中文名称：同步电机励磁系统第2部分:电力系统研究用模型
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB/T 7409.2-2020.Excitation systems for synchronous machines-Part 2: Models for power system studies.
1范围
GB/T 7409的本部分规定了励磁系统模拟简图、励磁功率单元和控制功能的数学模型,及其相关参数和变量的术语定义。
GB/T 7409.2适用于电力系统研究和分析中所使用的汽(燃气)轮发电机、水轮发电机、抽水蓄能发电/电动机和核电机组的励磁系统模型。
2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 7409.1同步电机励磁系统 定义
3术 语和定义
GB/T 7409.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。.
3.1
电压控制主环 main voltage control
将同步发电机机端电压的实际测量值与给定值进行比较,并按其偏差以适当的控制规律调节励磁输出的环节。
注:其主要功能中还包含负载电流补偿、励磁反馈环节及电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)功能。
3.2
辅助限制环节 auxiliary limiters
励磁调节器中除电压控制主环以外的限制环节。
注:其包含V/Hz限制、过励限制、最大励磁电流限制、定子电流限制、欠励限制等。
3.3
最大励磁电流限制 maximum current limiter
任何运行工况下,瞬时限制励磁系统输出电流不超过规定的最大值。
3.4
V/Hz限制 volts per hertz limiter; VFL
电压调节器中一种防止同步电机或与其相连变压器的电压与频率之比超过允许范围的附加单元或功能。
3.5
过励限制 over excitation limiter; OEL
电压调节器中一种将励磁系统输出电流限制在允许值之内的附加单元或功能。
1范围
GB/T 7409的本部分规定了励磁系统模拟简图、励磁功率单元和控制功能的数学模型,及其相关参数和变量的术语定义。
GB/T 7409.2适用于电力系统研究和分析中所使用的汽(燃气)轮发电机、水轮发电机、抽水蓄能发电/电动机和核电机组的励磁系统模型。
2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 7409.1同步电机励磁系统 定义
3术 语和定义
GB/T 7409.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。.
3.1
电压控制主环 main voltage control
将同步发电机机端电压的实际测量值与给定值进行比较,并按其偏差以适当的控制规律调节励磁输出的环节。
注:其主要功能中还包含负载电流补偿、励磁反馈环节及电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)功能。
3.2
辅助限制环节 auxiliary limiters
励磁调节器中除电压控制主环以外的限制环节。
注:其包含V/Hz限制、过励限制、最大励磁电流限制、定子电流限制、欠励限制等。
3.3
最大励磁电流限制 maximum current limiter
任何运行工况下,瞬时限制励磁系统输出电流不超过规定的最大值。
3.4
V/Hz限制 volts per hertz limiter; VFL
电压调节器中一种防止同步电机或与其相连变压器的电压与频率之比超过允许范围的附加单元或功能。
3.5
过励限制 over excitation limiter; OEL
电压调节器中一种将励磁系统输出电流限制在允许值之内的附加单元或功能。
标准图片预览
标准内容
ICS29.160.20
中华人民共和国国家标准
GB/T7409.2—2020
代替GB/T7409.2—2008
同步电机励磁系统
第2部分：电力系统研究用模型
Excitation systems for synchronous machines-Part2:Modelsforpower system studies2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
励磁功率单元分类——图示法及稳定性研究的数学模型4.1
直流励磁机励磁功率单元
交流励磁机励磁功率单元
申势源静止励磁功率单元.
