CN103944467A - 发电机功率变送系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种发电机功率变送系统及方法，所述系统包括功率变送装置、机端保护级电流互感器（TA）、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器（TV）；功率变送装置通过上述电压、电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级TA三相电流和机端测量级TA三相电流；计算正序电压、机端保护级TA的正序电流、机端测量级TA的正序电流、保护级TA的三相电流的基波有效值；当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级TA，否则功率计算电流取自测量级TA，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值。本发明可防止系统故障时发电机功率自动调节系统不正确动作引起的发电机功率异常大幅波动。

Description

发电机功率变送系统及方法

技术领域

本发明属于发电机功率变送技术领域，涉及一种发电机，尤其涉及一种发电机功率变送系统；同时，本发明还涉及一种发电机功率变送方法。

背景技术

随着电力系统自动化程度日益提高，电厂功率自动调节远程自动调频基本普及。但当系统发生故障或较大扰动时，发电机的功率调节系统跟随动作，往往发生功率过调，引发发电机功率大幅波动，机组运行不稳定。

究其原因是：发电机功率调节系统的采样前端一般为发电机或发变组出口功率变送器，在系统故障时电压降低，电流剧增，而功率变送器所接的测量级电流互感器（TA）速饱和特性使得变送器采样TA二次电流值并没有相应按变比增大，这就导致功率变送器输出功率严重失真。进而导致与之相关的自动调控系统不正常工作，引起发电机功率异常大幅波动，甚至会引起发电机组零功率切机保护动作误切机。鉴于这种情况，有必要研究一种新型功率变送装置，以满足正常运行稳态的采样精度又能保证故障或扰动暂态时的采样误差在一定范围内，为功率自动调节系统提供安全可靠的采样值。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的发电机功率变送系统，以便克服现有变送系统的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种发电机功率变送系统，可防止系统故障时发电机功率自动调节系统不正确动作引起的发电机功率异常大幅波动。

此外，本发明还提供一种发电机功率变送方法，可防止系统故障时发电机功率自动调节系统不正确动作引起的发电机功率异常大幅波动。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种发电机功率变送系统，所述系统包括：功率变送装置、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器；

所述功率变送装置分别通过所述机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器连接发电机；

所述功率变送装置通过所述发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值，并将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

作为本发明的一种优选方案，所述功率变送装置包括：

采集模块，用以通过所述发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；

计算模块，用以利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；

功率值获取模块，当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值；

输出模块，用以将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

作为本发明的一种优选方案，I_set为1.1～1.3倍额定电流。

所述功率变送装置将功率计算值以4～20mA的方式输出。

作为本发明的一种优选方案，所述发电机的一端连接发电机中性点接地变压器，该发电机中性点接地变压器接地。

一种发电机功率变送方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、利用功率变送装置通过发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；

步骤S2、根据步骤S1采集的数据、利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；

步骤S3、当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值；

步骤S4、将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

作为本发明的一种优选方案，步骤S3中，I_set为1.1～1.3倍额定电流。

一种发电机功率变送方法，所述方法包括如下步骤：

发电机正常运行时，功率计算采用测量级电流互感器二次电流，以保证稳态运行的计算精度；

当系统故障、电流剧增时，功率计算电流自动切换到保护级电流互感器二次电流，电流恢复正常后再切回至测量级电流互感器，采用正序电压和正序电流计算功率值，并将功率值以4～20mA的方式输出，供发电机功率自动调节系统使用。

作为本发明的一种优选方案，功率计算电流根据保护级电流互感器的电流基波有效值大小进行自动切换，采用全周傅立叶算法计算保护级电流互感器的电流基波有效值。

作为本发明的一种优选方案，当保护级电流互感器二次电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算取保护级电流互感器电流；当保护级电流互感器二次电流基波有效值小于切换门槛值I_set时，功率计算取测量级电流互感器电流。

