本發(fā)明涉及一種同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，本發(fā)明屬電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)壓能力的重要手段，對(duì)于電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。發(fā)電機(jī)的最大進(jìn)相能力與本體設(shè)計(jì)參數(shù)和電網(wǎng)特性密切相關(guān)，新投運(yùn)或改造后的機(jī)組都必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定其最大進(jìn)相能力。因此，如何通過(guò)試驗(yàn)準(zhǔn)確評(píng)估發(fā)電機(jī)組的最大進(jìn)相能力顯得尤為重要。

為了給技術(shù)人員安全交底，進(jìn)相試驗(yàn)前需要編制系統(tǒng)試驗(yàn)方案。方案中一般會(huì)提供幾組系統(tǒng)電壓和有功出力工況下機(jī)組最大進(jìn)相能力的離線計(jì)算結(jié)果，供技術(shù)人員在進(jìn)相試驗(yàn)過(guò)程中以此為依準(zhǔn)控制進(jìn)相深度。

目前評(píng)估機(jī)組最大進(jìn)相能力的試驗(yàn)方法存在以下不足：

(1)試驗(yàn)設(shè)備只具備測(cè)量功能，無(wú)法實(shí)時(shí)分析當(dāng)前工況下機(jī)組的最大進(jìn)相能力，更不能指出制約進(jìn)相能力的限制因素。試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)功角、定子電流、機(jī)端電壓、廠用變電壓、系統(tǒng)電壓等電氣量都在向約束限值逼近，在此期間試驗(yàn)人員需要嚴(yán)密監(jiān)視的電氣量較多，且要安排專人在電廠主控臺(tái)配合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電壓并實(shí)時(shí)溝通，工作效率較低。

(2)系統(tǒng)方案中離線計(jì)算機(jī)組最大進(jìn)相能力基于事先給定的系統(tǒng)電壓水平和幾種有功試驗(yàn)工況。系統(tǒng)電壓相差10kv，機(jī)組對(duì)應(yīng)的最大進(jìn)相能力最多可能相差30％左右，制約發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力的限制因素也可能不一樣。離線計(jì)算通常只考慮幾檔系統(tǒng)電壓水平，無(wú)法精確得到系統(tǒng)電壓時(shí)變工況下機(jī)組的最大進(jìn)相能力。另外，若機(jī)組實(shí)際有功出力與方案中的計(jì)算條件無(wú)法完全吻合，則離線計(jì)算結(jié)果也在一定程度上與實(shí)際情況不匹配。

(3)進(jìn)相試驗(yàn)過(guò)程中的電氣量監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)方案中的最大進(jìn)相能力計(jì)算不同步，導(dǎo)致離線計(jì)算結(jié)果與機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力存在偏差，機(jī)組實(shí)際最大進(jìn)相能力評(píng)估的準(zhǔn)確性受到影響。通過(guò)離線計(jì)算對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)的方法存在明顯不足，不利于試驗(yàn)人員準(zhǔn)確控制進(jìn)相深度，容易造成機(jī)組進(jìn)相不足或進(jìn)相過(guò)深。

(4)進(jìn)相試驗(yàn)過(guò)程中，廠用電負(fù)荷對(duì)廠用變母線電壓影響較大，不同試驗(yàn)工況下廠用電負(fù)荷也不相同，由于離線計(jì)算不能準(zhǔn)確獲得廠用電負(fù)荷信息，因而廠用變母線電壓計(jì)算并不準(zhǔn)確，從而影響到限制因素的判定和機(jī)組實(shí)際最大進(jìn)相能力的評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)離線計(jì)算條件與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工況不一致、廠用變母線電壓計(jì)算不準(zhǔn)確導(dǎo)致的機(jī)組進(jìn)相能力評(píng)估失真問(wèn)題，提供一種同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、動(dòng)態(tài)評(píng)估模塊、顯示模塊和語(yǔ)音模塊。監(jiān)測(cè)設(shè)備將監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)送動(dòng)態(tài)評(píng)估模塊參與計(jì)算；動(dòng)態(tài)評(píng)估模塊根據(jù)已錄入的同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)參數(shù)，結(jié)合動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)同步發(fā)電機(jī)的最大進(jìn)相能力進(jìn)行評(píng)估；評(píng)估結(jié)果送顯示模塊顯示動(dòng)態(tài)曲線和機(jī)組進(jìn)相深度裕度以及制約機(jī)組進(jìn)相能力的限制因素；語(yǔ)音模塊向試驗(yàn)人員提示機(jī)組進(jìn)相深度裕度并播發(fā)評(píng)估結(jié)果；所述監(jiān)測(cè)設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)變量、廠用電變量和系統(tǒng)變量；所述發(fā)電機(jī)變量包括有功輸出和無(wú)功輸出，廠用電變量包括有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷，系統(tǒng)變量包括系統(tǒng)電壓，即升壓變高壓側(cè)母線電壓。