复合源静止励磁功率单元
控制功能的数学模型
申压测量和负载电流补偿环节模型比例-微分-积分(PID)校正环节模型励磁反馈环节模型·
限幅环节
申力系统稳定器模型
电压控制主环通用结构
辅助限制环节模型
辅助限制环节介人申压控制主环的方式励磁系统模型
交流励磁机励磁系统模型
直流励磁机励磁系统模型
静止励磁系统模型
专用语
7.2变量
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（规范性附录）
附录E（资料性附录）
附录F（资料性附录）
附录G（规范性附录）
附录H（规范性附录）
变压器高压侧电压控制模型
限幅表示法
多频段电力系统稳定器模型
反时限特性计算
UEL模型查表函数
积分复位表示法
饱和函数
整流器调节特性
GB/T7409.2—2020
GB/T7409.2—2020
附录1（资料性附录）
附录」（规范性附录）
参考文献
过励限制(OEL)基准值的估算
标么系统
....33
GB/T7409《同步申机励磁系统》分为三个部分：GB/T 7409.1
GB/T7409.2
GB/T7409.3
同步申机励磁系统定义；
同步申机励磁系统第2部分：申力系统研究用模型：GB/T7409.2—2020
同步申机励磁系统
大、中型同步发申机励磁系统技术要求。本部分为GB/T7409的第2部分。wwW.bzxz.Net
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本部分代替GB/T7409.2一2008《同步申机励磁系统电力系统研究用模型》，与GB/T7409.22008相比，主要技术变化如下：SZIG
-增加了“对励磁系统辅助限制模型作了具体描述”，所建立的发电机励磁系统模型能够满足国内主要的发申机励磁系统进行与现场实测数据的仿真比对，可供申力系统稳定分析之用（见5.7）；增加了标量迭加式负载电流补偿模型（见5.1)；修改了部分申压校正环节模型及说明（见5.3，2008年版的3.5.2)；—增加了部分申力系统稳定器模型（见5.5)；一增加了V/Hz限制、OEL、SCL及UEL模型（见5.7)；增加了各辅助限制环节和电力系统稳定器介人申压控制主环的方式（见5.8)；-增加了“变压器高压侧申压控制模型”（见附录A)；-增加了“多频段电力系统稳定器模型”（见附录C)；一增加了“反时限特性计算”（见附录D)；删除了原资料性附录E和附录F（见2008年版的附录E和附录F）。一增加了“UEL模型查表函数”（见附录E)；一增加了“积分复位表示法”（见附录F）；-增加了“磁场电流的估算方法”，可用于OEL环节限制特性整定（见附录I)；本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国旅转申机标准化技术委员会（SAC/TC26)归口。本部分起草单位：华北申力科学研究院有限责任公司、哈尔滨电机厂有限责任公司、中国申力科学研究院有限公司、国网浙江省申力有限公司申力科学研究院、南京南瑞继保申气有限公司、东方申气自动控制工程有限公司、上海电气电站设备有限公司发电机厂、国网冀北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、国申南瑞科技股份有限公司、中国大唐集团科学技术研究院有限公司、广州擎天实业有限公司、北京科电亿恒申力技术有限公司。本部分主要起草人：谢欢、苏为民、李国良、吴龙、濮钧、吴跨宇、吴涛、周平、王磊、史扬、雷承祥、陈新琪、余振、戴申华、杨立强、熊鸿韬、孙新志、李显彤、周谧。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GB7409—1987；
GB/T7409.2—1997、GB/T7409.2—2008。Ⅲ
GB/T7409.2—2020
在电力系统稳定性研究中，当同步申机的运行状态已被准确地模拟，则申机的励磁系统也应建立适当的模型。由于受数据取得、编程和计算的限制，在允许情况下采用具有适当精度的简化模型是必要的。这些模型需适用于表现下述时间的励磁系统性能：故障发生前的稳态条件期间；
从故障发生到故障清除期间；
一故障清除后振荡期间。
假定在稳态研究中频率偏差在士5%额定值内，励磁模型可以忽略频率偏差的影响励磁系统模型需要对干稳态条件和同步电机固有振荡频率是有效的。这个振荡频率的典型值一般不大干3Hz。
保护功能和灭磁及过电压抑制设备的动作也不包括在模型使用范围内。失步运行、次同步谐振/振荡或轴系扭振的研究需考虑更详细模型。励磁系统建模方法和标准模型也可能用于与同步申机有关的其他动态问题，但需要检查模型用于该研究的适用性。
在电力系统研究中，所涉及的各种励磁系统功能在图1框图中给出。这些功能包括：电压控制部件；
辅助限制环节；
——电力系统稳定器；
一励磁反馈环节；
励磁功率单元。
励磁功率单元的主要区分特征是励磁功率提供与变换的方式本部分参考国内现有发电机励磁系统实际模型和用于申力系统稳定分析的发申机励磁系统计算模型，参考IEEEStd.421.5一2016标准，提出了概括的、符合实际的、可以满足申力系统稳定分析要求的发电机励磁系统计算模型。