作为本发明的一种优选方案，I_set取1.1～1.3倍额定电流。

测量级TA一般有较高的稳态精度，但因为速饱和特性决定了其在暂态时不能正确反应故障电流；保护级TA一般饱和特性较好，能很好的反应故障电流并保证二次值在一定的误差范围之内。新型功率变送装置将同时接入测量级TA和保护级TA，稳态运行时采用测量级TA二次电流，暂态运行时采用保护级TA二次电流，功率计算电流的切换由保护级TA电流大小来决定，当保护级TA电流大于切换门槛（一般取1.1～1.3倍额定电流）时，判为故障暂态过程，否则判为正常稳态。再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值，并将功率计算值以4-20mA的方式输出，供发电机功率自动调节系统使用。

本发明的有益效果在于：本发明提出的发电机功率变送系统及方法，可防止系统故障时发电机功率自动调节系统不正确动作引起的发电机功率异常大幅波动。本发明能弥补以往功率变送器暂态情况下采样失真的不足，能够最大限度保障稳态采样精度和暂态时采样可靠，防止与功率变送器相关的发电机功率自动调节系统误动作引起的发电机功率异常波动。

附图说明

图1为本发明发电机功率变送系统的组成示意图。

图2为实施例二中机端TV断线条件示意图。

图中，G为发电机，t表示机端，n表示中性点，NGD为发电机中性点接地变压器，TA_p为保护级电流互感器，TA_m为保护级电流互感器，TV为发电机机端电压互感器，U_A、U_B和U_C为发电机机端三相电压，I_pA、I_pB和I_pC为发电机机端保护级TA三相电流，I_mA、I_mB和I_mC为发电机机端测量级TA三相电流。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种发电机功率变送系统，所述系统包括：功率变送装置、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器。

所述功率变送装置分别通过所述机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器连接发电机。此外，所述发电机的一端连接发电机中性点接地变压器，该发电机中性点接地变压器接地。

所述功率变送装置通过所述发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值，并将功率计算值以4～20mA的方式输出，供发电机功率自动调节系统使用。

具体地，所述功率变送装置包括：采集模块、计算模块、功率值获取模块、输出模块。

采集模块用以通过所述发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；

计算模块用以利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；

当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set（I_set为1.1～1.3倍额定电流）时，功率值获取模块按照如下方案获取功率计算电流：功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器；再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值；

输出模块用以将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

本发明还揭示一种发电机功率变送方法，所述方法包括如下步骤：

【步骤S1】利用功率变送装置通过发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；

【步骤S2】根据步骤S1采集的数据、利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；

【步骤S3】当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set（I_set为1.1～1.3倍额定电流）时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值；

【步骤S4】将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

实施例二

由于发电机一般经高阻接地，正常运行和故障情况下，几乎没有零序电流，对于三相三线制（只接入A、C相电流），可由A、C相电流计算B相电流。

实施例三

本发明揭示一种发电机功率变送方法，所述方法包括：发电机正常运行时，功率计算采用测量级电流互感器二次电流，以保证稳态运行的计算精度；当系统故障、电流剧增时，功率计算电流自动切换到保护级电流互感器二次电流，电流恢复正常后再切回至测量级电流互感器，采用正序电压和正序电流计算功率值，并将功率值以4～20mA的方式输出，供发电机功率自动调节系统使用。

功率计算电流根据保护级电流互感器的电流基波有效值大小进行自动切换，采用全周傅立叶算法计算保护级电流互感器的电流基波有效值。

当保护级电流互感器二次电流基波有效值大于切换门槛值I_set时（I_set取1.1～1.3倍额定电流），功率计算取保护级电流互感器电流；当保护级电流互感器二次电流基波有效值小于切换门槛值I_set时，功率计算取测量级电流互感器电流。

实施例四

在图1中，从发电机机端TV测量三相电压和从保护级TA（TA_p）测量三相电流和从测量级TA（TA_m）测量三相电流和采用全周傅立叶算法计算保护级TA的三相电流的基波有效值I_pA、I_pB和I_pC。

功率计算电流的切换由保护级TA电流大小来决定，功率计算电流I_φ.cal选择判据为：

$I_{\mathrm{\&phi;}.\mathrm{cal}}=\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{m\&phi;}},\max \{I_{\mathrm{pA}},I_{\mathrm{pB}},I_{\mathrm{pC}}\}<I_{\mathrm{set}}\\ I_{\mathrm{p\&phi;}},\max \{I_{\mathrm{pA}},I_{\mathrm{pB}},I_{\mathrm{pC}}\}\&GreaterEqual;I_{\mathrm{set}}\end{array}\right.,\mathrm{\&phi;}=A,B,C$