一種同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，所述方法在試驗(yàn)前獲取靜態(tài)參數(shù)并在試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)采集動(dòng)態(tài)參數(shù)；計(jì)及進(jìn)相試驗(yàn)約束因素，除了考慮發(fā)電機(jī)功角、定子電流和機(jī)端電壓約束條件，還考慮了廠用變電壓約束條件；基于實(shí)時(shí)狀態(tài)量采集，評(píng)估當(dāng)前試驗(yàn)工況下機(jī)組的最大進(jìn)相能力，并指出制約機(jī)組進(jìn)相能力的限制因素；實(shí)時(shí)采集發(fā)電機(jī)無(wú)功出力，同步計(jì)算當(dāng)前試驗(yàn)工況下機(jī)組進(jìn)相深度裕度。

所述靜態(tài)參數(shù)，包括發(fā)電機(jī)d軸電抗xd、q軸電抗xq、發(fā)電機(jī)額定容量、額定有功功率、額定電壓、定子額定電流、升壓變高壓側(cè)額定容量、升壓變電抗xt和檔位信息，廠用變電抗xc和檔位信息，發(fā)電機(jī)功角裕度△δ。所述靜態(tài)參數(shù)從設(shè)備臺(tái)賬獲取并于試驗(yàn)前手動(dòng)錄入評(píng)估系統(tǒng)。

所述動(dòng)態(tài)參數(shù)，包括同步發(fā)電機(jī)變量、廠用電變量和系統(tǒng)變量。發(fā)電機(jī)變量包括功出力p、無(wú)功出力q；廠用電變量包括有功負(fù)荷pl和無(wú)功負(fù)荷ql；系統(tǒng)變量包括系統(tǒng)電壓，即升壓變高壓側(cè)母線電壓ut。動(dòng)態(tài)參數(shù)通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集自動(dòng)錄入評(píng)估系統(tǒng)開(kāi)展計(jì)算。

所述廠用變電壓約束條件，通過(guò)實(shí)時(shí)采集廠用變低壓母線電壓、電流及功率因素獲得廠用變有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷；在其他約束因素限制條件下，廠用變低壓母線電壓uc可以通過(guò)下式求得：

對(duì)uc進(jìn)行判定，若因廠用變電壓越下限制約機(jī)組最大進(jìn)相能力，則以廠用變低壓限值為邊界條件重新計(jì)算實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力；對(duì)應(yīng)的機(jī)端電壓ug可以通過(guò)下式求得：

得到機(jī)端電壓后，后續(xù)按機(jī)端電壓約束情況下的方法計(jì)算可得到機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力。

所述進(jìn)相深度裕度的計(jì)算方法，基于當(dāng)前發(fā)電機(jī)無(wú)功出力實(shí)時(shí)采集；進(jìn)相深度裕度m為實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力q同當(dāng)前進(jìn)相深度q0之差與實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力q之間的比值，可由下式表示：

