CN103580569A - 一种灵活可扩展的励磁控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种灵活可扩展的励磁控制系统，包括信号量测单元、自并励调节单元、限制单元和分析决策单元；所述信号量测单元将采集的发电机运行信息同时发送至自并励调节单元和限制单元，所述自并励调节单元和限制单元对运行信息进行调制比较处理后，发送至分析决策单元进行分析。本发明提供一种灵活可扩展的励磁控制系统，基本履盖了国内主要发电机组励磁控制系统的扩展功能，可用于计及励磁过励、低励、定子电流限制等限制器动作后对系统稳定性的分析。

Description

一种灵活可扩展的励磁控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体讲涉及一种灵活可扩展的励磁控制系统。

背景技术

发电机是支持系统电压的无功功率的主要来源，因此励磁控制对发电机及系统的几乎所有的运行方式，都有重大的影响。现代发电机励磁控制的设计思想已从单个孤立的发电机电压控制上升到全系统全过程的多种控制及保护的综合协调控制。励磁控制系统的扩展功能，虽然很多是从设备安全的角度出发设置的，但它对发电机在特殊方式下的行为以及系统的稳定性也有间接的影响。

在交流、直流特高压工程投运后，将对特高压沿线电网的稳定运行产生较大的影响。这种影响不仅体现在系统的运行方式上，还体现在系统内机组的有功和无功出力方面。由于特高压系统的输送功率较大，当特高压线路故障时，巨大的不平衡功率会对特高压沿线电网造成大的扰动，造成环特高压地区相关发电机组无功、电压的大幅波动，可能引起励磁控制系统的过励、低励等限制器的动作，它们动作后会引起励磁系统的调节特性的改变，对系统的分析计算尤其是对发电机或系统在大扰动后中长期动态过程的分析将产生重要影响，应计及它们的作用。有鉴于此,建立符合实际的具有广泛应用价值的励磁控制系统扩展功能仿真模型并用于生产实际需求十分迫切。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种灵活可扩展的励磁控制系统，基本履盖了国内主要发电机组励磁控制系统的扩展功能，可用于计及励磁过励、低励、定子电流限制等限制器动作后对系统稳定性的分析。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种灵活可扩展的励磁控制系统，所述系统包括信号量测单元、自并励调节单元、限制单元和分析决策单元；所述信号量测单元将采集的发电机运行信息同时发送至自并励调节单元和限制单元，所述自并励调节单元和限制单元对运行信息进行调制比较处理后，发送至分析决策单元进行分析。

所述运行信息包括发电机的机端电压、转子电流、有功功率和无功功率。

所述自并励调节单元包括信号调节单元、信号放大单元、信号比较单元、补偿单元和信号反馈单元；所述信号调节单元、信号放大单元、信号比较单元和补偿单元依次串联，所述信号反馈单元与所述信号放大单元并联。

所述信号量测单元将发电机的有功功率和无功功率发送给所述信号调节单元。

所述限制单元包括过励限制单元、低励限制单元、定子过电流限制单元和接口接入限制单元。

所述低励限制单元采用以高比门方式接入的第一低励限制单元或以电压信号叠加点接入方式的第二低励限制单元。

所述第一低励限制单元包括机端电压补偿单元、低励限制定值表单元、无功量测单元、逻辑判断单元和信号调节放大单元；所述机端电压补偿单元、低励限制定值表单元和无功量测单元并联后，与所述逻辑判断单元和信号调节放大单元依次串联；

所述信号量测单元将机端电压、有功功率和无功功率分别发送至所述机端电压补偿单元、低励限制定值表单元、无功量测单元，所述逻辑判断单元通过信号调节放大单元输出电压信号至高比门。

第二低励限制单元包括机端电压补偿单元、低励限制定值表单元、无功量测单元和信号调制单元；所述机端电压补偿单元、低励限制定值表单元和无功量测单元并联后，通过所述信号调制单元输出电压信号至电压信号叠加点。

所述过励限制单元包括瞬时电流达顶值判断单元、计算热积累单元、电流给定值选择单元和过热值达定值判断单元；所述计算热积累单元和过热值达定值判断单元串联后，与所述瞬时电流达顶值判断单元和电流给定值选择单元均并联。

所述信号量测单元将转子电流同时发送给所述过励限制单元中的瞬时电流达顶值判断单元、计算热积累单元和电流给定值选择单元。

所述定子过电流限制单元包括计算热积累单元、过热值达定值判断单元、定子单元/无功调节选择单元以及信号调节放大单元；所述计算热积累单元与过热值达定值判断单元串联后，与串联的所述定子单元/无功调节选择单元和信号调节放大单元并联。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明适用性广，基本适用于当前各类使用过励、低励、定子电流限制的励磁系统的发电机组；

