励磁系统的一部分参数在励磁系统方式和自动励磁调节器的型号选定后就基本固有，另一部分参数可以根据励磁系统调节指标要求进行调整。
　　励磁系统调节指标的差异，直接影响它对电力系统稳定运行发挥的作用。在GB－7049－97／T3《大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件》中，对励磁系统调节质量的技术指标有明确的要求：保证同步发电机端电压静差率δ₀≤1％，要求励磁系统有足够的静态增益；发电机空载额定电压下励磁系统阶跃响应时，发电机电压超调量不得超过阶跃量的50％，即要求励磁系统有足够的幅频和相频裕度。
　　以往电厂在发电机投产时，大多只以能够投入发电运行为准，而未严格执行国际，投产后，运行单位一般也不再进行参数调整。此外，在相同励磁调节器的同型号机组上，励磁系统参数的整定常有较大的差异，甚至在同一电厂中相同机组间的整定值差别也很大。
　　开展以励磁系统调节指标达到国标要求为目标的励磁调节参数优化，并使采用同类型励磁调节器的同型号机组具有统一的整定参数值是十分必要的。选择QFSN－300－2型300 MW机组、交流励磁机整流二极管方式的励磁系统，配置SWTA型自动励磁调节器（AVR），对励磁系统参数进行优化研究。
2　参数优化工作步骤
2．1　原始参数收集
　　包括发电机、励磁机和调节器等的有关参数。
2．2　建立励磁系统的数学模型
　　对所研究的励磁系统作出数学模型，以方框图表示，供励磁参数优化计算用。
2．3　参数的计算和选定
    （1）励磁系统中固有参数换算。（2）励磁系统中可调整参数的选定。

　　可调参数是指自动励磁调节器中的增益、负反馈时间常数等，它们将根据励磁系统要求达到的调节质量指标计算选定。
2．4　励磁系统仿真试验
　　根据励磁系统数学模型和计算的参数，利用励磁系统仿真程序在计算机上进行仿真试验。
2．5　实际整定和试验验证
　　由计算和仿真试验选定参数，经过换算后在自动励磁调节器的相应可调单元中作实际整定。在发电机空载额定电压状态下，用阶跃响应试验方法对励磁系统调节品质作考核，验证参数选定的合理性。
3　300MW机组励磁系统参数优化实例
3．1　原始参数
　　               
3．2　励磁系统简化数学模型方框图
　　根据AVR主电路原理图简化后的励磁系统数学模型框图见图1。
　　B₁、B₂、B₃构成AVR装置中的电压偏差检测单元（VED）；B₄为AVR中的时间常数补偿器单元TCC；B₅为AVR中的功放单元（包括移相触发、晶闸管及励磁机单元）；B₆为发电机（空载时）单元；B₇为励磁机励磁电流反馈变换器；B₈为励磁系统稳定器单元ESS。

 
3．3　固有参数计算
（1）量测回路时间常数T_R
R＝45kΩ；C＝0．02μf；T_R＝RC＝0．9 ms

（2）VED时间常数T_A
R＝100kΩ；C＝0．022μf；T_A＝RC＝2．2 ms

（3）励磁机时间常数T_E负载时等效时间常数T_E＝T_″d0恒电阻时特性斜率/气隙线的斜率×0．8＝0．76s
（4）励磁机增益K_E
　　在用标么值（pu）计算时，励磁机励磁电压U_FE（1pu）所产生的励磁机输出电压亦为1pu。则K_E＝1；1pu U_FE相当于3．9 V

（5）标么值换算增益K_PUK_PU＝100／3．9＝25．6

（6）发电机动态增益K_G由发电机空载特性曲线图2可得U_T＝U_TO＋K_GI_F＝0．2＋0．8I_F　　K_G＝0．8

（7）晶闸管SCR功率单元增益K_B
SCR的最大输出电压U_m＝95 V×1．2＝114 V；同步电压幅值U_m＝3．5 V×1．41＝5 V

　　当U_R＝0时，SCR输出电压U_m＝0；U_R＝5 V时，U_m＝114 V
　　 K_B＝114／5＝22．8

3．4　可调参数的选定
    （1）电流变换器变比K_TR：设I_L＝147 A时　U_DCT=5V，k_TR=5/147=0.034

换算成V／V值，1pu值励磁机励磁电压相当于　3．9 V时，励磁机励磁电流为55 A，则k_TR=0.034×55/3.9=0.48

　　（2）时间常数补偿器增益K_CR及补偿后的等效传递函数：要求将励磁机负载时间常数T_E为0．76s补偿达到0．03～0．04s。
　　励磁系统负反馈电路部分方框图如图3所示，为运算方便可将其等效为图4。
　　BC间传递函数

　　上式表明，采用负反馈的时间补偿单元后，当K_B较大，K_CR K_TR≌1，即K_CR·K_TR·K_B≥1时，则BC间增益近似于1，而时间常数减少到约1／K_B。
　　（3）励磁系统的稳态增益K_S及AVR中电压偏差检测单元VED增益K_ED：稳态增益K_S应满足
　　发电机端电压静差率δ_o≤1。

