專利名稱：發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的主要控制功能主環(huán)與輔環(huán)、輔環(huán)與輔環(huán)間的協(xié)調(diào)控制方法，屬于電力系統(tǒng)勵磁控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)穩(wěn)定問題越來越突出，電網(wǎng)運(yùn)行的安全性越來越引起人們的注意，電網(wǎng)調(diào)度對于勵磁系統(tǒng)提出了越來越高的要求，并逐步將電網(wǎng)對勵磁系統(tǒng)的要求納入到電網(wǎng)管理的范疇，發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)已經(jīng)不再僅僅是發(fā)電廠的勵磁，更是電力系統(tǒng)的勵磁。勵磁系統(tǒng)不但需要確保電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還要對電網(wǎng)的穩(wěn)定提供支撐，不僅僅要考慮電網(wǎng)小擾動情況時控制性能的要求，更需要考慮電網(wǎng)發(fā)生諸如短路等大擾動情況時控制的快速性與穩(wěn)定性的要求，為此勵磁系統(tǒng)不僅需要具有電網(wǎng)故障引起的大擾動時調(diào)節(jié)的快速性，同時要具有電網(wǎng)負(fù)荷變動引起小擾動時調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。而當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大擾動時，不僅僅是勵磁系統(tǒng)的主環(huán)在起作用，還常常伴隨著各種輔助控制環(huán)節(jié)的作用。在勵磁控制系統(tǒng)中，除了具有維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、實(shí)現(xiàn)不同發(fā)電機(jī)組間的無功功率的合理分配以及提供發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性等功能外，還應(yīng)當(dāng)對發(fā)電機(jī)起到一定的保護(hù)作用。這就要求勵磁系統(tǒng)具有除正?？刂浦邪l(fā)揮作用的主環(huán)之外，還必須包含許多限制保護(hù)以及為提高電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定抑制各種可能振蕩的各種輔助控制環(huán)節(jié)，如PSS、 SEDC、欠勵限制、過勵限制、定子電流限制、V/F限制、最大勵磁電流限制、最小勵磁短路限制、調(diào)差等。這些限制或多或少都對主環(huán)的控制性能起到一定作用，從而影響到電網(wǎng)穩(wěn)定。 由于目前國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE std 421，特別是國標(biāo)GB/T 7409. 2中勵磁系統(tǒng)控制模型中輔助環(huán)節(jié)與主控制環(huán)節(jié)間既有采用疊加方式的又有采用高低門方式的，當(dāng)采用高低門形式的限制器時，只需分別考慮主、輔環(huán)模型和參數(shù)的選擇，而當(dāng)采用疊加方式的勵磁系統(tǒng)模型時，則不但要分別考慮主、輔環(huán)的模型和參數(shù)的選擇，還必須考慮其間的協(xié)調(diào)控制。由于采用高低門方式的勵磁系統(tǒng)在限制動作與退出的切換過程中經(jīng)常存在較大的擾動，所以目前勵磁系統(tǒng)更多地采用疊加方式的模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問題是正常運(yùn)行時發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)通過主環(huán)控制維持機(jī)端電壓穩(wěn)定；在大擾動或故障情況下，特別是采用疊加方式的勵磁系統(tǒng)模型中，各種穩(wěn)定、限制、保護(hù)等輔助控制環(huán)節(jié)迅速啟動，與主環(huán)共同作用，協(xié)調(diào)控制的效果才能對電網(wǎng)穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，所述輔環(huán)協(xié)調(diào)控制包括PSS控制、欠勵限制、過勵限制、轉(zhuǎn)子電流限制、定子電流限制、 V/F限制、最大勵磁電流限制、調(diào)差控制，其特征在于，包括以下步驟
1)發(fā)電機(jī)、變壓器過激磁曲線采用負(fù)調(diào)差補(bǔ)償時調(diào)差系數(shù)應(yīng)當(dāng)不小于-2% ；2)對于不裝設(shè)PSS控制器的小型水電機(jī)組，加裝PSS控制器，V/F限制器整定采用正
調(diào)差；
