一种发电机进相试验功角计算方法及系统与流程

1.本发明属于同步发电机进相试验功角计算技术领域，涉及一种发电机进相试验功角计算方法及系统。


背景技术：

2.同步发电机励磁控制系统的涉网性能对于电力系统稳定运行的关键性和必要性为励磁方向研究人所熟知，以数十、百瓦的功耗，维系了全系统在扰动下的安全稳定性。其中大、中型发电机组的进相能力在涉网性能试验中，是检测同步发电机对系统无功调节能力的重要项目。
3.现场试验中，发变组状态量检测中对于功角的观测是励磁试验人员最为关注和慎重对待的，功角的一般观测可由同步相量测量装置(pmu)或励磁调节器中获取。对于装设有pmu的机组，其功角数据的可靠性需试前正确调试来保证；然而励磁调节装置测量功角的机理取决于同步发电机获取转速信号ω的方式、有无转子位置传感器。微机软件分三类ω的获得方式：一是采取内部硬件元器件测量得到发电机的内电势模拟量，其频率数值间接获取ω信号；二是通过软件获得ω信号；三是靠转子位置传感器直接测取转速信号。转速信号可靠获得后再转换为功角信号。同步发电机的进相限制条件主要受限于三个方面：各段电压水平、功角趋于失稳区、机组各部件温度等。其中电压和温度在已投运机组中已可判别信号的可靠性，而功角信号观测值有无、数值可靠性不易论证。现场进相试验人员需结合试验条件，在各点进相工况下实时核算，而功角的计算方法的有效性还待商榷。这是研究同步发电机进相实际应用中必须重视的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种发电机进相试验功角计算方法及系统，该方法及系统能够准确计算发电机进相试验功角。
5.为达到上述目的，本发明所述的发电机进相试验功角计算方法包括以下步骤：
6.1)获取试验机组的空载特性曲线；
7.2)利用试验机组的额定电压un及额定负载励磁电流i
fn
对所述试验机组的空载特性曲线进行标幺化；
8.3)将标幺化后的试验机组的空载特性曲线中的非线性段进行拟合计算，得到发电机空载曲线非线性段参数a及b；
9.4)获取进相试验稳定点下的工况数据，根据进相试验稳定点下的工况数据以及发电机空载曲线非线性段参数a及b，求解当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q；
10.5)利用当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q计算当前进相运行工况下的发电机进相试验功角δ。
11.步骤4)的具体操作为：获取进相试验稳定点下的工况数据，根据进相试验稳定点下的工况数据以及发电机空载曲线非线性段参数a及b，求解当前横轴同步电抗饱和系数ksq
，再以此求解当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q。
12.根据式(1)计算a及b：
[0013][0014]
其中，u1为饱和修正中间变量，a及b分别为非线性段饱和参数，ua为同步发电机组运算电压值，u
t1
为非线性段阈值，u
t1
一般可取0.75p.u.。
[0015]
当前横轴同步电抗饱和系数k
sq
为：
[0016][0017]
ua＝u (ra jx1)i
ꢀꢀꢀ
(3)。
[0018]
其中，u为机端电压，u1为饱和修正中间变量，ra为定子电阻，x1为定子漏抗，i为机端电流。
[0019]
当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q为：
[0020]
x
′q＝k
sq
(x
q-x1) x1ꢀꢀꢀ
(4)
[0021]
其中，x1为定子漏抗，xq为横轴同步电抗不饱和值。
[0022]
当前进相运行工况下的发电机进相试验功角δ为：
[0023][0024]
其中，φ为同步发电机机端电压和电流之间的功率因数角，ra为定子电阻，u为机端电压，i为机端电流。
[0025]
试验机组的空载特性曲线为机端电压u与对应励磁电流if的对应曲线。
[0026]
本发明所述的发电机进相试验功角计算系统包括：
[0027]
获取模块，用于获取试验机组的空载特性曲线；
[0028]
标幺化模块，用于利用试验机组的额定电压un及额定负载励磁电流i
fn
对所述试验机组的空载特性曲线进行标幺化；
[0029]
拟合模块，用于将标幺化后的试验机组的空载特性曲线中的非线性段进行拟合计算，得到发电机空载曲线非线性段参数a及b；
[0030]
求解模块，用于获取进相试验稳定点下的工况数据，根据进相试验稳定点下的工况数据以及发电机空载曲线非线性段参数a及b，求解当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q；
[0031]
计算模块，用于利用当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q计算当前进相运行工况下的发电机进相试验功角δ。
[0032]
本发明具有以下有益效果：
[0033]