2、参数物理意义明确，使用方便；

3、具有良好的可扩展性，可通过电力系统分析综合程序用户自定义接口接入新的限制单元。

附图说明

图1是本发明实施例中励磁控制系统结构框图；

图2是本发明实施例中自并励调节单元传递函数示意图；

图3是本发明实施例中过励限制单元传递函数示意图；

图4是本发明实施例中以高比门方式接入的第一低励限制单元传递函数示意图；

图5是本发明实施例中以电压信号叠加点接入方式的第二低励限制单元传递函数示意图；

图6是本发明实施例中定子过电流限制单元传递函数示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

将电力系统分析综合程序（PSASP）暂态稳定固化模型与用户自定义模型进行有机结合，在国内常用的含有励磁控制系统扩展功能的仿真模型（PSASP中为自并励电压调节单元，即调压器）基础上，将搭建的扩展功能仿真模型根据物理实际接入不同位置，同时在12型调压器上预留与用户自定义模型的数据交互接口，可容纳更为广泛的励磁扩展功能。

图1为灵活可扩展的励磁控制系统结构框图，系统包括信号量测单元、自并励调节单元、限制单元和分析决策单元；所述信号量测单元将采集的发电机运行信息同时发送至自并励调节单元和限制单元，所述自并励调节单元和限制单元对运行信息进行调制比较处理后，发送至分析决策单元进行分析。

所述运行信息包括发电机的机端电压、转子电流、有功功率和无功功率。

如图2，自并励调节单元包括信号调节单元、信号放大单元、信号比较单元、补偿单元和信号反馈单元；所述信号调节单元、信号放大单元、信号比较单元和补偿单元依次串联，所述信号反馈单元与所述信号放大单元并联。

所述信号量测单元将发电机的有功功率和无功功率发送给所述信号调节单元。

过励限制单元根据国内发电机组的使用情况，主要有三种情况：一种接至PID环节前低比门，一种接至PID环节后低比门，还有一种较为少见的即输出接至电压叠加点的方式。三处地方分别建立与用户自定义模式交互的变量，可供不同形式的过励限制用户自定义模型的接入。图3给出了通过用户自定义模式接入PID前的过励限制单元典型传递函数框图。

传递函数的参数解释如下：

K_h—过励限制调节增益；

T_h1—超前滞后时间常数（保证过励限制动作后能将转子电流平稳减至给定值，而不造成较大冲击）；

T_h2—超前滞后时间常数；

I_fmax—发电机转子磁场最大允许电流值；

I_f∞—发电机转子磁场长期允许电流（标幺值）；

I_fl—发电机磁场电流限值；

B—过热系数；

T_r—量测的时间常数；

K_FH—过热返回系数。

根据国内发电机组的使用情况，低励限制单元输出工作原理有两种：一种是以高比门的方式接入（分PID前和PID后，具体接入方式参见摘要附图），当低励限制动作后，调节器转为恒无功调节方式，将无功限制到给定值。另一种是接至电压信号叠加点(具体接入方式参见摘要附图)，当低励限制动作后，通过增加调节器电压给定值的调节方式，将无功限制到给定值。

根据图4和图5，低励限制单元有如下特点：

●单元有投退选择，计算中可选择接入低励限制单元也可选择不接入；

●单元输出至AVR主环的接入点可选：分为PID前、PID后以及电压信号叠加点，以最大范围适应国内机组低励限制单元仿真的需要；

●单元具有机端电压补偿功能，该功能可进行投退操作，即可考虑机端电压补偿亦可不计及；

●对单元输出至AVR主环PID后的方式：低励限制的控制环节模型参数自动取PID的模型参数;