3)在大擾動下V/F限制器采用反時限動作，在低V/F比值下能夠長時間運(yùn)行而不影響系統(tǒng)原有的特性；在小擾動下主要針對超低頻振蕩，需要使V/F限制器在0. 1-0. 2Hz之間的相移不能給系統(tǒng)帶來負(fù)阻尼，從而不影響PSS。前述的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述過勵限制器和最大勵磁電流限制器之間協(xié)調(diào)控制當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流達(dá)到勵磁系統(tǒng)設(shè)置的最大勵磁電流限制時，發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)瞬時最大勵磁電流限制器動作，將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流限制到發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)定的過勵勵磁電流允許值，并根據(jù)電網(wǎng)的需要保持足夠的時間，當(dāng)過勵限制器允許的時間達(dá)到以后，如果電網(wǎng)故障仍然沒有消除，則發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流限制到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子允許的長期運(yùn)行電流值。前述的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述欠勵限制器和 PSS控制器之間的協(xié)調(diào)控制方法為通過欠勵限制防止因發(fā)電機(jī)勵磁不足而引起的勵磁電流低、進(jìn)相深度大從而進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)由于阻尼較弱而發(fā)生有功功率低頻振蕩時，PSS控制器通過在電壓調(diào)節(jié)器輸入端加入一個相位超前于轉(zhuǎn)速的信號使其經(jīng)過勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)磁場繞組的相位滯后在發(fā)電機(jī)側(cè)產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，從而抑制低頻振蕩， 當(dāng)欠勵限制動作時，不但無功環(huán)節(jié)會發(fā)生振蕩，有功也同樣會振蕩，在配置欠勵限制器和 PSS參數(shù)時根據(jù)實(shí)際工程狀況進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，使得勵磁控制器既快速地限制發(fā)電機(jī)的深度進(jìn)相，同時又能夠有效地抑制發(fā)電機(jī)有功功率的低頻振蕩。本發(fā)明提供了一種發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，摒棄傳統(tǒng)的固定參數(shù)控制方法，采用變參數(shù)的手段，既保證勵磁系統(tǒng)各個輔助環(huán)節(jié)都具有非常好的動態(tài)調(diào)節(jié)特性，又能夠密切配合，有效解決了電力系統(tǒng)大擾動情況下勵磁調(diào)節(jié)快速性與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下勵磁控制穩(wěn)定性之間的矛盾，滿足電力系統(tǒng)各種工況下對穩(wěn)定的需求。


圖1為勵磁系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制框圖2為采用固定參數(shù)控制時大擾動下的無功和功角變化； 圖3為采用自適應(yīng)變參數(shù)控制時大擾動下的無功和功角變化； 圖4為下階躍時PSS未投入下的無功和有功變化； 圖5為下階躍時PSS投入下的無功和有功變化； 圖6為機(jī)端電壓上階躍時V/F限制和有功的變化。
具體實(shí)施例方式輔環(huán)協(xié)調(diào)控制包括PSS控制、SEDC控制、欠勵限制、過勵限制、轉(zhuǎn)子電流限制、定子電流限制、V/F限制、最大勵磁電流限制、最小勵磁短路限制、調(diào)差控制等。傳統(tǒng)的控制方法中，若PSS參數(shù)整定不當(dāng)V/F輸出與PSS輸出疊加可能導(dǎo)致或加劇低頻振蕩。本發(fā)明在模型標(biāo)準(zhǔn)化、工程應(yīng)用和參數(shù)整定方面提出
為在正常系統(tǒng)電壓范圍內(nèi)V/F輸出不影響勵磁調(diào)節(jié)和PSS輸出，發(fā)電機(jī)、變壓器過激磁曲線配合必須正確，采用負(fù)調(diào)差補(bǔ)償時調(diào)差系數(shù)應(yīng)當(dāng)不小于-2% ；對于不裝設(shè)PSS的小型水電機(jī)組，運(yùn)行在線路末端，運(yùn)行電壓范圍比較大，容易因?yàn)閯畲趴刂婆渲貌缓侠矶鴮?dǎo)致低頻振蕩，在小水電集中區(qū)域該現(xiàn)象更加明顯，對該類情況需加裝PSS，V/F整定不要過于保守，并采用正調(diào)差；
