CN103235182A - 利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，当水电机组极对数与齿盘齿数相等时，齿盘产生的转速脉冲就是虚拟键相脉冲；当水电机组极对数与齿盘齿数不等时，在水电机组大轴上“虚拟”安装一个齿数等于极对数的齿盘，该虚拟齿盘产生的脉冲称为“虚拟键相脉冲”；将前述获取的虚拟键相脉冲等效于汽轮机组的键相脉冲，利用键相脉冲法测量发电机内电势相位。此种方法可利用水电机组转速脉冲实现高精度的内电势相位测量。

Description

利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，特别涉及一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，可简称为“虚拟键相脉冲法”。
背景技术
发电机内电势相角是评价电力系统稳定性的重要参数，为加强电力系统动态稳定监测和分析能力，需要在重要的发电厂安装同步相量测量装置（PMU），要求PMU装置采用键相脉冲法测量机组内电势相位，从而保证在电网扰动过程中PMU也能提供高精度的内电势相位信息。
对于汽轮机组（火电厂、核电厂），通常在发电机大轴上安装一个键（或开一个槽），并在旁边装设键相探头。大轴每旋转一周（约20ms），键相探头就能输出一个脉冲，称为“键相脉冲”。对于水电机组，由于机组转速慢（转速与极对数成反比），若按每转一圈输出一个脉冲，则其时间分辨率太低。因此通常会在大轴上安装齿盘，大轴每转一圈，会输出若干个脉冲信号，称为“转速脉冲”。一个完整周期内转速脉冲的个数等于齿盘的齿数。当机组极对数与齿盘齿数正好相等时，水电机组的转速脉冲完全等效于汽轮机组的键相脉冲，可直接用于机组内电势相角测量。但通常机组极对数并不等于齿盘齿数，此时转速脉冲无法直接用于内电势相位测量。
对于转速脉冲，目前可用的方法仅有转速积分法，但其实际应用效果并不理想。稳态下，其理论角度误差在2～3度以上，且存在延迟误差；在暂态下，其精度无法得到保证。
因此，需要提出一种新的方法，以利用水电机组的转速脉冲信号实现内电势相位的精确测量。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，其可利用水电机组转速脉冲实现高精度的内电势相位测量。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，定义水电机组极对数为M，齿盘齿数为N，其中，M>1,N>1；获取虚拟键相脉冲，并将其等效于汽轮机组的键相脉冲，利用键相脉冲法测量发电机内电势相位；所述虚拟键相脉冲的获取方法是：当M与N相等时，齿盘产生的转速脉冲就是虚拟键相脉冲；当M与N不相等时，利用以下步骤获取：
（1）由极对数M和齿数N计算出虚拟键相脉冲间隔相对于转速脉冲间隔的周期倍数K，K=N/M；
（2）取任意一个转速脉冲ZS0作为基准，定义它为第0个虚拟键相脉冲JX0；
（3）先初步计算第1个虚拟键相脉冲JX1出现的位置，应是在第(n-1)、n个转速脉冲之间，满足(n-1)<K<n，其中1<n<N；记第n个转速脉冲为ZSn；
（4）计算ZSn与ZS0之间的时间间隔TZS1,从而得到这段时间内转速脉冲的平均间隔为TZS1/n，由此得出虚拟键相脉冲的时间间隔为TJX1=TZS1×(K/n),从而得到第1个虚拟键相脉冲JX1的准确时刻；
（5）取前述刚算出的第1个虚拟键相脉冲作基准，重复步骤（3）至（4），递推计算以后各个虚拟键相脉冲的准确时刻；
（6）为避免累积误差，完成一轮计算后，下一轮的JX0直接取ZS0的对应时刻。
上述利用键相脉冲法测量发电机内电势相位的步骤是：
（a）发电机稳态运行时，利用电气法计算出内电势相位，并测量键相脉冲与内电势之间的初相角；
（b）发电机运行过程中，将虚拟键相脉冲的实测相位减去初相角，即得到水电机组的内电势相位。
上述步骤（a）中，所述初相角的测量只需要求发电机处于稳态运行即可，不必要求机组空载运行或起停机。
采用上述方案后，本发明借鉴汽轮机利用键相脉冲测量发电机内电势相位的方法，并针对水电机组转速脉冲与汽轮机键相脉冲的差异，根据机组极对数和齿盘齿数计算虚拟键相脉冲，即可按照传统键相脉冲法测量机组内电势，即先测量键相脉冲与内电势之间的初始相角，然后在发电机运行过程中，将虚拟键相脉冲的实测相位减去初相角，即可得到机组的内电势相位。采用本方法后，其效果等效于汽轮机组直接采用键相脉冲测量内电势，其测量精度不受暂态过程影响。
