CN106410814A - 通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为了解决现有同步发电机运行过程中，发电厂厂用母线电压波动范围过大导致机组安全性能下降的问题，提供一种通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法。该方法，通过试验拟合的方式，获取发电机厂用工作母线电压与定子电压以及厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线，获取最大厂用系统容性无功缺额值，进而采用同步电动机作为厂用工作电机，以实现对厂用工作母线电压的调整。本发明提出了试验与曲线拟合相结合的测试方法，有效测试了发电厂厂用系统无功缺额值，方便的确定厂用工作电机参数信息，机组厂用母线电压能保持在合理的范围内，避免了厂用母线电压的剧烈波动，提高了机组的节能效果，具有较高的经济性和实用价值。

Description

通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法
技术领域
本发明涉及发电厂运行及无功控制相关技术领域，具体地说，涉及一种通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，以解决现有同步发电机运行过程中，发电厂厂用母线电压波动范围过大导致机组安全性能下降的问题。
背景技术
随着经济发展，电网互联规模不断增长，电源建设速度也同步加快，随着电网对电压质量要求的越来越高，各机组均要求具备足够的无功调节能力，机组运行过程中发电机电压调节十分频繁，特别地，发电机电压的运行范围一般为额定值的90％～105％，而厂用电的运行范围一般为额定值的95％～105％，运行中不可避免的会出线机组为了满足进相需求的厂用电电压设置满足不了机组滞相运行，反之亦然。
同时，随着国家超低排放、节能减排工作的推进，厂用辅机(工作电机)的节能也提高到新高度，目前也有部分机组通过永磁同步电机替换异步电动机的方法提高厂用辅机的工作效率。
发明内容
本发明为了解决现有同步发电机运行过程中，发电厂厂用母线电压波动范围过大导致机组安全性能下降的问题，提供一种通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法。
本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：
一种通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1、预设多个拟试验的发电机有功功率值状态，在原有异步电动机作为厂用工作电机并接入的情况下，通过试验拟合的方式，分别获取发电机在每个有功功率值状态下的厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线，以及厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线；
2、获取发电机在多个有功功率值状态下的最大厂用系统无功缺额值；
3、采用励磁可调的同步电动机作为厂用工作电机，并根据最大厂用系统容性无功缺额值和原有异步电动机的参数确定同步电动机的参数，通过调节同步电动机励磁实现对厂用工作母线电压的调整。
本发明中，步骤1中，预设的多个拟试验的发电机有功功率值状态，包括发电机有功功率为额定值的状态。
所述预设的多个拟试验的发电机有功功率值状态，包括发电机有功功率为额定值75％和50％的状态。
本发明中，步骤1中，在发电机每个有功功率值状态下的试验拟合过程中，通过保持发电机有功功率值不变的方式，给定多个不同定子电压值的方式，拟合厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线。
所述给定的多个不同定子电压值，至少有一个是定子电压额定值。
所述给定的多个不同定子电压值，均为定子电压额定值97％至102％区间内的数值。
本发明中，步骤1中，在发电机每个有功功率值状态下的试验拟合过程中，将定子电压设定为额定值，在厂用变压器低压侧并联一无功补偿器，通过给定多个不同的补偿容量，拟合厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线。