進(jìn)相試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力不斷減小，實(shí)際無(wú)功出力不斷增加，因此進(jìn)相深度裕度是不斷減小的，如圖4所示，當(dāng)進(jìn)相深度裕度為0時(shí)，表示當(dāng)前進(jìn)相深度即為機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力，可立即終止進(jìn)相。對(duì)于強(qiáng)電壓支撐系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)進(jìn)相較深而系統(tǒng)電壓降幅較?。粚?duì)于弱電壓支撐系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)進(jìn)相較淺而系統(tǒng)電壓降幅較大。

本發(fā)明的工作原理如下：本發(fā)明動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)時(shí)分析計(jì)算時(shí)，除了綜合考慮發(fā)電機(jī)功角、定子電流和機(jī)端電壓約束條件，還考慮了廠用變電壓約束因素。首先根據(jù)實(shí)時(shí)工況計(jì)算系統(tǒng)極限功角，減去給定的功角裕度得到發(fā)電機(jī)功角允許的最大值，此臨界值為計(jì)算發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力的邊界條件?；诎l(fā)電機(jī)功角約束條件，可以計(jì)算出實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力、定子電流、機(jī)端電壓和廠用變電壓，同時(shí)判斷定子電流、機(jī)端電壓和廠用變電壓是否越限，若無(wú)其他因素越限，則該最大進(jìn)相能力即為最終結(jié)果。若有其他因素越限，則按約束因素順位將定子電流額定值、機(jī)端電壓下限值或廠用變電壓下限值作為邊界條件計(jì)算實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力以及其他約束因素在該進(jìn)相深度下的值。順次計(jì)算與判定，直到所有約束條件均滿足要求為止。

為了更加直觀的指導(dǎo)試驗(yàn)人員進(jìn)行進(jìn)相深度控制，本發(fā)明方法基于發(fā)電機(jī)無(wú)功出力實(shí)時(shí)采集，定義了進(jìn)相深度裕度指標(biāo)，即實(shí)時(shí)工況下機(jī)組最大進(jìn)相能力與實(shí)際無(wú)功出力之差同機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力的比值。隨著進(jìn)相深度增加，進(jìn)相裕度會(huì)越來(lái)越小，當(dāng)裕度為0時(shí)即可終止試驗(yàn)，此時(shí)機(jī)組實(shí)際無(wú)功出力即為實(shí)時(shí)工況下機(jī)組最大進(jìn)相能力。

本發(fā)明能使試驗(yàn)人員可從眾多約束因素的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)工作中解脫出來(lái)，只需要觀察進(jìn)相裕度即可，顯著提高試驗(yàn)效率。本發(fā)明方法直接反映機(jī)組最大進(jìn)相能力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，預(yù)判進(jìn)相能力限制因素，提示機(jī)組進(jìn)相深度裕度，提高了評(píng)估準(zhǔn)確率，降低了進(jìn)相試驗(yàn)控制難度，可為試驗(yàn)人員控制進(jìn)相深度提供明確的安全技術(shù)交底。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明動(dòng)態(tài)追蹤系統(tǒng)電壓，可以輸出實(shí)時(shí)系統(tǒng)電壓條件下的機(jī)組最大進(jìn)相能力及變化趨勢(shì)，解決了離線計(jì)算結(jié)果對(duì)指導(dǎo)試驗(yàn)存在準(zhǔn)確度不足的問(wèn)題。本發(fā)明大大方便了試驗(yàn)人員對(duì)進(jìn)相過(guò)程的了解以及進(jìn)相深度的把控。本發(fā)明實(shí)時(shí)采集廠用電有功和無(wú)功負(fù)荷，不再擔(dān)心廠用電負(fù)荷隨試驗(yàn)工況變化而變化對(duì)離線計(jì)算結(jié)果的影響，可以為廠用變母線電壓的實(shí)時(shí)計(jì)算提供準(zhǔn)確依據(jù)，從而準(zhǔn)確判斷實(shí)時(shí)工況下機(jī)組最大進(jìn)相能力是否受廠用變母線電壓限制，解決了離線計(jì)算中廠用電負(fù)荷建模困難的問(wèn)題。