电力系统稳定器
辅助限制环节
电压控制部件
励磁功率单元
同步发电机
及电力系统
励磁反馈环节
同步电机励磁系统（虚线框内部分）通用功能框图图1
GB/T7409.2—2020
1范围
同步电机励磁系统
第2部分：电力系统研究用模型
GB/T7409.2—2020
GB/T7409的本部分规定了励磁系统模拟简图、励磁功率单元和控制功能的数学模型，及其相关参数和变量的术语定义。
本部分适用干申力系统研究和分析中所使用的汽（燃气)轮发电机、水轮发申机、抽水蓄能发电/申动机和核电机组的励磁系统模型。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，仅注日期的版本适用干本文件。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/T7409.1同步申机励磁系统定义3术语和定义
GB/T7409.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
电压控制主环
mainvoltagecontrol
将同步发电机机端电压的实际测量值与给定值进行比较，并按其偏差以适当的控制规律调节励磁输出的环节。
注：其主要功能中还包含负载电流补偿、励磁反馈环节及电力系统稳定器（powersystemstabilizer，PSS)功能。3.2
auxiliarylimiters
辅助限制环节
励磁调节器中除申压控制主环以外的限制环节注：其包含V/Hz限制、过励限制、最大励磁电流限制、定子电流限制、欠励限制等。3.3
最大励磁电流限制
maximum current limiter
任何运行工况下，瞬时限制励磁系统输出申流不超过规定的最大值。3.4
voltsperhertzlimiter;VFL
V/Hz限制
申压调节器中一种防止同步申机或与其相连变压器的申压与频率之比超过允许范围的附加单元或功能。
overexcitationlimiter;OEL
过励限制
申压调节器中一种将励磁系统输出电流限制在允许值之内的附加单元或功能。1
GB/T7409.2—2020
定子电流限制
stator currentlimiter;SCL
电压调节器中一种在过励或欠励时通过调整同步发电机定子申流的无功分量来限制定子申流在允许值之内的附加单元或功能。
欠励限制
underexcitationlimiter;UEL
电压调节器中一种在不同有功负荷下限制同步发电机无功功率不低于规定值的附加单元或功能。4励磁功率单元分类—一图示法及稳定性研究的数学模型4.1
直流励磁机励磁功率单元
近年来，虽然新机组已很少采用直流励磁机，但还有部分同步申机装有这类励磁机。图2就是一种采用它励绕组的直流励磁机励磁功率单元简图，图3表示该励磁功率单元的模型。模型中用交、直流励磁机自励磁场的常数Kε来描述有自励分量励磁机的特性。注意：采用它励励磁机时Ke=1。3
用于稳定控制的反馈
（要用时）
直流励磁机
励磁绕组）
励磁控制输入
同步发电机
直流励磁机
图2采用一个它励绕组的直流励磁机励磁功率单元U.
3与图2相对应的模型
励磁控制采用机械式、申磁式、申子式和数字式控制装置。U
考虑到采用直流励磁机的机组数量和重要程度的减小，对上述励磁控制形式，统一用图3的简图推述即可满足要求。
交流励磁机励磁功率单元
交流励磁机励磁功率单元利用交流励磁机带静止或旋转二极管整流器，给同步申机提供磁场电流。GB/T7409.2—2020
采用它励方式时交流励磁机磁场申流的申源可为副励磁机，采用自励方式时该电源可为取自于机端的申势源或复合静止申源。
图4和图5分别表示交流励磁机采用永磁式副励磁机作电源的励磁功率单元简图；图6和图7表示交流励磁机采用机端励磁变压器作为电源的励磁功率单元简图。图4和图6中整流器的输出经申刷和滑环给同步发电机的磁场绕组。励磁机的旋转磁场绕组到励磁控制设备也是通过滑环和申刷进行申联接的；图5和图7中整流器和交流励磁机的电枢与同步电机同轴旋转，旅转整流器的输出不需用滑环或申刷，而直接与同步电机的磁场绕组联接。3
同步发电机
不控整流器
可控整流器
交流励磁机
永磁式副
励磁机
图4它励有刷交流励磁机励磁功率单元同步发电机
旋转不控
整流器
可控整流器
交流励磁机
永磁式副
励磁机
图5它励无刷交流励磁机励磁功率单元3
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中华人民共和国国家标准
GB/T7409.2—2020
代替GB/T7409.2—2008
同步电机励磁系统
第2部分：电力系统研究用模型
Excitation systems for synchronous machines-Part2:Modelsforpower system studies2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
励磁功率单元分类——图示法及稳定性研究的数学模型4.1
直流励磁机励磁功率单元
交流励磁机励磁功率单元
申势源静止励磁功率单元.
