一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法及装置，方法包括：获取发电机功率因数角；根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角，所述外功角为机端电压向量相对于系统电压向量的夹角；判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制。本发明专利技术利用了发电机机端功率因数角和系统外功角量识别定子电流最小值的方法，改善了定子电流限制涉网特性的优化效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力技术，具体的讲是一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法及装置。
技术介绍
现代发电机励磁控制的设计思想已从单个孤立的发电机电压控制上升到全系统全过程的多种控制及保护的综合协调控制。近年来国外发生的多次大停电事故分析表明，机组涉网保护和限制与电网之间的协调配合是保证系统安全稳定运行的关键因素之一。励磁调节器(AutomaticVoltageRegulator，AVR)中的定子电流限制(StatorCurrentLimit,SCL)在电力系统中已获得广泛应用，SCL是针对发电机运行到超出额定有功功率的情况，当运行超出额定有功功率时，定子电流限制就代替励磁电流限制，成为主要决定发电机容量的因数，在过励的运行状态下减少励磁及无功功率输出，使定子电流回到限制定值边界以内。现有技术中，对励磁辅助限制的重点主要在如何从网源协调控制角度保障定子电流限制、转子过流限制、定子过负荷保护间的协调配合以及特高压直流投运后受端电网机组转子过流限制对系统大扰动后的电压稳定影响，而对于励磁调节器过流限制的协调控制特性却鲜有研究。
技术实现思路
为了改善定子电流限制涉网特性，提高定子电流限制优化的有效性，本专利技术实施例提供了一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法，包括：获取发电机功率因数角；根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角，所述外功角为机端电压向量相对于系统电压向量的夹角；判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制。本专利技术实施例中，所述的获取发电机功率因数角包括：获取由发电机励磁调节器实时计算的发电机功率因数角。本专利技术实施例中，所述的根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角包括：实时获取发电机的有功功率、无功功率、机端电压；根据实时获取的有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗以及下式(1)确定外功角；其中，δ2为外功角，P有功功率，Q无功功率，Ut机端电压，Xs系统阻抗，所述系统阻抗由涉网试验测得。本专利技术实施例中，所述的系统阻抗取值为涉网试验实测值的1.5倍。本专利技术实施例中，所述的判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制包括：判断所述外功角不小于功率因数角时，获取当前的发电机无功功率值；以获取的当前的发电机无功功率值为目标值，对发电机励磁调节器进行恒无功控制。同时，本专利技术还提供一种发电机励磁调节器的定子电流限制装置，包括：功率因数角获取模块，用于获取发电机功率因数角；外功角确定模块，用于根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角，所述外功角为机端电压向量相对于系统电压向量的夹角；控制模块，用于判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制。本专利技术实施例中，所述的外功角确定模块包括：发电机参数获取单元，用于实时获取发电机的有功功率、无功功率、机端电压；外功角计算单元，根据实时获取的有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗以及下式(1)确定外功角；其中，δ2为外功角，P有功功率，Q无功功率，Ut机端电压，Xs系统阻抗，所述系统阻抗由涉网试验测得。本专利技术实施例中，所述的控制模块包括：判断单元，用于判断所述外功角是否不小于功率因数角；无功功率值获取单元，确定所述外功角不小于功率因数角时，获取当前的发电机无功功率值；控制单元，以获取的当前的发电机无功功率值为目标值，对发电机励磁调节器进行恒无功控制。本专利技术基于发电机V型曲线特性分析提出了利用发电机机端功率因数角和系统外功角量识别定子电流最小值的方法，改善了定子电流限制涉网特性的优化效果。