本發(fā)明普遍適用于隱極機(jī)和凸極機(jī)(包含抽水蓄能機(jī)組)的最大進(jìn)相能力評(píng)估。

附圖說(shuō)明

圖1為動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)工作原理圖；

圖2為隱極機(jī)電壓電流相量關(guān)系；

圖3為凸極機(jī)電壓電流相量關(guān)系；

圖4為機(jī)組最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)qv曲線；

圖5為試驗(yàn)機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力評(píng)估流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本實(shí)施例一種同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、動(dòng)態(tài)評(píng)估模塊、顯示模塊和語(yǔ)音模塊。監(jiān)測(cè)設(shè)備將監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)送動(dòng)態(tài)評(píng)估模塊進(jìn)行評(píng)估；動(dòng)態(tài)評(píng)估模塊根據(jù)已存儲(chǔ)的同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)參數(shù)，結(jié)合動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)同步發(fā)電機(jī)的最大進(jìn)相能力進(jìn)行評(píng)估；評(píng)估結(jié)果送顯示模塊顯示動(dòng)態(tài)曲線和機(jī)組進(jìn)相深度裕度；語(yǔ)音模塊向試驗(yàn)人員提示機(jī)組進(jìn)相深度裕度并播發(fā)評(píng)估結(jié)果。本實(shí)施例動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

所述監(jiān)測(cè)設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)變量、廠用電變量和系統(tǒng)變量；發(fā)電機(jī)變量包括有功輸同和無(wú)功輸出，廠用電變量包括有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷，系統(tǒng)變量包括系統(tǒng)電壓，即升壓變高壓側(cè)母線電壓。

圖5所示為本實(shí)施例同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估方法流程圖。

本實(shí)施例同步發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)評(píng)估方法包括以下步驟：

步驟一：在動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)中手動(dòng)錄入靜態(tài)參數(shù)，主要包括：發(fā)電機(jī)d軸電抗xd、q軸電抗xq(凸極機(jī)需要)、發(fā)電機(jī)額定容量、額定有功功率、額定電壓、定子額定電流、升壓變高壓側(cè)額定容量、升壓變電抗xt和檔位信息、廠用變高壓側(cè)額定容量、廠用變電抗xc和檔位信息、發(fā)電機(jī)功角裕度△δ。

步驟二：監(jiān)測(cè)設(shè)備將實(shí)時(shí)采集的動(dòng)態(tài)參數(shù)自動(dòng)錄入動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，主要包括：升壓變高壓側(cè)母線電壓ut、發(fā)電機(jī)有功出力p和無(wú)功出力q、廠用變有功負(fù)荷pl和無(wú)功負(fù)荷ql。

步驟三：求解系統(tǒng)極限功角。對(duì)于隱極機(jī)，系統(tǒng)極限功角恒為90°；對(duì)于凸極機(jī)，系統(tǒng)極限功角與試驗(yàn)工況密切相關(guān)，凸極機(jī)電磁功率與系統(tǒng)功角δ的關(guān)系如式(1)所示

在發(fā)電機(jī)內(nèi)電動(dòng)勢(shì)eg和升壓變高壓側(cè)母線電壓ut給定工況下，凸極機(jī)有功出力由δ確定。在最大電磁功率處滿足即

式(2)兩邊同時(shí)乘以tanδ，整理后可得

實(shí)時(shí)采集獲取p和ut，滿足式(3)條件的δ即為待求的系統(tǒng)極限功角。

步驟四：發(fā)電機(jī)功角約束。導(dǎo)則規(guī)定試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)電機(jī)功角(發(fā)電機(jī)內(nèi)電動(dòng)勢(shì)和機(jī)端電壓夾角)須在系統(tǒng)極限功角基礎(chǔ)上留一定裕度。設(shè)功角裕度為△δ，則實(shí)時(shí)工況下允許的最大發(fā)電機(jī)功角為δ0＝δ-△δ，機(jī)端電壓和主變高壓側(cè)母線電壓之間的夾角為θ，隱極機(jī)與凸極機(jī)的電壓電流相量關(guān)系如圖2和圖3所示：