其中，I_mφ和I_pφ分别为测量级TA电流和保护级TA电流，I_pA、I_pB和I_pC分别为保护级TA的三相电流基波有效值，I_set为切换电流门槛，一般取1.1～1.3倍额定电流。

采用全周傅立叶算法计算正序电压和功率计算正序电流，进而求得正序功率值，并以4-20mA的方式输出功率值，供发电机功率自动调节系统使用。

综上所述，本发明提出的发电机功率变送系统及方法，可防止系统故障时发电机功率自动调节系统不正确动作引起的发电机功率异常大幅波动。本发明能弥补以往功率变送器暂态情况下采样失真的不足，能够最大限度保障稳态采样精度和暂态时采样可靠，防止与功率变送器相关的发电机功率自动调节系统误动作引起的发电机功率异常波动。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种发电机功率变送系统，其特征在于，所述系统包括：功率变送装置、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器；

所述功率变送装置分别通过所述机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器、发电机机端电压互感器连接发电机；

所述功率变送装置通过所述发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值，并将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

2.根据权利要求1所述的发电机功率变送系统，其特征在于：

发电机经高阻接地，正常运行和故障情况下，几乎没有零序电流，对于三相三线制，即只接入A、C相电流，所述功率变送装置由A、C相电流计算B相电流：其中，为B相电流，为A相电流，为C相电流。

3.根据权利要求2所述的发电机功率变送系统，其特征在于：

对于三相四线制，TA断线条件为：三相TA的自产零序电流大于25%的最大相电流与5%In之和，延时报警，异常消失后延时返回。

4.根据权利要求1所述的发电机功率变送系统，其特征在于：

所述功率变送装置包括：

采集模块，用以通过所述发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；

计算模块，用以利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；

功率值获取模块，当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值；

输出模块，用以将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

5.根据权利要求1所述的发电机功率变送系统，其特征在于：

I_set为1.1～1.3倍额定电流。

所述功率变送装置将功率计算值以4～20mA的方式输出。

6.根据权利要求1所述的发电机功率变送系统，其特征在于：

所述发电机的一端连接发电机中性点接地变压器，该发电机中性点接地变压器接地。

7.一种发电机功率变送方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、利用功率变送装置通过发电机机端电压互感器、机端保护级电流互感器、机端测量级电流互感器采集发电机机端三相电压、机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流；

步骤S2、根据步骤S1采集的数据、利用全周傅立叶算法计算正序电压、机端保护级电流互感器的正序电流、机端测量级电流互感器的正序电流，以及保护级电流互感器的三相电流的基波有效值；

步骤S3、当保护级电流互感器的三相电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算电流取自保护级电流互感器，否则功率计算电流取自测量级电流互感器，再由正序电压、功率计算正序电流计算功率值；

步骤S4、将功率计算值输出，供发电机功率自动调节系统使用。

8.根据权利要求7所述的发电机功率变送系统，其特征在于：

步骤S3中，I_set为1.1～1.3倍额定电流。

9.一种发电机功率变送方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

发电机正常运行时，功率计算采用测量级电流互感器二次电流，以保证稳态运行的计算精度；

当系统故障、电流剧增时，功率计算电流自动切换到保护级电流互感器二次电流，电流恢复正常后再切回至测量级电流互感器，采用正序电压和正序电流计算功率值，并将功率值以4～20mA的方式输出，供发电机功率自动调节系统使用。

10.根据权利要求9所述的发电机功率变送方法，其特征在于：

功率计算电流根据保护级电流互感器的电流基波有效值大小进行自动切换，采用全周傅立叶算法计算保护级电流互感器的电流基波有效值；

当保护级电流互感器二次电流基波有效值大于切换门槛值I_set时，功率计算取保护级电流互感器电流；当保护级电流互感器二次电流基波有效值小于切换门槛值I_set时，功率计算取测量级电流互感器电流；I_set取1.1～1.3倍额定电流。