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为发电机定子电流过载能力曲线；图2为SCL的典型动作模型；图3为SCL动作导致系统振荡和电压崩溃过程；图4为恒定零无功控制的模型控制框图；图5为SCL模块采用恒无功控制的特性曲线；图6为系统电压恒定时发电机不同负载对应的系统侧V型曲线；图7为本专利技术一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法的流程图；图8为本专利技术实施例提供的SCL模块中优化的恒无功控制框图；图9为发电机V型曲线图；图10为本专利技术公开的发电机励磁调节器的定子电流限制装置的结构框图；图11为本专利技术实施例中的单机-无穷大系统模型；图12为采用本专利技术的方法进行SCL控制策略的控制特性；图13为本专利技术实施例中的系统阻抗Xs对控制特性影响。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有的国内外主流励磁调通常励磁调节器的SCL环节分为两部分，即用于发电机过无功时限制感性电流和用于发电机进相运行时限制容性电流。由于汽轮发电机组定子持续过电流能力略大于转子，故要求在过流倍率相同的条件下定子过电流限制应在转子过励限制后动作，并满足表1要求：表1发电机定子规定过电流倍率下允许的持续时间定子电流(p.u.)2.091.461.251.13时间(s)11.1333.1466.67135.4图1表示发电机定子电流过载能力曲线，如果将该曲线用近似的双曲方程来表示，则可得：t＝C1/(I2-1)(2)式(2)中，t为时间，I为发电机定子电流(以额定电流值倍数表示)；C1为热容量值，C1＝37.5。为保证定子电流限制与定子过负荷保护配合，在AVR中SCL限制的C1整定为33。实现定子电流限制有不同的方案。目前，国内外主流AVR厂家方案是考虑图1定子电流的过载能力曲线，设计过流反时限特性，即过载越重，允许的时间越短。图2给出了SCL的典型动作模型，其动作过程如下：当定子电流超过图1过载能力曲线上相应的时间后，动作模型的输入参考值切换至1.1p.u额定定子电流。不同厂家模型尽管在具体实现上存在差异，比如动作模型的输出采用叠加方式或者进比门方式、模型采用比例积分器或超前滞后环节等，但总体控制方式与图2的定子电流闭环控制方式接近。图2中，SSCL1为反时限计时标志位，当到达反时限时间时，SSCL1标志位为1；SSCL2为恒无功切换标志位，当发电机无功功率Q达到死区QZONE1内时，SSCL2标志位为0，并退出定子电流限制；Itmax为允许的最大定子电流；Itth为定子电流限制返回定值；It为定子电流当前测量值；T1～T4为定子电流限制的时间常数；Ks1为限制器增益，TR为测量时间常数。SCL限制设计的主要目标是发电机运行到超出额定有功功率时，尽可能利用发电机励磁对无功的调节能力保证发电机的安全。然而，实际系统运行工况更为复杂，AVR涉网性能测试结果表明SCL动作行为可能超出设计预期，主要表现为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法，其特征在于，所述的方法包括：获取发电机功率因数角；根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角，所述外功角为机端电压向量相对于系统电压向量的夹角；判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制。

【技术特征摘要】
1.一种发电机励磁调节器的定子电流限制方法，其特征在于，所述的方法包括：获取发电机功率因数角；根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角，所述外功角为机端电压向量相对于系统电压向量的夹角；判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制。2.如权利要求1所述的发电机励磁调节器的定子电流限制方法，其特征在于，所述的获取发电机功率因数角包括：获取由发电机励磁调节器实时计算的发电机功率因数角。3.如权利要求1所述的发电机励磁调节器的定子电流限制方法，其特征在于，所述的根据发电机有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗确定外功角包括：实时获取发电机的有功功率、无功功率、机端电压；根据实时获取的有功功率、无功功率、机端电压以及系统阻抗以及下式(1)确定外功角；δ2=arctan|PQ-Ut2/Xs|---(1)]]>其中，δ2为外功角，P有功功率，Q无功功率，Ut机端电压，Xs系统阻抗，所述系统阻抗由涉网试验测得。4.如权利要求3所述的发电机励磁调节器的定子电流限制方法，其特征在于，所述的系统阻抗取值为涉网试验实测值的1.5倍。5.如权利要求1所述的发电机励磁调节器的定子电流限制方法，其特征在于，所述的判断所述外功角不小于功率因数角时，将发电机励磁调节器的定子电流限制转换为恒无功控制包括：判断所述外功角不小于功率因数角时，获取当前的发电机无功功率值；以获取的当前的发电机无功功率值为目标值，对发电机励磁调节器进行恒无功控制。6.一种发电机励磁调节器的定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欢，苏为民，朱红伟，王斌，梁浩，吴涛，顾建嵘，罗婧，史扬，姚谦，赵焱，付宏伟，赵峰，
申请(专利权)人：华北电力科学研究院有限责任公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，南京国电南自美卓控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11