專利名稱：一種水輪同步發(fā)電機功角直接測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直接測量水輪同步發(fā)電機功角的方法。
背景技術：
我國各大電網(wǎng)的互聯(lián)的趨勢使得電網(wǎng)安全穩(wěn)定的監(jiān)測尤為重要。由于發(fā)電 機功角是表征電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要狀態(tài)量，因而利用同步時鐘技術構建的廣域
測量系統(tǒng)(WAMS)、同步相量測量裝置(PMU)近幾年得到了廣泛的推廣應用。 測量發(fā)電機功角較為精確的方法是直接測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子在某空間中的位置角 度，從而推算出內(nèi)電勢相角，通過內(nèi)電勢相角與發(fā)電機機端電壓之間的角度差 來獲得發(fā)電機功角。
直接測量同步發(fā)電機的功角方法，因為汽輪機組為單極機組，大多具備鍵 相信號，其脈沖與發(fā)電機機端電壓存在一一對應的關系，故在同步相量測量裝 置中已應用較為成熟。但對多極對的大型同步發(fā)電機組，特別是水輪發(fā)電機組， 其轉(zhuǎn)子槽位一般與極對數(shù)相同，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈的過程中，將發(fā)出多個脈沖， 由于槽位在機械上不可能完全均勻，其誤差將會因極對數(shù)原因放大很大，導致 實際測量不可用。故一直以來，多極對發(fā)電機組的功角直接測量在工程實際應 用中存在較大的困難。
申請?zhí)枮?00510110406. 6的中國專利申請《直接測量發(fā)電機功角和內(nèi)角的 方法》披露了一種通過利用發(fā)電機轉(zhuǎn)軸鍵相信號及機端電壓相量來直接測量發(fā) 電機功角的方法。該方法僅能獲取單個的發(fā)電機機械初始角并用于后續(xù)的功角 計算中，在單極的汽輪機組中測量是準確的，但在多極對的水輪機中，由于各 齒間的機械誤差不一，無法獲取穩(wěn)定的初始相角。
《電力系統(tǒng)廣域動態(tài)監(jiān)測中的功角直接測量技術》(電力系統(tǒng)自動化"05 年2月號第29卷第3期第45頁)披露了一種可應用于汽輪機組及水輪機組功
角直接測量的方法。其中也涉及到多極對的水輪發(fā)電機功角測量方法。該方法 需要在水輪發(fā)電機齒盤上，通過機械方式修改齒盤齒的寬度，使傳感器獲取特 殊的"大齒"脈沖，以標識出第一個脈沖。但實際上，由于目前大量已投入運行的發(fā)電機組齒盤已開好，以及發(fā)電設備的重要性原因，重新修改發(fā)電機齒盤， 在工程實際應用中有很大的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在不對已有的發(fā)電機齒輪改造的情況下，測量發(fā)電機位置 信號的初始誤差角，直接獲取精確的發(fā)電機功角。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過在PMU裝置中提取發(fā)電機齒輪的特征參 數(shù)，通過參數(shù)自動辨識的技術方案來實現(xiàn)的，水輪同步發(fā)電機功角直接測量方 法，包括下列步驟
1、 在發(fā)電機空載的情況下，PMU裝置通過傳感器獲取發(fā)電機轉(zhuǎn)子齒盤的初 始相角序列及齒盤各齒之間的齒距序列，獲取上述機組特征參數(shù)后，將 其作為發(fā)電機參數(shù)存入裝置。每次發(fā)電機在檢修后，機組進入空載狀態(tài)， 裝置重新計算這些參數(shù)。
2、 在發(fā)電機帶負載運行后，通過測量此時刻的發(fā)電機齒距特征，來匹配初 相角序列與齒距序列對應關系。
3、 PMU裝置通過獲取的對應關系以及發(fā).電機機端電壓，求取發(fā)電機功角。
在本發(fā)明中，披露了釆集發(fā)電機轉(zhuǎn)子齒盤初始相角序列及齒距序列的方法。 圖l是測量原理示意圖。設發(fā)電機極對數(shù)為N，當PMU裝置檢測到發(fā)電機進入空 載狀態(tài)后，根據(jù)發(fā)電機的特性，發(fā)電機內(nèi)電勢Eq與機端電壓U同相。
通過PMU裝置可較方便地獲取如下齒盤的特征參數(shù)，參見圖l:
傳感器脈沖發(fā)出時與機端電壓U的初始角度差序列 <formula>formula see original document page 4</formula> (1)
傳感器脈沖之間的脈沖發(fā)出時刻差序列，代表齒盤間的間距序列
<formula>formula see original document page 4</formula> (2) 考慮到水輪機組的振動、干擾等原因，在不同的時刻測量的e、 y會有一 定的誤差，在提取特征參數(shù)時刻，進行一段時間的平均處理，消除誤差。 在本發(fā)明中，披露了釆集發(fā)電機特征參數(shù)與正常運行過程中轉(zhuǎn)子位置脈沖
匹配的方法。在發(fā)電機并網(wǎng)運行后，PMU裝置運行過程中，同樣可測量到如下的
傳自. i口 ,<j、
傳感器脈沖發(fā)出時與機端電壓U的角度差序列<formula>formula see original document page 4</formula> ( 3 )
傳感器脈沖之間的脈沖發(fā)出時刻差序列<formula>formula see original document page 5</formula>
通過如上的序列，求取脈沖匹配矩陣a:
(4)
<formula>formula see original document page 5</formula>(5)
其中^ =[l,0,0"0]，e2 =
,63 =
, =
通過求取下式的最小值獲得匹配矩陣
lim(^;(/廣化)) (6) 在本發(fā)明中，1皮露了通過上述獲取的匹配矩陣，在正常運行過程中求取功
角的方法。通過測量的序列角度差cx,初始角序列e及矩陣a可得到發(fā)電機功
角
<5-a-J*0 (7)
釆用本發(fā)明的方法，解決了既有方法存在的問題。利用發(fā)電機運轉(zhuǎn)后，其 齒輪參數(shù)及傳感器參數(shù)不變的特性，來獲取發(fā)電機齒輪特征參數(shù)。通過PMU裝 置運行后對特征參數(shù)的匹配來獲取每周期對應初始角。從而避免了對發(fā)電機轉(zhuǎn) 子齒輪的改造，具有較大的工程實際應用價值。同時由于匹配矩陣是一個稀疏 矩陣，其求解較為方便快速，方便PMU的實時運算。


圖l為發(fā)電機齒輪特征參數(shù)辨識功角測量示意圖 圖2為PMU實現(xiàn)硬件框圖
具體實施例方式
下面是本發(fā)明的一個具體實施例，包括了采用本方法實現(xiàn)的一個具體的發(fā) 電機同步相量測量裝置。本方法的其它的特征、目的和優(yōu)點也可以從實施例的 說明和附圖中看出。
從圖2中可以看到，發(fā)電機的輸出機端電壓由電壓/電壓變換器1變換為小 幅值的波形信號后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器4，發(fā)電機的定子電流由電流/電壓變換器2 變換為小幅值波形信號后也送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器4，由發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號經(jīng)相應的位置傳感器3轉(zhuǎn)換成脈沖信號送給數(shù)字處理單元5。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器4接收上述各變換器送來的模擬信號波形，并把每個波形數(shù)字 化，數(shù)字化后的波形信號送給數(shù)字處理單元5，眾所周知，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和 通道數(shù)是由信號的大小和多少確定的，進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的時刻是由時鐘同步單元 6控制數(shù)字處理單元5來決定的。
數(shù)字處理單元5至少應含有微處理器，其接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器4送來的數(shù)字信 號，按程序?qū)?shù)字信號進行處理，包括運算、判別、存貯，計算出發(fā)電機功角， 在此，微處理器的位數(shù)、運算速度等并非本發(fā)明的技術關鍵，只需滿足本實施 例中對數(shù)據(jù)處理的要求，包括使用通用計算機系統(tǒng)。
權利要求