由相量圖可知

動(dòng)態(tài)參數(shù)p，ut通過(guò)實(shí)時(shí)采集獲??；δ0由系統(tǒng)極限功角與功角裕度實(shí)時(shí)計(jì)算得到。聯(lián)立式(4)和式(5)可以解出中間變量qs、θ和(對(duì)于凸極機(jī)，式(5)中的xd改為xq即可)，則發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)工況下的最大進(jìn)相能力為：

對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)定子電流、機(jī)端電壓和廠用變電壓為

步驟五：發(fā)電機(jī)定子電流約束。若式(7)中定子電流i滿足要求，轉(zhuǎn)至步驟六。在定子過(guò)流的情況下以額定電流為約束邊界重新評(píng)估機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力。

設(shè)發(fā)電機(jī)定子額定電流為irate，動(dòng)態(tài)參數(shù)p，ut通過(guò)實(shí)時(shí)采集獲取，ut與irate之間的夾角滿足

進(jìn)而可求出系統(tǒng)側(cè)發(fā)出的無(wú)功qs，則發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力為

對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和廠用變電壓為

步驟六：發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓約束。若式(7)或式(10)中的機(jī)端電壓ug滿足要求，則轉(zhuǎn)至步驟七。在機(jī)端低壓的情況下以機(jī)端電壓限值為約束邊界重新評(píng)估機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力。

試驗(yàn)中允許機(jī)端電壓最多降為額定值的0.9倍，即ug＝0.9p.u.，動(dòng)態(tài)參數(shù)p，ut通過(guò)實(shí)時(shí)采集獲取，ut與ug之間的夾角滿足

由圖2或圖3可得

從而可求得中間變量和定子電流i，則發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力為

廠用變電壓可表示為

步驟七：廠用變電壓約束。若式(7)(10)或(14)中的廠用變電壓uc滿足要求，則轉(zhuǎn)至步驟八。在廠用變低壓的情況下以廠用變電壓限值為約束邊界重新評(píng)估機(jī)組實(shí)時(shí)最大進(jìn)相能力。

試驗(yàn)中允許廠用變電壓最多降為額定值的0.95倍，即uc＝0.95p.u.，在已知實(shí)時(shí)廠用變負(fù)荷的情況下，機(jī)端電壓可以表示為：

將式(15)代入式(11)(12)(13)，即能求出廠用變約束條件下機(jī)組的實(shí)際最大進(jìn)相能力。

步驟八：實(shí)時(shí)輸出滿足所有約束條件的發(fā)電機(jī)最大進(jìn)相能力q及相應(yīng)的約束因素，同時(shí)根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)無(wú)功出力q0計(jì)算進(jìn)相裕度如下：

通過(guò)順次判定法找出最先越限因素，解決了無(wú)法預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)試驗(yàn)工況下哪個(gè)約束因素最先越限的問(wèn)題。本實(shí)施例機(jī)組最大進(jìn)相能力動(dòng)態(tài)qv曲線如圖4所示。

本實(shí)施例動(dòng)態(tài)追蹤系統(tǒng)電壓，可以輸出實(shí)時(shí)系統(tǒng)電壓條件下的機(jī)組最大進(jìn)相能力及變化趨勢(shì)，解決了離線計(jì)算結(jié)果對(duì)指導(dǎo)試驗(yàn)存在準(zhǔn)確度不足的問(wèn)題。本實(shí)施例大大方便了試驗(yàn)人員對(duì)進(jìn)相過(guò)程的了解以及進(jìn)相深度的把控。本實(shí)施例實(shí)時(shí)采集廠用電有功和無(wú)功負(fù)荷，不再擔(dān)心廠用電負(fù)荷隨試驗(yàn)工況變化而變化對(duì)離線計(jì)算結(jié)果的影響，可以為廠用變母線電壓的實(shí)時(shí)計(jì)算提供準(zhǔn)確依據(jù)，從而準(zhǔn)確判斷實(shí)時(shí)工況下機(jī)組最大進(jìn)相能力是否受廠用變母線電壓限制，解決了離線計(jì)算中廠用電負(fù)荷建模困難的問(wèn)題。