黑启动直流励磁调节器及其应用于黑启动系统的控制方法技术方案

本发明专利技术属于电网系统黑启动控制技术领域，具体公开了一种黑启动直流励磁调节器及其应用于黑启动系统的控制方法，黑启动直流励磁调节器包括比率限制器和PID控制器；黑启动直流励磁电源输出励磁阶跃信号至比率限制器的信号输入端，比率限制器的输出信号与反馈机端电压进行差值比较后输出差值至PID控制器的信号输入端，PID控制器的输出信号发送至发电机机端。控制方法包括：构建黑启动系统；黑启动直流励磁电源进行初始起励，通过黑启动直流励磁调节器调节发电机机端电压；切换至交流励磁调节模式；启动负荷，运行黑启动系统。本发明专利技术缩短了黑启动系统零起升压的起励时间，提高了起励一次成功的概率。本发明专利技术适用于电网黑启动控制。本发明专利技术适用于电网黑启动控制。

【技术实现步骤摘要】
黑启动直流励磁调节器及其应用于黑启动系统的控制方法


[0001]本专利技术属于电网系统黑启动控制
，具体地说是一种黑启动直流励磁调节器及其应用于黑启动系统的控制方法。

技术介绍

[0002]黑启动是指整个电网或系统因故障停运后，系统内部停电之后，不依赖别的网络的帮助，通过系统中具有自启动能力的机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复的针对性操作措施。
[0003]由此可见，黑启动速度和措施对于电网或区域电力系统的重要性，一般黑启动的电源通常优先考虑网内容量较大，且具有黑启动能力的水电机组；黑启动路径规划原则为减少启动路径的长度或操作步骤及不同电压等级的变化，优先选择充电功率小的路径。然而，有些区域电网网架薄弱，电源结构单一，具有黑启动能力的大容量水电机组选择性较少，在黑启动路径前期规划阶段就无法遵循路径规划相关原则，存在黑启动电源到第二批启动电源路径较长，且存在电压等级变化的情况，而长距离黑启动系统由于等值电源内阻较大，空载长线路合闸时会引起系统线性谐振问题，从而导致黑启动失败。
[0004]为避免上述问题，电网可采用黑启动电源带线路及主变的零起升压启动方案。系统零起升压过程中，启动电源的起励环节是至关重要的，现在大型发电机组一般都采用自并励静止可控硅整流励磁系统，励磁系统起励方式有三种，分别是残压起励、直流励磁电源起励和交流电源起励。在电网发生全黑的情况下，交流系统失电无法采用交流电源起励，而残压起励中若机组转速达到额定值，残余的机端电压过低，则无法驱动励磁调节器中的同步回路、脉冲出发回路和整流桥可控硅回路，导致起励失败。如果直接采用直流励磁电源进行初始起励，为了起励过程的稳定，励磁阶跃信号不宜过大，一般机组直流起励电压的设定值为机端电压的20％～30％左右，再切换到自动励磁调节器进行升压，一定程度上延长起励的时间，上述方式的起励时间仅仅适用于机组的常规启动。若电网交流系统失电后，机组从起转速至机端电压升至90％额定机端电压时间过长，则会导致黑启动起励不成功，第一次黑启动起励失败后，可能因为应急电源容量不足，导致全网供电系统恢复失败。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的，是要提供一种黑启动直流励磁调节器及其应用于黑启动系统的控制方法，以缩短黑启动系统零起升压的起励时间，同时，提高起励一次成功的概率。
[0006]本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方法如下：
[0007]一种黑启动直流励磁调节器，黑启动直流励磁调节器串联于黑启动直流励磁电源侧，黑启动直流励磁调节器包括比率限制器和PID控制器；比率限制器内设置有变化速率限值，变化速率限值不超过发电机的空载饱和系数，比率限制器通过变化速率限值限制输入信号的变化速率，缓解阶跃信号的冲击作用；黑启动直流励磁电源输出励磁阶跃信号至比率限制器的信号输入端，比率限制器的输出信号与反馈机端电压进行差值比较后输出差值
至PID控制器的信号输入端，PID控制器的输出信号发送至发电机机端，调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值。
[0008]作为限定：PID控制器类型包括比例环节、积分环节和微分环节；
[0009]PID控制器的传递函数为：
[0010][0011]上式中，G(s)为PID控制器的传递函数，Kp为PID控制器比例环节的比例系数，Ti为PID控制器积分环节的积分时间系数，Td为PID控制器微分环节的微分时间常数。
[0012]本专利技术还提供了上述黑启动直流励磁调节器应用于黑启动系统的一种控制方法，包括依次进行的以下步骤：
[0013]S1、构建黑启动系统；
[0014]S2、发电机机组通过黑启动流程化操作，转速达到100％，黑启动系统开始零起升压，采用黑启动直流励磁电源进行初始起励，黑启动直流励磁电源输出励磁阶跃信号至比率限制器，比率限制器通过设置变化速率限值限制输入信号的变化速率，缓解阶跃信号的冲击作用，变化速率限值不超过发电机的空载饱和系数，比率限制器的输出信号与反馈机端电压进行差值比较，输出差值至PID控制器，PID控制器作用于发电机机端，调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值；
[0015]S3、切换至交流励磁调节模式，发电机机端电压自动升至机端控制电压值；
[0016]S4、启动负荷，运行黑启动系统
