一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域的勵(lì)磁控制方法，具體涉及一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法。該方法采用全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制，包括下述步驟：（1）將發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程劃分為五階段；（2）分別確定五階段的判斷方法；（3）對五階段分別進(jìn)行勵(lì)磁控制。本發(fā)明提供的方法能在短路發(fā)生到轉(zhuǎn)子角擺到最大值期間盡可能快、盡可能大的增加勵(lì)磁；從轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值期間迅速強(qiáng)行減磁，能有效減小轉(zhuǎn)子角第一擺的擺幅，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
【專利說明】一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域的勵(lì)磁控制方法，具體涉及一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制作為一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的重要方法，一直備受重視。在輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障并通過故障元件而將清除故障的暫態(tài)擾動中，機(jī)端電壓會很低。此時(shí)自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)可以通過提高勵(lì)磁電壓增大制動轉(zhuǎn)矩，提高暫態(tài)穩(wěn)定性。因此，高頂值勵(lì)磁電壓的高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。但是隨著保護(hù)和開關(guān)動作越來越迅速，故障切除時(shí)間已經(jīng)降低到0.1s的水平。由于勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)的制約，勵(lì)磁電流和制動轉(zhuǎn)矩很難在這么短的時(shí)間內(nèi)顯著增長，對暫態(tài)穩(wěn)定的影響甚微。
[0003]隨著控制理論的發(fā)展，科研工作者們也提出了一些新的用于提高暫態(tài)穩(wěn)定性的勵(lì)磁控制方法，如最優(yōu)變目標(biāo)控制、非線性多變量控制、非線性自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制等。然而，這些控制方法普遍存在著計(jì)算復(fù)雜、不能適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化、對電力系統(tǒng)的簡化和假設(shè)不合理等問題。
[0004]從短路故障切除到轉(zhuǎn)子角擺到第一擺最大值的這段時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)行勵(lì)磁能夠?qū)簯B(tài)穩(wěn)定起到正面作用。一般情況下，這段時(shí)間遠(yuǎn)大于從故障切除到機(jī)端電壓升高到額定值的時(shí)間。而目前的高頂值勵(lì)磁電壓和高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)只在故障切除到機(jī)端電壓升高到額定值的這段時(shí)間發(fā)揮作用。因此，強(qiáng)行勵(lì)磁在提高暫態(tài)穩(wěn)定方面還有很大潛力。如果能在短路發(fā)生到轉(zhuǎn)子角擺到最大值期間盡可能快、盡可能大的增加勵(lì)磁；從轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值期間迅速強(qiáng)行減磁，就能有效減小轉(zhuǎn)子角第一擺的擺幅，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法，該方法能在短路發(fā)生到轉(zhuǎn)子角擺到最大值期間盡可能快、盡可能大的增加勵(lì)磁；從轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值期間迅速強(qiáng)行減磁，能有效減小轉(zhuǎn)子角第一擺的擺幅，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法采用全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制，所述方法包括下述步驟:
[0008](I)將發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程劃分為五階段；
[0009](2)分別確定五階段的判斷方法；
[0010](3)對五階段分別進(jìn)行勵(lì)磁控制。
[0011]優(yōu)選的，所述全過程勵(lì)磁控制裝置的啟動和退出通過邏輯控制器實(shí)現(xiàn)；