复合源静止励磁功率单元
控制功能的数学模型
申压测量和负载电流补偿环节模型比例-微分-积分(PID)校正环节模型励磁反馈环节模型·
限幅环节
申力系统稳定器模型
电压控制主环通用结构
辅助限制环节模型
辅助限制环节介人申压控制主环的方式励磁系统模型
交流励磁机励磁系统模型
直流励磁机励磁系统模型
静止励磁系统模型
专用语
7.2变量
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（规范性附录）
附录E（资料性附录）
附录F（资料性附录）
附录G（规范性附录）
附录H（规范性附录）
变压器高压侧电压控制模型
限幅表示法
多频段电力系统稳定器模型
反时限特性计算
UEL模型查表函数
积分复位表示法
饱和函数
整流器调节特性
GB/T7409.2—2020
GB/T7409.2—2020
附录1（资料性附录）
附录」（规范性附录）
参考文献
过励限制(OEL)基准值的估算
标么系统
....33
GB/T7409《同步申机励磁系统》分为三个部分：GB/T 7409.1
GB/T7409.2
GB/T7409.3
同步申机励磁系统定义；
同步申机励磁系统第2部分：申力系统研究用模型：GB/T7409.2—2020
同步申机励磁系统
大、中型同步发申机励磁系统技术要求。本部分为GB/T7409的第2部分。wwW.bzxz.Net
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本部分代替GB/T7409.2一2008《同步申机励磁系统电力系统研究用模型》，与GB/T7409.22008相比，主要技术变化如下：SZIG
-增加了“对励磁系统辅助限制模型作了具体描述”，所建立的发电机励磁系统模型能够满足国内主要的发申机励磁系统进行与现场实测数据的仿真比对，可供申力系统稳定分析之用（见5.7）；增加了标量迭加式负载电流补偿模型（见5.1)；修改了部分申压校正环节模型及说明（见5.3，2008年版的3.5.2)；—增加了部分申力系统稳定器模型（见5.5)；一增加了V/Hz限制、OEL、SCL及UEL模型（见5.7)；增加了各辅助限制环节和电力系统稳定器介人申压控制主环的方式（见5.8)；-增加了“变压器高压侧申压控制模型”（见附录A)；-增加了“多频段电力系统稳定器模型”（见附录C)；一增加了“反时限特性计算”（见附录D)；删除了原资料性附录E和附录F（见2008年版的附录E和附录F）。一增加了“UEL模型查表函数”（见附录E)；一增加了“积分复位表示法”（见附录F）；-增加了“磁场电流的估算方法”，可用于OEL环节限制特性整定（见附录I)；本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国旅转申机标准化技术委员会（SAC/TC26)归口。本部分起草单位：华北申力科学研究院有限责任公司、哈尔滨电机厂有限责任公司、中国申力科学研究院有限公司、国网浙江省申力有限公司申力科学研究院、南京南瑞继保申气有限公司、东方申气自动控制工程有限公司、上海电气电站设备有限公司发电机厂、国网冀北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、国申南瑞科技股份有限公司、中国大唐集团科学技术研究院有限公司、广州擎天实业有限公司、北京科电亿恒申力技术有限公司。本部分主要起草人：谢欢、苏为民、李国良、吴龙、濮钧、吴跨宇、吴涛、周平、王磊、史扬、雷承祥、陈新琪、余振、戴申华、杨立强、熊鸿韬、孙新志、李显彤、周谧。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GB7409—1987；
GB/T7409.2—1997、GB/T7409.2—2008。Ⅲ
GB/T7409.2—2020
在电力系统稳定性研究中，当同步申机的运行状态已被准确地模拟，则申机的励磁系统也应建立适当的模型。由于受数据取得、编程和计算的限制，在允许情况下采用具有适当精度的简化模型是必要的。这些模型需适用于表现下述时间的励磁系统性能：故障发生前的稳态条件期间；
从故障发生到故障清除期间；
一故障清除后振荡期间。
假定在稳态研究中频率偏差在士5%额定值内，励磁模型可以忽略频率偏差的影响励磁系统模型需要对干稳态条件和同步电机固有振荡频率是有效的。这个振荡频率的典型值一般不大干3Hz。
保护功能和灭磁及过电压抑制设备的动作也不包括在模型使用范围内。失步运行、次同步谐振/振荡或轴系扭振的研究需考虑更详细模型。励磁系统建模方法和标准模型也可能用于与同步申机有关的其他动态问题，但需要检查模型用于该研究的适用性。
在电力系统研究中，所涉及的各种励磁系统功能在图1框图中给出。这些功能包括：电压控制部件；
辅助限制环节；
——电力系统稳定器；