●为防止低励反复动作，当无功参考值Qref大于-50Mvar时使返回值向上平移5Mvar，当Qref小于等于-50Mvar时取返回系数0.9。

传递函数的参数解释如下：

SW—电压补偿投退选择；

T_l1—无功信号超前滞后时间常数；

T_l2—无功信号超前滞后时间常数；

T_l3—串联校正环节时间常数（秒）；

T_l4—串联校正环节时间常数（秒）；

T_lu—一阶滞后时间常数；

K_l—串联校正环节的直流增益；

K_lV—积分校正选择因子,Klv=0时为纯积分型校正,Kv=1时为比例积分型校正；

V_uelmax—低励限制调节上限幅；

V_uelmin—低励限制调节下限幅；

低励限制定值表单元中的定值表由（PL₁,QL₁）、（PL₂,QL₂）、（PL₃,QL₃）、（PL₄,QL₄）和（PL₅,QL₅）确定，其含义分别为：

PL₁—低励限制曲线上第一点的有功功率（标幺值）；

QL₁—低励限制曲线上第一点的无功功率（标幺值）；

PL₂—低励限制曲线上第二点的有功功率（标幺值）；

QL₂—低励限制曲线上第二点的无功功率（标幺值）；

PL₃—低励限制曲线上第三点的有功功率（标幺值）；

QL₃—低励限制曲线上第三点的无功功率（标幺值）；

PL₄—低励限制曲线上第四点的有功功率（标幺值）；

QL₄—低励限制曲线上第四点的无功功率（标幺值）；

PL₅—低励限制曲线上第五点的有功功率（标幺值）；

QL₅—低励限制曲线上第五点的无功功率（标幺值）。

定子过电流限制单元根据国内发电机组的使用情况，工作原理目前存在两种：一种是以定子电流作为测量和限制对象，动作后调节器转为定子电流闭环调节方式，将定子电流限制到给定值；另一种是以P—Q曲线作为测量和限制对象，经延时动作后，调节器转为恒无功调节方式，将无功限制到给定值。

根据图6，定子过电流限制单元有如下特点：

●单元有投退选择，计算中可选择接入定子电流限制单元也可选择不接入；

●单元输出至AVR主环的接入点可选：分为PID前、PID后以及电压信号叠加点，以最大范围适应国内机组低励限制单元仿真的需要；

●单元应具有反时限限制特性：反时限动作于减磁使定子电流到允许长期运行值，但无功最低只能减为零；

●过流反时限动作后的再次启动方式可整定：过热积分减至整定返回值可以再次过流并连续累计（确保两次过流动作之间有一定的时间间隔）；

传递函数的参数解释如下：

T_d1—定子电流限制超前滞后时间常数(秒)；

T_d2—定子电流限制超前滞后时间常数(秒)；

K_d—调节增益；

I_tl—定子电流限制值；

I_t∞—定子电流长期运行值；

B_d—过热系数；

K_TH—返回系数。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述系统包括信号量测单元、自并励调节单元、限制单元和分析决策单元；所述信号量测单元将采集的发电机运行信息同时发送至自并励调节单元和限制单元，所述自并励调节单元和限制单元对运行信息进行调制比较处理后，发送至分析决策单元进行分析。

2.根据权利要求1所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述运行信息包括发电机的机端电压、转子电流、有功功率和无功功率。

3.根据权利要求1所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述自并励调节单元包括信号调节单元、信号放大单元、信号比较单元、补偿单元和信号反馈单元；所述信号调节单元、信号放大单元、信号比较单元和补偿单元依次串联，所述信号反馈单元与所述信号放大单元并联。

4.根据权利要求3所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述信号量测单元将发电机的有功功率和无功功率发送给所述信号调节单元。

5.根据权利要求1所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述限制单元包括过励限制单元、低励限制单元、定子过电流限制单元和接口接入限制单元。

6.根据权利要求1所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述低励限制单元采用以高比门方式接入的第一低励限制单元或以电压信号叠加点接入方式的第二低励限制单元。

7.根据权利要求6所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述第一低励限制单元包括机端电压补偿单元、低励限制定值表单元、无功量测单元、逻辑判断单元和信号调节放大单元；所述机端电压补偿单元、低励限制定值表单元和无功量测单元并联后，与所述逻辑判断单元和信号调节放大单元依次串联；

所述信号量测单元将机端电压、有功功率和无功功率分别发送至所述机端电压补偿单元、低励限制定值表单元、无功量测单元，所述逻辑判断单元通过信号调节放大单元输出电压信号至高比门。

8.根据权利要求6所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：第二低励限制单元包括机端电压补偿单元、低励限制定值表单元、无功量测单元和信号调制单元；所述机端电压补偿单元、低励限制定值表单元和无功量测单元并联后，通过所述信号调制单元输出电压信号至电压信号叠加点。

9.根据权利要求1所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述过励限制单元包括瞬时电流达顶值判断单元、计算热积累单元、电流给定值选择单元和过热值达定值判断单元；所述计算热积累单元和过热值达定值判断单元串联后，与所述瞬时电流达顶值判断单元和电流给定值选择单元均并联。

10.根据权利要求9所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述信号量测单元将转子电流同时发送给所述过励限制单元中的瞬时电流达顶值判断单元、计算热积累单元和电流给定值选择单元。

11.根据权利要求1所述的灵活可扩展的励磁控制系统，其特征在于：所述定子过电流限制单元包括计算热积累单元、过热值达定值判断单元、定子单元/无功调节选择单元以及信号调节放大单元；所述计算热积累单元与过热值达定值判断单元串联后，与串联的所述定子单元/无功调节选择单元和信号调节放大单元并联。

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