[0012]所述全過程勵(lì)磁控制裝置包括五階段勵(lì)磁控制模塊、加法器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS和自動電壓調(diào)節(jié)器AVR ;所述五階段勵(lì)磁控制模塊的輸出電壓、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的輸出電壓以及外部電源的電壓一起輸入到加法器中得到參考電壓；參考電壓輸入到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR中進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到發(fā)電機(jī)中；
[0013]所述全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制時(shí)監(jiān)測發(fā)電機(jī)電壓、有功功率和角速度。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟(I)中，五階段分別如下:
[0015]①第一階段:從短路發(fā)生到短路切除；第一階段的持續(xù)時(shí)間為0.06s~0.1s ;
[0016]②第二階段:從短路切除的時(shí)刻到轉(zhuǎn)子角擺到最大值的時(shí)刻；第二階段存在本地振蕩和區(qū)域間振蕩兩種模式，前者對應(yīng)的時(shí)間為0.4s~0.8s，后者對應(yīng)的時(shí)間為Is~
2.5s ;第二階段增大發(fā)電機(jī)制動矩，抑制轉(zhuǎn)子角的擺動；
[0017]③第三階段:轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值的時(shí)段；轉(zhuǎn)子角擺過最大值，意味著制動轉(zhuǎn)矩已經(jīng)超過原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，第三階段降低制動轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)子角回?cái)[的幅度；
[0018]④第四階段:轉(zhuǎn)子角后續(xù)擺動過程，這個(gè)過程為3~6個(gè)擺動周期的時(shí)間；
[0019]⑤第五階段:轉(zhuǎn)子角振蕩平息階段，電力系統(tǒng)進(jìn)入故障后的靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟(2)中，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子角速度等于電網(wǎng)側(cè)的角速度(^，即 Δω = ω g- ω ν = O ；
[0021]五階段的判斷方法如下:
[0022]當(dāng)轉(zhuǎn)子角速度大于電網(wǎng)側(cè)的角速度，即Λ ω > O時(shí)，功角增加，第一階段開始；功角一直增加到Λ ω = O時(shí) ，功角達(dá)到最大值，第二階段結(jié)束；Λ ω隨即小于0，進(jìn)入第三階段；當(dāng)△ ω再次等于O時(shí)，功角達(dá)到最小值，第三階段結(jié)束，之后進(jìn)入第四階段，功角后續(xù)擺動，直到擺動停止后進(jìn)入第五階段。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟(3)中，對五階段進(jìn)行勵(lì)磁控制包括:
[0024]在第一階段開始到第二階段結(jié)束，在全過程勵(lì)磁控制裝置中裝設(shè)限幅器；或在自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上附加正的參考電壓，增加勵(lì)磁；所述正的參考電壓的范圍為10%-20%的發(fā)電機(jī)的額定電壓；
[0025]在第三階段，切除正的參考電壓，在自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上附加負(fù)的參考電壓，減少勵(lì)磁；負(fù)參考電壓的取值范圍為發(fā)電機(jī)額定電壓的-10%~-20% ；
[0026]在第四階段和第五階段，附加的參考電壓均退出，由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS、自動電壓調(diào)節(jié)器AVR進(jìn)行勵(lì)磁控制。
[0027]較優(yōu)選的，附加正的參考電壓的啟動條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、機(jī)端電壓和有功功率變動且超過限值(限值的參考值為:在短時(shí)間(例如0.1s)內(nèi)，轉(zhuǎn)速上升3%，機(jī)端電壓下降20%，有功功率下降25%)時(shí)，將正的參考電壓附加到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上；附加正的參考電壓的退出條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)的角速度差小于電網(wǎng)側(cè)角速度，切除正的參考電壓。
