适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，包括有如下步骤：1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号；2）利用同步发电机电压及其电流合成同步发电机内电势；3）测量同步发电机内电势的频率信号。本发明专利技术可用作PSS2A/2B、PSS3B、PSS4B等双输入电力系统稳定器的角速度信号准确测量，经RTDS试验和现场验证，本发明专利技术在同步发电机发生低频振荡时使励磁系统能够提供足够的阻尼，确保电力系统的稳定运行，且测量精度高。

Angular Speed Measurement Method of Synchronous Generator Applicable to Dual-input Power System Stabilizer

The invention discloses a synchronous generator angular velocity measurement method suitable for dual-input power system stabilizer, which includes the following steps: 1) measuring synchronous generator voltage, measuring synchronous generator current, generating synchronous generator Xq signal; 2) synthesizing synchronous generator internal potential by synchronous generator voltage and current; 3) measuring the frequency of synchronous generator internal potential. Signal. The invention can be used for accurate measurement of angular velocity signals of PSS2A/2B, PSS3B, PSS4B and other dual-input power system stabilizers. The RTDS test and field verification show that the invention can provide sufficient damping for the excitation system when the synchronous generator oscillates at low frequency to ensure the stable operation of the power system, and the measurement accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法
本专利技术涉及一种适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，属于适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法的创新技术。
技术介绍
随着电力系统的发展及机组励磁控制技术的发展，中、大型发电机组都普遍采用快速励磁调节器。快速励磁调节器在提高系统响应速度的同时，却大大减小了励磁系统时间常数，降低了系统阻尼，使系统中经常出现弱阻尼甚至负阻尼，引发低频振荡发生。区域电网低频振荡的产生，会导致相关断面越极限运行及相关设备跳闸，严重影响电力系统的安全稳定，甚至引发恶性连锁故障，造成电网大面积崩溃，是影响区域电网安全稳定性的最重要问题之一。因此，对低频振荡应该采取积极有效的抑制措施。目前，对低频振荡的抑制策略主要分为两大类，即一次系统策略和二次系统策略。一次系统策略主要为增强网架结构提升系统固有阻尼。二次系统策略包括了柔性交流输电系统、高压直流输电、电力系统稳定器（PowerSystemStabilizer，简称PSS）及最优励磁控制策略（包括线性和非线性最优励磁控制）。在这些策略中，电力系统稳定器是公认的最简单有效、广泛使用、经济稳定的措施，目前基本上所有的励磁系统中都嵌有电力系统稳定器。电力系统稳定器（PSS）是一种附加励磁控制，其主要作用是给励磁系统提供一个附加输入(以低频0.2-2.5Hz的有功功率摆动作为输入)，然后把该输入信号根据需要进行放大和相位补偿以产生控制信号，再将该控制信号叠加到励磁参考电压上，产生同发电机阻尼绕组一样效果的正阻尼，抵消单纯电压偏差调节的AVR所产生的负阻尼，从而实现抑制电力系统低频振荡，提高系统稳定性的目标。目前，在国内电力系统中使用最多的PSS模型是PSS2A/2B,其传递函数如图1所示：图中：V1是角速度输入信号，V2是电功率输入信号。其中电功率易于测量，角速度难以直接测量，需通过电压、电流等电气量间接测量，难以准确测量。因此，角速度信号测量的准确与否直接关系到PSS2A/2B作用的效果，当角速度信号测量不准确时会引起PSS阻尼弱甚至是负阻尼现象。实际运行中也多次发生因角速度信号测量不准确而导致的PSS2A/2B实际运行阻尼不满足要求，如2017年7月6日，贵州某220kV电厂即发生一起因PSS2A型电力系统稳定器角速度测量不准确导致0.6Hz附近低频段阻尼不足引发机组对系统发生低频振荡的事件。目前，在PSS中对发电机角速度的测量主要使用的方法有两种，一种方案是根据发电机向量图求取发电机功角，对功角求导后得到发电机角速度变化量；另外一种方法是利用发电机αβ坐标系中内电势Eq与α轴夹角的变化率求得发电机角速度变化量。上述两种方案共同之处都是间接测量发电机角速度的变化量。实践证明，当发电机组有功功率发生的低频振荡频率在1Hz以上时，用上述两种方案所测角速度变化量较为准确。而当发电机有功功率振荡频率小于0.7Hz时，由于励磁调节器运算周期很小（一般在3.3ms左右），对0.7Hz以下振荡频率不敏感导致角速度变化量的测量不准确，PSS2A/2B效果差，甚至出现负阻尼。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法。本专利技术在同步发电机发生低频振荡时使励磁系统能够提供足够的阻尼，确保电力系统的稳定运行，且测量精度高。本专利技术的技术方案是：本专利技术的适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，包括有如下步骤：1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号；2）利用同步发电机电压及其电流合成同步发电机内电势；3）测量同步发电机内电势的频率信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的一种适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，利用励磁系统中所测量得到的发电机电压，电流信号以及Xq信号，根据同步发电机向量图合成同步发电机内电势，通过调制电路对内电势信号进行调制，从而得到内电势Eq的频率，该内电势信号能够准确反映同步发电机在低频振荡时角速度的变化情况，经调制后可用于PSS2A/2B，PSS4B等电力系统稳定器作为角速度输入信号，在同步发电机发生低频振荡时使励磁系统能够提供足够的阻尼，确保电力系统的稳定运行。本专利技术通过测量同步发电机内电势频率而得到发电机角速度信号，在发电机发生低频振荡时其频率范围为50Hz±2Hz，测量精度高。附图说明图1是现有技术PSS2A/2B传递函数示意图；图2是本专利技术的原理图；图3是本专利技术同步发电机向量图；图4是本专利技术发电机PT二次测量回路原理图；图5是本专利技术电流测量回路原理图；图6是本专利技术内电势合成回路原理图；图7是本专利技术发电机内电势频率测量回路原理图；图8是不同PSS方案下线路有功波动曲线图。具体实施方式本专利技术总体实现方案框图如图2所示，本专利技术适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，包括有如下步骤：1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号；2）利用同步发电机电压及其电流合成发电机内电势；3）测量同步发电机内电势的频率信号。上述步骤1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号的方法是：先设计发电机电压测量回路、设计发电机电流测量回路、设计同步发电机Xq信号的产生回路，再分别进行测量。上述步骤2）利用发电机电压及电流合成发电机内电势的方法是：利用内电势合成电路对发电机电压回路和电流回路进行矢量合成，得到发电机内电势。根据发电机内电势向量图得到发电机内电势。上述步骤3）利用FPGA芯片测量同步发电机内电势频率信号。使用FPGA芯片对发电机内电势频率信号进行高速采样得到准确的发电机角速度，采样频率33MhZ。同步发电机向量图如图3所示，根据同步发电机向量图得知：。可见，根据电压、电流和Xq的值就可以求得内电势Eq的值。本实施例中，发电机电压测量回路如图4所示，上述发电机电压测量回路如图5所示，包括电压互感器TV3、运算放大芯片U1组成的运算放大电路、电阻R14～R17、R28、R29、R31，电容C7、C9、C11，其中电阻R16、R17、R28、R29组成的桥式整流电路连接在电压互感器TV3的输入端，电阻R14、R15组成的并联电路连接在电压互感器TV3的输入端，电容C9与电阻R31并联、且连接在运算放大芯片U1的输入端，运算放大芯片U1的通过电容C7及C11接地，电压互感器TV3起隔离和变送功能，外部强电电压信号经过电压互感器和运算放大电路实现信号的隔离放大功能。同步发电机测量回路主要包括电压互感器TV3和运算放大芯片U1相关的运算放大电路。电压互感器起隔离和变送功能，外部强电电压信号经过电压互感器和运算放大电路实现信号的隔离放大功能。本实施例中，上述发电机电流测量回路如图5所示，包括有电流互感器CT4、运算放大芯片U17组成的运算放大电路、电阻R100、电容C74、C77、C78，电阻R100与电容C77并联、且连接在运算放大芯片U17的输入端，运算放大芯片U17通过电容C74及C78接地，电流互感器和运算放大电路实现同步发电机机端电流信号的隔离和放大功能。在图5中，Ig+和Ig-是CT输出的电流信号，来自发电机电流互感器二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于包括有如下步骤：1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号；2）利用同步发电机电压及其电流合成同步发电机内电势；3）测量同步发电机内电势的频率信号。