1.一種水輪同步發(fā)電機功角直接測量方法，其特征在于包括下列步驟1)在發(fā)電機空載的情況下，PMU裝置通過傳感器獲取發(fā)電機轉(zhuǎn)子齒盤的初始相角序列及齒盤各齒之間的齒距序列，獲取上述機組特征參數(shù)后，將其作為發(fā)電機參數(shù)存入裝置；2)在發(fā)電機帶負載運行后，通過測量此時刻的發(fā)電機齒距特征，來匹配初相角序列與齒距序列對應關系；3)PMU裝置通過獲取的對應關系以及發(fā)電機機端電壓，求取發(fā)電機功角。
2、 根據(jù)權利要求1所述的水輪同步發(fā)電機功角直接測量方法，其特征在于 所述釆集發(fā)電機轉(zhuǎn)子齒盤初始相角序列及齒距序列的方法為在PMU裝置檢測 到發(fā)電機進入空載狀態(tài)后獲取傳感器脈沖發(fā)出時與機端電壓U的初始角度差序 列6 =[《^2，《,...,~]及齒間距序列;^[r,，;w3,…，,w]。
3、 根據(jù)權利要求1所述的水輪同步發(fā)電機功角直接測量方法，其特征在于 所述發(fā)電機特征參數(shù)與正常運行過程中轉(zhuǎn)子位置脈沖匹配的方法為測量傳感 器脈沖發(fā)出時與機端電壓U的角度差序列"-[",，^,，…, h及傳感器脈沖 之間的脈沖發(fā)出時刻差序列/ = [/1,/2，/3,...人],通過lim(l;(^-4力))求取脈沖匹配 矩陣A。 ^
4、 根據(jù)權利要求1所述的水輪同步發(fā)電機功角直接測量方法，其特征在于 所述求取發(fā)電機功角的方法為通過匹配矩陣A，測量的序列角度差oc，初始角 序列6及矩陣A計算得到發(fā)電機功角S-"-^"。
5、 根據(jù)權利要求1至權利要求4中任一項所述的水輪同步發(fā)電機功角直接 測量方法，其特征在于所述PMU裝置包括電壓/電壓變換器(1)、電流/電 壓變換器(2)、位置傳感器(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)、數(shù)字處理單元(5)和時鐘 同步單元(6)，發(fā)電機的輸出機端電壓由電壓/電壓變換器(l)變換為小幅值的 波形信號后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)，發(fā)電機的定子電流由電流/電壓變換器(2)變換 為小幅值波形信號后也送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)接收上述各變換器 送來的模擬信號波形，并把每個波形數(shù)字化，數(shù)字化后的波形信號送給數(shù)字處 理單元(5);由發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號經(jīng)相應的位置傳感器(3)轉(zhuǎn)換成脈沖信號也 送給數(shù)字處理單元(5);進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的時刻由時鐘同步單元(6)控制數(shù)字處理 單元(5)來決定；數(shù)字處理單元(5)至少應含有微處理器，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器")送 來的數(shù)字信號，按程序?qū)?shù)字信號進行處理，包括運算、判別、存貯，計算出發(fā)電機功角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水輪同步發(fā)電機功角的直接測量方法，包括下列步驟在發(fā)電機空載的情況下，PMU裝置通過傳感器獲取發(fā)電機轉(zhuǎn)子齒盤的初相角、齒距特征參數(shù)；在發(fā)電機帶負載運行后，通過測量此時刻的發(fā)電機齒盤齒距特征，來匹配初相角序列與齒距序列對應關系；通過匹配關系，計算發(fā)電機的實時功角。采用本發(fā)明的方法，在不對已有的發(fā)電機齒輪改造的情況下，可以測量發(fā)電機位置信號的初始誤差角，直接獲取精確的發(fā)電機功角。
文檔編號G01R31/34GK101299058SQ200810123000
公開日2008年11月5日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權日2008年7月3日
發(fā)明者丁孝華, 捷 周, 孫國城, 楊永標, 趙景濤 申請人:國電南瑞科技股份有限公司