[0028]附加負(fù)的參考電壓的啟動條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)的角速度差小于電網(wǎng)側(cè)角速度時(shí)，將負(fù)的參考電壓附加到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上；附加負(fù)的參考電壓的退出條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)的角速度差大于電網(wǎng)側(cè)角速度時(shí)，切除負(fù)的參考電壓。
[0029]優(yōu)選的，所述全過程勵(lì)磁控制裝置在發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中動作一次，即作用于發(fā)電機(jī)故障后功角的第一擺。
[0030]優(yōu)選的，所述發(fā)電機(jī)采用同步發(fā)電機(jī)。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:[0032]1、把暫態(tài)過程分為五個(gè)階段進(jìn)行勵(lì)磁控制能夠有效抑制系統(tǒng)在故障后的振蕩幅值和時(shí)間，大幅提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。與快關(guān)汽門等傳統(tǒng)的提高電網(wǎng)大干擾穩(wěn)定性方法相比，雖然全過程勵(lì)磁控制的效果與其基本相同，但它的經(jīng)濟(jì)性和安全性都更優(yōu)。與最優(yōu)變目標(biāo)控制、非線性多變量控制、非線性自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制等繁瑣的非線性控制策略相比，全過程勵(lì)磁控制具有原理清晰、控制規(guī)律簡單、魯棒性強(qiáng)、效果明顯和容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，在快關(guān)汽門、電阻制動、切機(jī)、靜止無功補(bǔ)償?shù)缺姸啻胧┲?，?yīng)該優(yōu)先選擇全過程勵(lì)磁控制，因?yàn)樗粌H投資小，效益高，而且對發(fā)電機(jī)、鍋爐和汽機(jī)的沖擊最小。
[0033]2、全過程勵(lì)磁控制簡單、可靠、容易并且便于工程應(yīng)用，是一種短期快速而又經(jīng)濟(jì)有效的辦法。
[0034]3、本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法，能在短路發(fā)生到轉(zhuǎn)子角擺到最大值期間盡可能快、盡可能大的增加勵(lì)磁；從轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值期間迅速強(qiáng)行減磁，能有效減小轉(zhuǎn)子角第一擺的擺幅，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法流程圖；
[0036]圖2是本發(fā)明提供的暫態(tài)過程的五個(gè)階段的示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的全過程勵(lì)磁控制裝置的模型圖；
[0038]圖4是本發(fā)明提供的全過程勵(lì)磁控制的控制邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0040]本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法采用全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制。
[0041]該方法的流程圖如圖1所示，包括下述步驟:
[0042](I)將發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程劃分為五階段，本發(fā)明提供的暫態(tài)過程的五個(gè)階段的示意圖如圖2所示:
[0043]在暫態(tài)過程中，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、功角、有功功率和轉(zhuǎn)速都在不斷變化，對勵(lì)磁的要求也會相應(yīng)發(fā)生變化，本發(fā)明把暫態(tài)過程劃分為五個(gè)階段，分別如下:
[0044]①第一階段:
[0045]這個(gè)階段是從短路發(fā)生到短路切除。一般情況下，這個(gè)階段只有0.06s?0.1s。
[0046]②第二階段:
[0047]這個(gè)階段是指從短路切除的時(shí)刻到轉(zhuǎn)子角擺到最大值的時(shí)刻。第二階段存在本地振蕩和區(qū)域間振蕩兩種模式，前者對應(yīng)的時(shí)間較短，約為0.4s?0.8s，后者對應(yīng)的時(shí)間約為1.0s?2.5s。這個(gè)階段需要增大制動矩，抑制轉(zhuǎn)子角的擺動。
[0048]③第三階段:
[0049]這個(gè)階段是轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值的時(shí)段。轉(zhuǎn)子角擺過最大值，意味著制動轉(zhuǎn)矩已經(jīng)超過原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，需要降低制動轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)子角回?cái)[的幅度。[0050]④第四階段:
[0051]這個(gè)階段指轉(zhuǎn)子角后續(xù)擺動過程。
[0052]在前面三個(gè)階段內(nèi)，勵(lì)磁控制的主要作用是提供與角度成正比的同步轉(zhuǎn)矩，防止發(fā)電機(jī)在第一擺中失去同步，這樣做有可能會引入負(fù)的阻尼，此時(shí)勵(lì)磁控制應(yīng)提供足夠的阻尼，以平息振蕩。
[0053]⑤第五階段:
[0054]在這個(gè)階段，振蕩逐漸平息，系統(tǒng)進(jìn)入故障后的靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。
[0055](2)分別確定五階段的判斷方法:
[0056]劃分暫態(tài)過程五階段的主要依據(jù)是發(fā)電機(jī)功角。但在工程實(shí)際中，發(fā)電機(jī)功角難以測量，無法直接看到發(fā)電機(jī)功角是否達(dá)到了最大值或最小值。本發(fā)明采用轉(zhuǎn)子角速度的積分近似發(fā)電機(jī)功角。
[0057]系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子角速度等于電網(wǎng)側(cè)的角速度ων，即Λω = Qg-Qv =
O0
[0058]五階段的判斷方法如下:
[0059]當(dāng)轉(zhuǎn)子角速度大于電網(wǎng)側(cè)的角速度，即Λ ω > O時(shí)，功角增加，第一階段開始；功角一直增加到Λω = O時(shí)，功角達(dá)到最大值，第二階段結(jié)束；Λ ω隨即小于0，進(jìn)入第三階段；當(dāng)△ ω再次等于O時(shí)，功角達(dá)到最小值，第三階段結(jié)束，之后進(jìn)入第四階段，功角后續(xù)擺動，直到擺動停止后 進(jìn)入第五階段。
[0060]為了避免頻繁強(qiáng)行勵(lì)磁給同步電機(jī)造成沖擊，全過程勵(lì)磁控制只在暫態(tài)過程的第一擺發(fā)揮作用。為了裝置在避免后續(xù)擺動中誤動作，還增加了同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和有功功率作為輔助判斷信號。只有當(dāng)電機(jī)的電壓、功率和角速度都有突然變動，且都超過設(shè)定的限值，(限值的參考值為:在短時(shí)間(例如0.1s)內(nèi)，轉(zhuǎn)速上升3%，機(jī)端電壓下降20%,有功功率下降25%。)時(shí)，才認(rèn)定暫態(tài)過程第一階段開始。
[0061](3)對五階段分別進(jìn)行勵(lì)磁控制:
[0062]暫態(tài)過程的第一階段時(shí)間非常短，即使是它勵(lì)磁晶閘管系統(tǒng)，勵(lì)磁電流也很難在這么短的時(shí)間內(nèi)明顯增長。特別是當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的等值阻抗大大增加，發(fā)電機(jī)輸出功率大幅度減小，勵(lì)磁電流增加帶來的正面效應(yīng)會進(jìn)一步減小。但對于遠(yuǎn)端短路的發(fā)電機(jī)，高頂值快速勵(lì)磁可以起到一定的保持系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的作用。
[0063]在多數(shù)情況下，機(jī)端電壓在短路故障切除時(shí)已經(jīng)接近額定電壓，經(jīng)過很短的時(shí)間，強(qiáng)勵(lì)就會返回。只有高頂值勵(lì)磁電壓和快速響應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)才能使強(qiáng)勵(lì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮明顯作用。勵(lì)磁電壓最大值越高，對勵(lì)磁繞組的絕緣水平和勵(lì)磁系統(tǒng)容量的要求也越高，勵(lì)磁系統(tǒng)的投資就越大。
[0064]暫態(tài)過程的第二階段轉(zhuǎn)子角度不斷增大，并且這時(shí)系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)間的等值阻抗大為減小，使得強(qiáng)勵(lì)的作用大為增強(qiáng)。這個(gè)階段常規(guī)的電壓調(diào)節(jié)器可能出現(xiàn)兩種情況:
[0065]a、多數(shù)情況下，短路切除時(shí)的發(fā)電機(jī)電壓已相當(dāng)接近額定電壓，只需很短的時(shí)間，電壓即升到額定值，強(qiáng)勵(lì)也就隨即退出。
[0066]b、如果短路切除非常快，例如小于0.07秒，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)又很高，則短路切除時(shí)的電壓就高于額定電壓，勵(lì)磁控制會進(jìn)行減小勵(lì)磁。這將給暫態(tài)穩(wěn)定帶來負(fù)面作用，這種情況下勵(lì)磁控制沒有起到減小第一擺的作用。[0067]強(qiáng)行勵(lì)磁應(yīng)該一直保持到轉(zhuǎn)子達(dá)到按區(qū)域間模式擺動的最大擺角，也就是讓勵(lì)磁控制產(chǎn)生一個(gè)附加的正的與角度成正比的同步轉(zhuǎn)矩。但常規(guī)勵(lì)磁控制，不論對上述哪種情況都不能作到這點(diǎn)。