附图说明
图1是本发明中由实际转速脉冲计算键相脉冲相位的示意图，图中JXi表示第i个虚拟键相脉冲，ZSj表示与第i个虚拟键相脉冲相邻的转速脉冲j，0≤i<M,0≤j<N。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，首先记水电机组极对数为M，齿盘齿数为N，大轴带着齿盘旋转每周产生N个脉冲，称为“转速脉冲”，其中，M>1,N>1。
当M=N时，齿盘产生的转速脉冲就是“虚拟键相脉冲”，无需以下计算过程。
但在通常情况下，水电机组极对数并非恰好等于齿盘齿数，即M≠N，此时可在水电机组大轴上“虚拟”安装一个齿数等于极对数M的齿盘，该虚拟齿盘产生的脉冲称为“虚拟键相脉冲”，每个虚拟键相脉冲都对应360度电气角度，因此其效果等效于传统汽轮机组的键相脉冲，可直接用于内电势相位的机械法测量。
由实际的转速脉冲信号计算虚拟键相脉冲信号的步骤如下：
（1）由极对数M和齿数N计算出虚拟键相脉冲间隔相对于转速脉冲间隔的周期倍数K，K=N/M；
（2）取任意一个转速脉冲ZS0作为基准，定义它为第0个虚拟键相脉冲JX0；
（3）先初步计算第1个虚拟键相脉冲JX1出现的位置，应是在第(n-1)、n个转速脉冲之间，满足(n-1)<K<n，其中1<n<N；记第n个转速脉冲为ZSn；
（4）计算ZSn与ZS0之间的时间间隔TZS1,从而得到这段时间内转速脉冲的平均间隔为TZS1/n，由此得出虚拟键相脉冲的时间间隔（JX1与JX0之间的间隔）为TJX1=TZS1×(K/n),从而得到第1个虚拟键相脉冲JX1的准确时刻；
（5）取前述刚算出的第1个虚拟键相脉冲作基准，类似地递推计算以后各个虚拟键相脉冲的准确时刻；
（6）为避免累积误差，完成一轮计算后，下一轮的JX0直接取ZS0的对应时刻。
按以上方法得到虚拟键相脉冲信号的到达时刻后，即可按照传统键相脉冲法测量机组内电势，其实现方法主要分两步：
（1）测量键相脉冲与内电势之间的初相角。初相角是键相信号与内电势相位之间的初始夹角，一旦安装了键（汽轮机）或选定了基准转速脉冲（水电机组），则初相角在机组运行过程中会一直保持不变。测量初相角可以在发电机空载运行时，也可在发电机处于稳态运行时；
（2）发电机运行过程中，将虚拟键相脉冲的实测相位减去初相角，即得到水电机组的内电势相位，其精度不受暂态过程影响。
本方法已成功应用于多个水电厂的同步相量测量装置（PMU），按本方法利用转速脉冲对水电机组内电势进行测量，其实测精度优于1度。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，其特征在于：定义水电机组极对数为M，齿盘齿数为N，其中，M>1,N>1；获取虚拟键相脉冲，并将其等效于汽轮机组的键相脉冲，利用键相脉冲法测量发电机内电势相位；所述虚拟键相脉冲的获取方法是：当M与N相等时，齿盘产生的转速脉冲就是虚拟键相脉冲；当M与N不相等时，利用以下步骤获取：
（1）由极对数M和齿数N计算出虚拟键相脉冲间隔相对于转速脉冲间隔的周期倍数K，K=N/M；
（2）取任意一个转速脉冲ZS0作为基准，定义它为第0个虚拟键相脉冲JX0；
（3）先初步计算第1个虚拟键相脉冲JX1出现的位置，应是在第(n-1)、n个转速脉冲之间，满足(n-1)<K<n，其中1<n<N；记第n个转速脉冲为ZSn；
（4）计算ZSn与ZS0之间的时间间隔TZS1,从而得到这段时间内转速脉冲的平均间隔为TZS1/n，由此得出虚拟键相脉冲的时间间隔为TJX1=TZS1×(K/n),从而得到第1个虚拟键相脉冲JX1的准确时刻；
（5）取前述刚算出的第1个虚拟键相脉冲作基准，重复步骤（3）至（4），递推计算以后各个虚拟键相脉冲的准确时刻；
（6）为避免累积误差，完成一轮计算后，下一轮的JX0直接取ZS0的对应时刻。
2.如权利要求1所述的利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，其特征在于：所述利用键相脉冲法测量发电机内电势相位的步骤是：
（a）发电机稳态运行时，利用电气法计算出内电势相位，并测量键相脉冲与内电势之间的初相角；
（b）发电机运行过程中，将虚拟键相脉冲的实测相位减去初相角，即得到水电机组的内电势相位。
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