V/F限制器在大型機(jī)組使用應(yīng)兼顧大擾動和小擾動不同運(yùn)行情況。在大擾動下V/F限制器主要阻止過激磁保護(hù)動作導(dǎo)致的系統(tǒng)無功缺乏，引發(fā)電壓不穩(wěn)定。過磁通導(dǎo)致的發(fā)熱與V/F比值成正比例關(guān)系，因此采用反時限動作，在低V/F比值下能夠長時間運(yùn)行而不影響系統(tǒng)原有的特性。在小擾動下主要針對超低頻振蕩，要使V/F限制器輸出不影響PSS即不給系統(tǒng)帶來負(fù)阻尼，要求V/F限制器在0. 1-0. 2Hz之間的相移不明顯，在本機(jī)振蕩頻率附近基本不影響PSS。過勵限制和最大勵磁電流限制器之間的協(xié)調(diào)控制是指當(dāng)電網(wǎng)需要發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)勵時，只要晶閘管整流器的陽極電壓足夠高，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流可能很快會超過強(qiáng)勵限制允許的最大電流，從而達(dá)到發(fā)電機(jī)短時允許的最大勵磁電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流達(dá)到勵磁系統(tǒng)設(shè)置的最大勵磁電流限制時，發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)瞬時最大勵磁電流限制器動作，將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流限制到發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)定的過勵勵磁電流允許值，并根據(jù)電網(wǎng)的需要保持足夠的時間。當(dāng)過勵限制允許的時間達(dá)到以后，如果電網(wǎng)故障仍然沒有消除，則發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流限制到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子允許的長期運(yùn)行電流值。本發(fā)明的核心是主環(huán)與輔環(huán)、輔環(huán)與輔環(huán)間的協(xié)調(diào)控制方法，解決了大擾動時勵磁控制快速性的同時又能保證穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)定性的難題。在大擾動情況下，發(fā)電機(jī)功角穩(wěn)定裕度可以增加3。正常運(yùn)行時發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)通過主環(huán)控制維持機(jī)端電壓穩(wěn)定；在大擾動或故障情況下，勵磁系統(tǒng)各種穩(wěn)定、限制、保護(hù)等輔助控制環(huán)節(jié)迅速啟動，與主環(huán)共同作用，其協(xié)調(diào)控制的效果對電網(wǎng)的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。本專利對勵磁系統(tǒng)各個輔助環(huán)節(jié)進(jìn)行深入的研究，建立了合理的主環(huán)與輔環(huán)、輔環(huán)與輔環(huán)間的協(xié)調(diào)控制策略，采用變參數(shù)的手段，既保證了勵磁系統(tǒng)各個輔助環(huán)節(jié)都具有非常好的動態(tài)調(diào)節(jié)特性，又能夠密切配合，有效解決了電力系統(tǒng)大擾動情況下勵磁調(diào)節(jié)快速性與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下勵磁控制穩(wěn)定性之間的矛盾，滿足了電力系統(tǒng)各種工況下對穩(wěn)定的需求。在低勵限制功能中，大擾動下分別采用傳統(tǒng)的固定參數(shù)控制和自適應(yīng)變參數(shù)控制的方法，圖2、圖3為兩者試驗(yàn)調(diào)節(jié)效果對比圖。從圖中可以看出，與固定參數(shù)控制相比，自適應(yīng)變參數(shù)控制的調(diào)節(jié)速度明顯加快，調(diào)節(jié)時間(無功恢復(fù)到限制值)由4. ^縮短到1.5s。 發(fā)電機(jī)的功角擺動幅度減小4度左右，發(fā)電機(jī)的功角穩(wěn)定裕量顯著增加。通過發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下階躍引起低勵限制動作的試驗(yàn)，驗(yàn)證電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 (PSS)與低勵限制協(xié)調(diào)控制。圖4為欠勵限制動作時，PSS未投入時的波形，圖5為欠勵限制動作時，PSS未投入時的波形。通過對比可以看出，本專利所采用的PSS與低勵限制協(xié)調(diào)控制，在低勵限制動作時并沒有因?yàn)镻SS的投入導(dǎo)致限制作用明顯減弱，快速地限制了發(fā)電機(jī)的深度進(jìn)相；同樣PSS也并沒有因?yàn)榈蛣钕拗频淖饔枚ニ鼞?yīng)有提高發(fā)電機(jī)正阻尼的效果，有效地抑制了發(fā)電機(jī)有功功率的低頻振蕩。通過發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上階躍引起V/F限制動作的試驗(yàn)，驗(yàn)證PSS與V/F的限制協(xié)調(diào)控制。圖6為V/F限制和PSS協(xié)調(diào)控制波形，從圖中可以看出，勵磁電壓在3s內(nèi)過渡到平穩(wěn)狀態(tài)，振蕩次數(shù)控制在3 5次，本專利所采用的V/F限制與PSS協(xié)調(diào)控制很好地解決了一般勵磁系統(tǒng)中V/F限制動作時因PSS投入造成的勵磁電壓波動且不易平息的問題。