[0068]暫態(tài)過程的第三階段，制動轉(zhuǎn)矩大于驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子向角度減小的方向運(yùn)動。要避免由于強(qiáng)勵(lì)繼續(xù)作用造成過分制動，使反向擺幅增大，以致在第二擺或以后的擺動中失去同步。這時(shí)勵(lì)磁控制應(yīng)使勵(lì)磁電流及制動轉(zhuǎn)矩減小，最好是強(qiáng)行減磁，使勵(lì)磁電壓為負(fù)值。
[0069]如上所述，強(qiáng)行勵(lì)磁在提高暫態(tài)穩(wěn)定方面還有很大潛力。在確保機(jī)端電壓不超過安全要求的前提下，根據(jù)上述五個(gè)階段的特點(diǎn)，有針對性的對每個(gè)階段采取不同的控制策略，把強(qiáng)勵(lì)時(shí)間延長到轉(zhuǎn)子角擺動到發(fā)電機(jī)功角第一擺最大值的時(shí)刻，然后在從第一擺的最大值到最小值的時(shí)段內(nèi)強(qiáng)行減磁，就能有效減小轉(zhuǎn)子角第一擺的擺幅，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
[0070]第一階段和第二階段:
[0071]為了使強(qiáng)勵(lì)一直保持到轉(zhuǎn)子角擺動到最大值的時(shí)刻，就要在勵(lì)磁控制中附加一個(gè)與轉(zhuǎn)子角成正比的正阻尼轉(zhuǎn)矩。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，可以把轉(zhuǎn)子角速度的積分近似為轉(zhuǎn)子功角，送至電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制；也可以針對某些特定故障，提前構(gòu)造出區(qū)域間振蕩搖擺角的近似信號，從而事先確定勵(lì)磁控制的增大/減小。在上述方法中，單獨(dú)存在的強(qiáng)勵(lì)保持信號有可能會與AVR和PSS的調(diào)節(jié)信號發(fā)生沖突，不能始終把機(jī)端電壓維持在最高極限值，又容易使機(jī)端電壓過大，所以必須裝設(shè)限幅器。
[0072]一種更好的辦法是，在AVR的電壓參考點(diǎn)上附加一個(gè)正的參考電壓。這樣可以解決三個(gè)問題。第一，附加正的參考電壓，相當(dāng)于增大了 AVR的給定電壓，從而使勵(lì)磁增大，始終把定子電壓維持在較高的水平。第二，故障切除后繼續(xù)增大勵(lì)磁，必然帶來定子過電壓，但10%-20%的短時(shí)過電壓是允許的。所以10%-20%的附加參考電壓可以保持定子電壓不超過極限值。當(dāng)然，也可以設(shè)置限幅器提高安全性。第三，根據(jù)故障信號和轉(zhuǎn)子角速度、功率、電壓的變化情況決定附加參考電壓投入和退出時(shí)機(jī)，可以比較準(zhǔn)確的控制強(qiáng)勵(lì)時(shí)間，使其作用在第一階段和第二階段。
[0073]第三階段:
[0074]同樣采用第二階段的控制方法，在第三階段開始時(shí)，退出正的附加參考電壓，投入負(fù)的附加參考電壓，如-0.05p.u.。如果是自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁電壓迅速下降會使晶閘管工作于逆變狀態(tài)，產(chǎn)生負(fù)勵(lì)磁電壓，形成負(fù)的制動轉(zhuǎn)矩。從這一點(diǎn)上來說，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)比其他勵(lì)磁系統(tǒng)更適合進(jìn)行暫態(tài)過程的五階段控制。
[0075]第四階段和第五階段:
[0076]進(jìn)入第四階段后，勵(lì)磁控制的目標(biāo)就變成提供系統(tǒng)阻尼，讓轉(zhuǎn)子擺動逐漸衰減。
[0077]第五階段的目標(biāo)是保證系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限達(dá)到最大可能的極限值一事故后的線路功率極限。由于事故使得系統(tǒng)切除了線路，事故后的靜穩(wěn)定極限必然會降低。如事故前輸出的功率，超過了事故后的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限，則即使前面的振蕩平息了，在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，仍然會出現(xiàn)滑行失步或逐漸增幅的振蕩，以致失步。
[0078]在第四階段和第五階段，附加的參考電壓都退出，由AVR和PSS進(jìn)行控制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，智能全過程控制必須采用快速響應(yīng)、高增益的勵(lì)磁系統(tǒng)，同時(shí)配備性能良好的，適應(yīng)性高的PSS。為了使PSS能在故障前后都具有足夠的阻尼比，可以在這個(gè)階段短時(shí)將PSS的輸出限幅增大15%到20%，具體數(shù)值需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定。
[0079]實(shí)施例