本发明中，步骤2中，在发电机每个有功功率值状态下的试验拟合过程中，根据厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线，将定子电压在定子电压额定值90％至105％区间变动时，获取厂用工作母线电压最大值和最小值，并根据厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线，获取发电机每个有功功率值状态下的厂用系统容性无功缺额值，并将其中最大的厂用系统容性无功缺额值作为最大厂用系统容性无功缺额值。
本发明中，步骤3中，所述原有异步电动机为1台或n台，所述原有异步电动机总输出负载功率为Psc，设其中1台原有异步电动机的额定输出负载功率为Psn，则采用的同步电动机额定有功负载S需要满足，
其中，Qccmax为最大厂用系统容性无功缺额值。
本发明中，在获取发电机在多个有功功率值状态下最大厂用系统容性无功缺额值，同时获取最大厂用系统感性无功缺额值，所述同步电动机具备进相能力，进相能力大于最大厂用系统感性无功缺额值。
本发明中，所述同步电动机装设有励磁调节装置，所述励磁调节装置具备恒电压调节和/或恒功率因素调节功能。
所述同步电动机励磁调节装置运行在恒电压调节模式时，具备电压超限、无功超限和电流超限功能中的一种或者一种以上组合。
所述同步电动机和励磁调节装置均具备低电压穿越能力。
本发明公开了一种采用励磁可调的同步电动机为厂用工作电机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，提出了试验与曲线拟合相结合的测试方法，本发明提出的方法，有效测试了发电厂厂用系统无功缺额值，方便的确定厂用工作电机参数信息，同时采用发明提出的方法，机组厂用母线电压能保持在合理的范围内，避免了厂用母线电压的剧烈波动，提高了机组的节能效果，具有较高的经济性和实用价值。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明的主旨在于，通过对现有发电厂厂用母线电压波动情况的分析，发现现有同步发电机运行过程中，存在发电厂厂用母线电压波动范围过大导致机组安全性能下降的问题，通过本发明提供一种通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法以解决上述问题。
参见图1，本发明通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，基本原理是预设多个拟试验的发电机有功功率值状态，通过试验与曲线拟合相结合方式测试方法来，计算采用励磁可调的同步电动机作为厂用工作电机时的相关参数，再通过调节同步电动机励磁，使得机组厂用母线电压能保持在合理的范围内，避免了厂用母线电压的剧烈波动。
这里，发电机的某一有功功率值状态是指，将发电机的有功功率设置为预设的数值，通过改变其他参数的大小，进而获得需要的各种参数。对于本发明而言，预设的多个拟试验的发电机有功功率值状态，较好的是至少包括发电机有功功率为额定值的状态，再此基础上，再另外选取几个发电机有功功率值状态，形成多个发电机有功功率值状态，完成试验和曲线拟合过程，本实施方式中，以预设3个发电机有功功率值状态，进行示例性说明，除将发电机有功功率为额定值作为一个状态外，还选取了发电机有功功率为额定值75％和50％的状态。当然，可以理解的是，预设的多个拟试验的发电机有功功率值状态，也可以不包括发电机有功功率为额定值的状态。
因此，本实施方式中，在原有异步电动机作为厂用工作电机并接入的情况下，首先将发电机有功功率设定为额定值Pn，定子电压设定为额定值Utn，记录此时发电机无功功率Q1、厂用工作母线电压Uc1、厂用变压器高压侧有功功率Pc1和无功功率Qc1；
接着，降低发电机定子电压为0.99Utn，记录此时发电机无功功率Q2、厂用工作母线电压Uc2、厂用变压器高压侧有功功率Pc2和无功功率Qc2；
接着，继续降低发电机定子电压为0.98Utn，记录此时发电机无功功率Q3、厂用工作母线电压Uc3、厂用变压器高压侧有功功率Pc3和无功功率Qc3；
这样通过上述的试验过程，可拟合得出发电机定子电压与发电机无功功率、定子电压与厂用工作母线电压之间的关系曲线。