式中　E_FN、E_FO分别为发电机额定励磁电压和空载励磁电压。
　　取稳态增益K_S＝200，则

　　（4）励磁系统稳定器单元ESS的增益K_F，时间常数T_F。
    ESS单元是使励磁系统暂态增益衰减的软负反馈电路，传递函数为

    ESS单元的实际增益K_DP以标么值表示时  K_F=55/147×5/100×K_DP=0.018K_DP

　　当T_F＞T^′_E励磁系统前向环节可用稳态增益K_S表示，接入ESS后的方框图及近似等效传递函数如图6。

    此式相当于串联校正中的迟后环节。

　　T_F＝K_G K₃ T^′_do K_G＝0．8，K₃＝（X^′_d＋X_E）／（X_d＋X_E）＝0．24 X_E＝0．2（假定的发电机外接等值电抗），T_F＝1．03s，暂态时ω很大,暂态增益K_T＝K_ST_FS／K_S K_FT_FS＝1／K_F。即暂态增益K_T只取决于K_F，而基本上不受K_S的影响。
　　由上计算分析可见，K_F、T_F是影响励磁系统暂态调节质量的参数，需由仿真试验作进一步确定，其他参数则可由计算确定。
3．5　仿真试验
　　采用BPA程序中“8．4．8交流励磁机励磁系统（FF型）”的数学模型图作为仿真模型依据，见图7、8，利用励磁系统仿真程序，取几组K_F、T_F参数，用　　阶跃响应仿真试验比较。在计算机上进行仿真，选出较佳的K_F、T_F参数。

　　由图9所示仿真结果可见：K_F＝0．04、T_F＝1．5s时，响应速度和超调等都较理想，因此选定可调参数整定值为：时间常数补偿器TCC增益K_CR＝2．08；电压偏差检测单元VED的增益K_ED＝3．9；励磁系统稳定器ESS的增益K_F＝0．04；对应实际增益K_DP＝2．14；时间常数T_F＝1．5s。

3．6　励磁系统Bode图计算
　　计算发电机空载时自动励磁调节系统的相位频率特性和幅值增益频率特性，画出Bode图可得到调节系统的相位裕量和增益裕量，评价调节系统的稳定度。
　　将图1励磁系统数学模型方框图简化为图10所示的数学模型。
AB之间传递函数为

EX间传递函数为

　　将高起始型的励磁参数代入传递函数F（EX）中，用程序算出F（EX）的对数幅频特性和相频特性，并作出Bode图，如图11所示。由图11可得相位裕度为180°－100°＝80°，增益裕度为－38 dB，根据近期IEEE对自动励磁控制系统推荐的技术指标：相位裕度θ_m≥40°，增益裕度G_m≥6dB，对上述高起始型励磁系统所选择的整定参数值，从频率特性计算表明，按照所选参数整定的调节系统的稳定度十分充裕。
　                　
3．7　现场验证试验
　　结合现场调试和大修，在外高桥发电厂的1号和2号机组上，按照上述高起始型励磁系统计算和仿真后选定的参数，作验证试验结果如下：
　　设：K_F＝0．04；T_F＝1．5s；T_R＝0．02s；
T^′_E＝0．032s；T^′_do＝5．36s；K_pu＝25．6；K_ED＝3．9；K^′_B＝2；K_G＝0．8
　　图12、13为发电机空载时，励磁系统10％阶跃响应时的试验波形。机端电压上升基本无超调，调整时间1s。
　　通过在2台同类型机组采用优化后相同的整定参数，由试验结果可见，两者机端电压的响应曲线基本是一致的。励磁系统稳定器（软负反馈）取K_F＝0．04；T_F＝1．5s较合适。
　　由仿真试验所得到的电压响应曲线与实际试验结果也基本一致。

4　结语

　　经过计算、模型仿真和频率特性校核等步骤后选择的整定参数，在现场两台同类型机组上验证试验表明，对励磁系统参数优化所采用的方法是严格的、正确的、完全符合实际的。证明对励磁系统类型相同的机组，选用经优化后的统一整定参数，是切实可行的，本方法可作为其他类型机组进行励磁参数优化达标的参考。
　　本文所研究沪产300 MW机组优化后选定的可调参数整定值，已推广应用到吴泾电厂、石洞口电厂、马鞍山第二电厂及淮南电厂等300 MW同类型机组。

［1］　方思立．应用数字仿真设计、调整、励磁系统参数［J］．电杂志，1993，（4）．
［2］　周兴贵，姚茂军．励磁系统数字仿真及励磁调节器整定参数的优化计算［C］．’90励磁学术讨论论文集，1990．
［3］　励磁工作组．计算电力系统稳定用的励磁系统数学模型［J］．中国电机工程学报，1991，11（5）：65．