[0080]本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的全過程勵(lì)磁控制裝置的模型圖如圖3所示，全過程勵(lì)磁控制裝置的啟動和退出通過邏輯控制器實(shí)現(xiàn)；所述全過程勵(lì)磁控制裝置包括五階段勵(lì)磁控制模塊、加法器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS和自動電壓調(diào)節(jié)器AVR ;所述五階段勵(lì)磁控制模塊的輸出電壓、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的輸出電壓以及外部電源的電壓一起輸入到加法器中得到參考電壓；參考電壓輸入到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR中進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到發(fā)電機(jī)中；全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制時(shí)監(jiān)測發(fā)電機(jī)電壓、有功功率和角速度。本發(fā)明提供的全過程勵(lì)磁控制的控制邏輯圖如圖4所示。
[0081]控制部分有a和b兩個(gè)輸出，當(dāng)a為I時(shí)，將正的附加參考電壓加到AVR的電壓參考點(diǎn)上；當(dāng)b為I時(shí),將負(fù)的附加參考電壓加AVR的電壓參考點(diǎn)上。
[0082]附加正參考電壓的啟動條件是:邏輯控制器檢測到發(fā)電機(jī)的電壓及功率有突然變動，超過一定限值，并且角速度偏差亦超過一定限值。此時(shí)a為1，并采用反饋使邏輯開關(guān)自保持。退出條件是:角速度差小于等于零。此后a為0，從而將附加的正參考電壓斷開。
[0083]附加負(fù)參考電壓的啟動條件是:邏輯控制器檢測到a由I變?yōu)?，且轉(zhuǎn)速偏差小于一定限值。此時(shí)b為1，并采用反饋使邏輯開關(guān)自保持。退出條件是:角速度差大于等于零。此后b為O,從而將附加的負(fù)參考電壓斷開,僅由AVR和PSS控制。
[0084]由于全過程勵(lì)磁控制的啟動條件比較苛刻，而第三階段的啟動又是建立在第二階段退出的基礎(chǔ)上，因此可有效避免控制裝置的誤動。同時(shí)，模型中還設(shè)置了一定的可調(diào)參數(shù)，用于控制第二階段和第三階段的投切條件，使模型具備了較好的自適應(yīng)能力。
[0085]為了避免頻繁強(qiáng)行勵(lì)磁給同步電機(jī)和鍋爐汽機(jī)造成沖擊，整個(gè)暫態(tài)過程中，全過程勵(lì)磁控制只動作一次，即只作用于故障后功角的第一擺。
[0086]本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法將暫態(tài)過程分為五個(gè)階段，在不同的時(shí)間階段，在PSS的輸出端附加不同的參考電壓值。從第一階段開始到第二階段結(jié)束，附加一個(gè)正參考電壓，盡可能快、盡可能大的增加勵(lì)磁；第三階段切除附加參考電壓，附加反向參考電壓；第四和第五階段使用PSS平息振蕩。全過程勵(lì)磁控制簡單、可靠、容易并且便于工程應(yīng)用，是一種短期快速而又經(jīng)濟(jì)有效的辦法。
[0087]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述方法采用全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制，所述方法包括下述步驟: (1)將發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程劃分為五階段； (2)分別確定五階段的判斷方法； (3)對五階段分別進(jìn)行勵(lì)磁控制。
2.如權(quán)利要求1所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述全過程勵(lì)磁控制裝置的啟動和退出通過邏輯控制器實(shí)現(xiàn)； 所述全過程勵(lì)磁控制裝置包括五階段勵(lì)磁控制模塊、加法器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS和自動電壓調(diào)節(jié)器AVR ;所述五階段勵(lì)磁控制模塊的輸出電壓、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的輸出電壓以及外部電源的電壓一起輸入到加法器中得到參考電壓；參考電壓輸入到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR中進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到發(fā)電機(jī)中； 所述全過程勵(lì)磁控制裝置進(jìn)行控制時(shí)監(jiān)測發(fā)電機(jī)電壓、有功功率和角速度。