上述具體實(shí)施方式
不以任何形式限制本發(fā)明的技術(shù)方案，凡是采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，所述輔環(huán)協(xié)調(diào)控制包括PSS控制、欠勵限制、過勵限制、轉(zhuǎn)子電流限制、定子電流限制、ν/F限制、最大勵磁電流限制、調(diào)差控制，其特征在于，包括以下步驟1)發(fā)電機(jī)、變壓器過激磁曲線采用負(fù)調(diào)差補(bǔ)償時調(diào)差系數(shù)不小于-2%；2)對于不裝設(shè)PSS控制器的小型水電機(jī)組，加裝PSS控制器，V/F限制器整定采用正調(diào)差；3)在大擾動下V/F限制器采用反時限動作，在低V/F比值下能夠長時間運(yùn)行而不影響系統(tǒng)原有的特性；在小擾動下，對于超低頻振蕩，使V/F限制器在0. 1-0. 2Hz之間的相移不給勵磁系統(tǒng)帶來負(fù)阻尼，不影響PSS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于過勵限制器和最大勵磁電流限制器之間協(xié)調(diào)控制過程為當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流達(dá)到勵磁系統(tǒng)設(shè)置的最大勵磁電流限制時，發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)瞬時最大勵磁電流限制器動作，將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流限制到發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)定的過勵勵磁電流允許值，并根據(jù)電網(wǎng)的需要保持足夠的時間，當(dāng)過勵限制器允許的時間達(dá)到以后，如果電網(wǎng)故障仍然沒有消除，則發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流限制到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子允許的長期運(yùn)行電流值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于欠勵限制器和PSS控制器之間的協(xié)調(diào)控制方法為通過欠勵限制防止因發(fā)電機(jī)勵磁不足而引起的勵磁電流低、進(jìn)相深度大從而進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)由于阻尼較弱而發(fā)生有功功率低頻振蕩時，PSS控制器通過在電壓調(diào)節(jié)器輸入端加入一個相位超前于轉(zhuǎn)速的信號使其經(jīng)過勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)磁場繞組的相位滯后在發(fā)電機(jī)側(cè)產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，從而抑制低頻振蕩，當(dāng)欠勵限制動作時，不但無功環(huán)節(jié)會發(fā)生振蕩，有功也同樣會振蕩，在配置欠勵限制器和PSS參數(shù)時根據(jù)實(shí)際工程狀況進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，使得勵磁控制器既快速地限制發(fā)電機(jī)的深度進(jìn)相，同時又能夠有效地抑制發(fā)電機(jī)有功功率的低頻振蕩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)主、輔環(huán)協(xié)調(diào)控制方法，所述輔環(huán)協(xié)調(diào)控制包括PSS控制、欠勵限制、過勵限制、轉(zhuǎn)子電流限制、定子電流限制、V/F限制、最大勵磁電流限制、調(diào)差控制，其特征在于，包括以下步驟1)發(fā)電機(jī)、變壓器過激磁曲線采用負(fù)調(diào)差補(bǔ)償時調(diào)差系數(shù)應(yīng)當(dāng)不小于-2%；2)對于不裝設(shè)PSS控制器的小型水電機(jī)組，加裝PSS控制器，V/F限制器整定采用正調(diào)差；3)在大擾動下V/F限制器采用反時限動作；在小擾動下需要V/F限制器在0.1-0.2Hz之間的相移不明顯，在本機(jī)振蕩頻率附近不影響PSS。本發(fā)明既解決了大擾動時勵磁控制的快速性，又保證了穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)定性。
文檔編號H02P9/14GK102255594SQ201110224390
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者徐蓉, 許其品, 邵宜祥 申請人:國電南瑞科技股份有限公司