一励磁反馈环节；
励磁功率单元。
励磁功率单元的主要区分特征是励磁功率提供与变换的方式本部分参考国内现有发电机励磁系统实际模型和用于申力系统稳定分析的发申机励磁系统计算模型，参考IEEEStd.421.5一2016标准，提出了概括的、符合实际的、可以满足申力系统稳定分析要求的发电机励磁系统计算模型。
电力系统稳定器
辅助限制环节
电压控制部件
励磁功率单元
同步发电机
及电力系统
励磁反馈环节
同步电机励磁系统（虚线框内部分）通用功能框图图1
GB/T7409.2—2020
1范围
同步电机励磁系统
第2部分：电力系统研究用模型
GB/T7409.2—2020
GB/T7409的本部分规定了励磁系统模拟简图、励磁功率单元和控制功能的数学模型，及其相关参数和变量的术语定义。
本部分适用干申力系统研究和分析中所使用的汽（燃气)轮发电机、水轮发申机、抽水蓄能发电/申动机和核电机组的励磁系统模型。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，仅注日期的版本适用干本文件。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/T7409.1同步申机励磁系统定义3术语和定义
GB/T7409.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
电压控制主环
mainvoltagecontrol
将同步发电机机端电压的实际测量值与给定值进行比较，并按其偏差以适当的控制规律调节励磁输出的环节。
注：其主要功能中还包含负载电流补偿、励磁反馈环节及电力系统稳定器（powersystemstabilizer，PSS)功能。3.2
auxiliarylimiters
辅助限制环节
励磁调节器中除申压控制主环以外的限制环节注：其包含V/Hz限制、过励限制、最大励磁电流限制、定子电流限制、欠励限制等。3.3
最大励磁电流限制
maximum current limiter
任何运行工况下，瞬时限制励磁系统输出申流不超过规定的最大值。3.4
voltsperhertzlimiter;VFL
V/Hz限制
申压调节器中一种防止同步申机或与其相连变压器的申压与频率之比超过允许范围的附加单元或功能。
overexcitationlimiter;OEL
过励限制
申压调节器中一种将励磁系统输出电流限制在允许值之内的附加单元或功能。1
GB/T7409.2—2020
定子电流限制
stator currentlimiter;SCL
电压调节器中一种在过励或欠励时通过调整同步发电机定子申流的无功分量来限制定子申流在允许值之内的附加单元或功能。
欠励限制
underexcitationlimiter;UEL
电压调节器中一种在不同有功负荷下限制同步发电机无功功率不低于规定值的附加单元或功能。4励磁功率单元分类—一图示法及稳定性研究的数学模型4.1
直流励磁机励磁功率单元
近年来，虽然新机组已很少采用直流励磁机，但还有部分同步申机装有这类励磁机。图2就是一种采用它励绕组的直流励磁机励磁功率单元简图，图3表示该励磁功率单元的模型。模型中用交、直流励磁机自励磁场的常数Kε来描述有自励分量励磁机的特性。注意：采用它励励磁机时Ke=1。3
用于稳定控制的反馈
（要用时）
直流励磁机
励磁绕组）
励磁控制输入
同步发电机
直流励磁机
图2采用一个它励绕组的直流励磁机励磁功率单元U.
3与图2相对应的模型
励磁控制采用机械式、申磁式、申子式和数字式控制装置。U
考虑到采用直流励磁机的机组数量和重要程度的减小，对上述励磁控制形式，统一用图3的简图推述即可满足要求。
交流励磁机励磁功率单元
交流励磁机励磁功率单元利用交流励磁机带静止或旋转二极管整流器，给同步申机提供磁场电流。GB/T7409.2—2020
采用它励方式时交流励磁机磁场申流的申源可为副励磁机，采用自励方式时该电源可为取自于机端的申势源或复合静止申源。
图4和图5分别表示交流励磁机采用永磁式副励磁机作电源的励磁功率单元简图；图6和图7表示交流励磁机采用机端励磁变压器作为电源的励磁功率单元简图。图4和图6中整流器的输出经申刷和滑环给同步发电机的磁场绕组。励磁机的旋转磁场绕组到励磁控制设备也是通过滑环和申刷进行申联接的；图5和图7中整流器和交流励磁机的电枢与同步电机同轴旋转，旅转整流器的输出不需用滑环或申刷，而直接与同步电机的磁场绕组联接。3
同步发电机
不控整流器
可控整流器
交流励磁机
永磁式副
励磁机
图4它励有刷交流励磁机励磁功率单元同步发电机
旋转不控
整流器
可控整流器
交流励磁机
永磁式副
励磁机
图5它励无刷交流励磁机励磁功率单元3
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