3.如權(quán)利要求1所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述步驟(I)中，五階段分別如下: ①第一階段:從短路發(fā)生到短路切除；第一階段的持續(xù)時(shí)間為0.06s~0.1s ; ②第二階段:從短路切除的時(shí)刻到轉(zhuǎn)子角擺到最大值的時(shí)刻；第二階段存在本地振蕩和區(qū)域間振蕩兩種模式，前者對應(yīng)的時(shí)間為0.4s~0.8s，后者對應(yīng)的時(shí)間為Is~2.5s ;第二階段增大發(fā)電機(jī)制動矩，抑制轉(zhuǎn)子角的擺動；. ③第三階段:轉(zhuǎn)子角從最大值擺動到最小值的時(shí)段；轉(zhuǎn)子角擺過最大值，意味著制動轉(zhuǎn)矩已經(jīng)超過原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，第三階段降低制動轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)子角回?cái)[的幅度； ④第四階段:轉(zhuǎn)子角后續(xù)擺動過程，這個(gè)過程為3~6個(gè)擺動周期的時(shí)間； ⑤第五階段:轉(zhuǎn)子角振蕩平息階段，電力系統(tǒng)進(jìn)入故障后的靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子角速度ω8等于電網(wǎng)側(cè)的角速度ων，即Λ ω = ω-ων = O ； 五階段的判斷方法如下: 當(dāng)轉(zhuǎn)子角速度大于電網(wǎng)側(cè)的角速度，即Λω > O時(shí)，功角增加，第一階段開始；功角一直增加到Λ ω =0時(shí)，功角達(dá)到最大值，第二階段結(jié)束；Λ ω隨即小于0，進(jìn)入第三階段；當(dāng)Δ ω再次等于O時(shí)，功角達(dá)到最小值，第三階段結(jié)束，之后進(jìn)入第四階段，功角后續(xù)擺動，直到擺動停止后進(jìn)入第五階段。
5.如權(quán)利要求1所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中，對五階段進(jìn)行勵(lì)磁控制包括: 在第一階段開始到第二階段結(jié)束，在全過程勵(lì)磁控制裝置中裝設(shè)限幅器；或在自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上附加正的參考電壓，增加勵(lì)磁；所述正的參考電壓的范圍為10%-20%的發(fā)電機(jī)的額定電壓； 在第三階段，切除正的參考電壓，在自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上附加負(fù)的參考電壓，減少勵(lì)磁；負(fù)參考電壓的取值范圍為發(fā)電機(jī)額定電壓的-10%~-20% ； 在第四階段和第五階段，附加的參考電壓均退出，由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS、自動電壓調(diào)節(jié)器AVR進(jìn)行勵(lì)磁控制。
6.如權(quán)利要求5所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，附加正的參考電壓的啟動條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、機(jī)端電壓和有功功率變動且超過限值時(shí)，將正的參考電壓附加到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上；附加正的參考電壓的退出條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)的角速度差小于電網(wǎng)側(cè)角速度，切除正的參考電壓。 附加負(fù)的參考電壓的啟動條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)的角速度差小于電網(wǎng)側(cè)角速度時(shí)，將負(fù)的參考電壓附加到自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的電壓參考點(diǎn)上；附加負(fù)的參考電壓的退出條件是:當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)的角速度差大于電網(wǎng)側(cè)角速度時(shí)，切除負(fù)的參考電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述全過程勵(lì)磁控制裝置在發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中動作一次，即作用于發(fā)電機(jī)故障后功角的第一擺。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的全過程勵(lì)磁控制方法，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)采用同步發(fā) 電機(jī)。
【文檔編號】H02P9/14GK103475291SQ201310370108
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】劉取, 李文鋒, 張靜, 李志強(qiáng), 王官宏, 夏潮, 霍承祥, 李瑩, 陶向宇, 周成, 魏巍, 濮鈞, 何鳳軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院