【技术特征摘要】
1.一种双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于包括有如下步骤：1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号；2）利用同步发电机电压及其电流合成同步发电机内电势；3）测量同步发电机内电势的频率信号。2.根据权利要求1所述的适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于上述步骤1）测量同步发电机电压、测量同步发电机电流、产生同步发电机Xq的信号的方法是：先设计同步发电机电压测量回路、设计同步发电机电流测量回路、设计同步发电机Xq信号的产生回路，再分别进行测量。3.根据权利要求1所述的适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于上述步骤2）利用同步发电机电压及其电流合成同步发电机内电势的方法是：利用内电势合成电路对发电机电压回路和电流回路进行矢量合成，由发电机内电势向量图得到发电机内电势。4.根据权利要求1所述的适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于上述步骤3）利用FPGA芯片测量同步发电机内电势频率信号。5.根据权利要求1所述的适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于上述发电机电压测量回路包括电压互感器TV3、运算放大芯片U1组成的运算放大电路、电阻R14～R17、R28、R29、R31，电容C7、C9、C11，其中电阻R16、R17、R28、R29组成的桥式整流电路连接在电压互感器TV3的输入端，电阻R14、R15组成的并联电路连接在电压互感器TV3的输入端，电容C9与电阻R31并联、且连接在运算放大芯片U1的输入端，运算放大芯片U1的通过电容C7及C11接地，电压互感器TV3起隔离和变送功能，外部强电电压信号经过电压互感器和运算放大电路实现信号的隔离放大功能。6.根据权利要求1所述的适用于双输入电力系统稳定器的同步发电机角速度测量方法，其特征在于上述发电机电流测量回路包括有电流互...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅勇，孙新志，李鹏，徐小方，周剑，谢惠藩，陈刚，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，广州擎天实业有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44