本发明所述的发电机进相试验功角计算方法及系统在具体操作时，利用同步发电机空载特性曲线实时进行交轴同步电抗的修正，得到当前经饱和修正的横轴同步电抗值，再以此计算当前进相运行工况下的发电机进相试验功角，计算复杂度低，满足现场进相试验对功角进行实时测算的需求，有效提高计算功角值的准确性，能够可靠地将进相试验中对于功角稳定限制条件的风险把控提供重要依据，通用性高，便于现场推广使用。
附图说明
[0034]
图1为本发明中功角计算原理的相量关系图；
[0035]
图2为本发明中基于空载特性曲线的饱和修曲线示意图；
[0036]
图3为案例的某机组空载特性曲线数据图。
具体实施方式
[0037]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0038]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0039]
参考图1及图2，本发明所述的发电机进相试验功角计算方法包括以下步骤：
[0040]
1)获取试验机组的运行参数，所述试验机组的运行参数包括额定电压un、额定电流in、额定有功功率pn、额定视在功率sn、定子电阻ra、定子漏抗x1、额定负载励磁电流i
fn
及横轴同步电抗不饱和值xq；
[0041]
2)获取试验机组的空载特性曲线，所述试验机组的空载特性曲线为机端电压u与对应励磁电流if的对应曲线，利用额定电压un及额定负载励磁电流i
fn
对所述试验机组的空载特性曲线进行标幺化；
[0042]
3)将标幺化后的试验机组的空载特性曲线中的非线性段进行拟合计算，得到发电机空载曲线非线性段参数a及b，其中，根据式(1)计算a及b：
[0043][0044]
其中，u1为饱和修正中间变量，a及b分别为非线性段饱和参数，ua为同步发电机组运算电压值，u
t1
为非线性段阈值，u
t1
一般可取0.75p.u.；
[0045]
4)获取进相试验稳定点下的工况数据，所述进相试验稳定点下的工况数据包括当前发电机输出有功功率p、无功功率q、机端电压u及机端电流i，根据进相试验稳定点下的工况数据以及发电机空载曲线非线性段参数a及b，求解当前横轴同步电抗饱和系数k
sq
，再以此求解当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q；
[0046]
当前横轴同步电抗饱和系数k
sq
为：
[0047][0048]
ua＝u (ra jx1)i
ꢀꢀꢀ
(3)
[0049]
当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q为：
[0050]
x
′q＝k
sq
(x
q-x1) x1ꢀꢀꢀ
(4)
[0051]
5)利用x'q计算当前进相运行工况下的发电机进相试验功角δ。
[0052]
当前进相运行工况下的发电机进相试验功角δ为：
[0053][0054]
其中，φ为同步发电机机端电压和电流之间的功率因数角。
[0055]
本发明所述的发电机进相试验功角计算系统包括：
[0056]
获取模块，用于获取试验机组的空载特性曲线；
[0057]
标幺化模块，用于利用试验机组的额定电压un及额定负载励磁电流i
fn
对所述试验机组的空载特性曲线进行标幺化；
[0058]
拟合模块，用于将标幺化后的试验机组的空载特性曲线中的非线性段进行拟合计算，得到发电机空载曲线非线性段参数a及b；
[0059]
求解模块，用于获取进相试验稳定点下的工况数据，根据进相试验稳定点下的工况数据以及发电机空载曲线非线性段参数a及b，求解当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q；
[0060]
计算模块，用于利用当前经饱和修正的横轴同步电抗值x'q计算当前进相运行工况下的发电机进相试验功角δ。
[0061]
实施例一
[0062]
以国内上海汽轮发电机厂qfsn型700mva隐式同步发电机组为例讨论进相运行下的功角计算问题，进相期间，机组的继电保护、自动装置及厂用电辅机等正常工作。该机组的横轴同步电抗不饱和值为2.21p.u.，定子电阻ra为0.003p.u.，定子漏抗为0.1p.u.，额定负载励磁电流为4317a，为修正饱和还获取该机组空载特性曲线如图3所示。
[0063]
按照本发明，首先对空载曲线进行标幺化，对饱和修正的计算结果为：线性段i区域的斜率为3.298，非线性段ii区域参数a为0.0226，参数b为8.0311。
[0064]
比较对xq的修正与否的结果影响，并以该机组配置的pmu装置功角读书进行比照，分别选取50％、75％、100％负荷下的两个进相点对功角计算方法进行测试，结果如表1所示。
[0065]
表1
[0066][0067]
当进相运行在机端电压大于0.95p.u.时，带饱和修正的功角计算误差平均值为 2.3
°
，未饱和修正的误差平均值为 8.5
°
；当进相运行在机端电压小于等于0.95p.u.时，带饱和修正的功角计算误差平均值为 8.4
°
，未饱和修正的功角计算误差平均值为 12.3
°
。
[0068]
结果表明，本发明对于同步发电机现场进相试验中的功角计算，提高了准确性。