[0017]作为限定：PID控制器类型包括比例环节、积分环节和微分环节；
[0018]PID控制器的传递函数为：
[0019][0020]上式中，G(s)为PID控制器的传递函数，Kp为PID控制器比例环节的比例系数，Ti为PID控制器积分环节的积分时间系数，Td为PID控制器微分环节的微分时间常数；步骤S2中PID控制器调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值具体为：调试PID控制器比例环节的比例系数Kp、积分环节的积分时间系数Ti和微分环节的微分时间常数Td，通过PID控制器比例环节的比例系数Kp、积分环节的积分时间系数Ti和微分环节的微分时间常数Td的协同调节作用，使得发电机转子绕组直流励磁电流增大，根据电磁感应原理发电机产生感应电动势E
q
相应增大，结合公式U
G
＝E
q
‑
jI
G
X
d
，进一步调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值；公式U
G
＝E
q
‑
jI
G
X
d
中，E
q
为发电机产生感应电动势，U
G
为发电机机端电压，I
G
为发电机机端电流，X
d
为发电机的直轴电抗。
[0021]作为进一步限定：步骤S2中调试PID控制器比例环节的比例系数Kp、积分环节的积分时间系数Ti和微分环节的微分时间常数Td具体为：采用Ziegler—Nichols法求取PID控制器的Kp，Ti和Td，首先设置Ti为无穷大，Td为0，然后增大Kp至黑启动系统震荡，记录此临界状态的Kp值为Kcr，振荡周期为Tcr，最后基于Ziegler—Nichols第二整定法则，即Kp＝0.6Kcr、Ti＝0.5Tcr、Td＝0.125Tcr整定出Kp，Ti和Td的值。
[0022]作为再进一步限定：步骤S3中机端控制电压值的求取方法为：在已知黑启动规划路径涉及的线路实测参数前提下，采用空载线路电容效应，从线路末端合理电压要求，向黑
启动规划路径得到电源方向反推机端控制电压值。
[0023]作为限定：步骤S1中构建黑启动系统包括依次进行的以下步骤：
[0024]S11、黑启动系统涉及的发变组完成状态确认的准备工作；
[0025]S12、黑启动系统涉及厂站完成倒闸操作和通道隔离；
[0026]S13、合上黑启动系统发电机的发电刀闸和开关；
[0027]S14、确认零起升压黑启动系统连通，且通道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黑启动直流励磁调节器，其特征在于，黑启动直流励磁调节器串联于黑启动直流励磁电源侧，黑启动直流励磁调节器包括比率限制器和PID控制器；比率限制器内设置有变化速率限值，变化速率限值不超过发电机的空载饱和系数，比率限制器通过变化速率限值限制输入信号的变化速率，缓解阶跃信号的冲击作用；黑启动直流励磁电源输出励磁阶跃信号至比率限制器的信号输入端，比率限制器的输出信号与反馈机端电压进行差值比较后输出差值至PID控制器的信号输入端，PID控制器的输出信号发送至发电机机端，调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值。2.根据权利要求1所述的一种黑启动直流励磁调节器，其特征在于，PID控制器类型包括比例环节、积分环节和微分环节；PID控制器的传递函数为：上式中，G(s)为PID控制器的传递函数，Kp为PID控制器比例环节的比例系数，Ti为PID控制器积分环节的积分时间系数，Td为PID控制器微分环节的微分时间常数。3.权利要求1或2所述的黑启动直流励磁调节器应用于黑启动系统的一种控制方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：S1、构建黑启动系统；S2、发电机机组通过黑启动流程化操作，转速达到100％，黑启动系统开始零起升压，采用黑启动直流励磁电源进行初始起励，黑启动直流励磁电源输出励磁阶跃信号至比率限制器，比率限制器通过设置变化速率限值限制输入信号的变化速率，缓解阶跃信号的冲击作用，变化速率限值不超过发电机的空载饱和系数，比率限制器的输出信号与反馈机端电压进行差值比较，输出差值至PID控制器，PID控制器作用于发电机机端，调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值；S3、切换至交流励磁调节模式，发电机机端电压自动升至机端控制电压值；S4、启动负荷，运行黑启动系统。4.根据权利要求3所述的黑启动直流励磁调节器应用于黑启动系统的一种控制方法，其特征在于，PID控制器类型包括比例环节、积分环节和微分环节；PID控制器的传递函数为：上式中，G(s)为PID控制器的传递函数，Kp为PID控制器比例环节的比例系数，Ti为PID控制器积分环节的积分时间系数，Td为PID控制器微分环节的微分时间常数；步骤S2中PID控制器调节发电机机端电压至第一将阶段机端电压的设定值具体为：调试PID控制器比例环节的比例系数Kp、积分环节的积分时间系数Ti和微分环节的微分时间常数Td，通过PID控制器比例环节的比例系数Kp、积分环节的积分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘紫玉，李丹丹，刘建强，任斌，赵越，姜锦耀，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，
类型：发明
国别省市：