在本实施方式的上述过程中，在保持发电机有功功率值不变的过程中，给定3个不同定子电压值，并且采用了从定子电压额定值开始，逐步小变化量进行减小的方式，可以理解的是，上述内容仅仅是进行的示例性说明，在实际操作时，同样可以采用从定子电压额定值开始，逐步小变化量进行增大的方式给定不同的定子电压值，给定的定子电压值也可以多于3个，以提升拟合出的关系曲线的准确性。实际上，对于本发明而言，给定的多个不同定子电压值，较好的是均为定子电压额定值97％至102％区间内的数值。
通过定子电压改变来找出定子电压与厂用变电压之间的关系，但是由于受厂用电电压制约，定子电压无法在额定值的90％～105％整个范围可调，但发电机额定电压肯定可以运行，所以在发电机额定定子电压开始调节，通过上下调节几个点，选点的依据就是厂用电电压在允许范围内，一般97％～102％定子电压是可调的。
继续保持发电机有功功率设定为额定值Pn，进行下一步的试验和曲线拟合过程：
此时，在厂用变压器低压侧并联一无功补偿器，将补偿容量设定为K1，调整发电机定子电压为额定值Utn，记录补偿后厂用变压器高压侧无功功率Qc4、厂用变压器高压侧有功功率Pc4、对应的厂用工作母线电压Uc4；
接着，更换无功补偿器的补偿容量，在厂用变压器低压侧并联一无功补偿器后，将补偿容量设定为K2，调整发电机定子电压为额定值Utn，记录补偿后厂用变压器高压侧无功功率Qc5、厂用变压器高压侧有功功率Pc5、对应的厂用工作母线电压Uc5；
这样，通过前述获取的厂用变压器高压侧有功功率Pc1、无功功率Qc1和厂用工作母线电压Uc1，可以拟合出厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功的关系曲线。同样可以理解的是，无功补偿器的补偿容量也可以设定为更多个，上述仅仅是采用设定为2个进行示例性说明。
通过上述过程，即完成了发电机有功功率值为额定值的状态下的两个关系曲线：
1、厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线，
2、厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线。
利用发电机有功功率值为额定值状态下，厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线，得出定子电压在定子电压额定值90％～105％之间变动时，厂用工作母线电压的最小值Ucmin1和最大值Ucmax1，这里将上述最小值和最大值，设定为厂用工作母线预期的下限为Ucmin、上限Ucmax，再结合厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线，即可得出发电机有功功率值为额定值的状态下，厂用系统容性无功缺额Qcc1和感性无功缺额Qcl1。参照厂用工作母线电压与厂用高压侧无功功率的关系曲线，厂用系统容性无功缺额为厂用工作母线电压允许范围的最小值对应的高压侧无功功率与Ucmin对应的高压侧无功功率之差；感性无功缺额为Ucmax对应的高压侧无功功率与厂用工作母线电压允许范围的最大值对应的高压侧无功功率之差。
这样便完成了第一个发电机有功功率值状态下的试验和曲线拟合过程，在本实施方式中，将发电机有功功率值状态调整为发电机有功功率为额定值75％和50％，重复上述过程，分别得出发电机有功功率值状态为额定值75％，厂用系统容性无功缺额Qcc2、感性无功缺额Qcl2以及出发电机有功功率值状态为额定值50％，厂用系统容性无功缺额Qcc3和感性无功缺额Qcl3。
结合前述过程获的取Qcc1、Qcc2、Qcc3，将其中最大值作为最大厂用系统容性无功缺额值Qccmax，同理，利用前述过程获取的Qcl1、Qcl2、Qcl3，将其中最大值作为最大厂用系统感性无功缺额值Qclmax。
在获取最大厂用系统容性无功缺额值Qccmax后，即可确定采用励磁可调的同步电动机作为厂用工作电机的参数，进而实现对厂用工作母线电压的调整，具体方式如下：
设原有异步电动机作为1台或n台，原有异步电动机作总输出负载功率为Psc，设其中1台异步电动机的额定输出负载功率为Psn，则采用同步电动机作为厂用工作电机时，额定有功负载S需要满足，其中，Qccmax为最大厂用系统容性无功缺额值，当原有异步电动机为1台时，上述公式可以精简为：
本发明中，在前述过程中获取最大厂用系统感性无功缺额值Qclmax同样是具有作用的，出于优选，作为厂用工作电机的同步电动机较好的是具备进相能力，那么进相能力需要大于最大厂用系统感性无功缺额值Qclmax。
除此之外，本发明作为厂用工作电机的同步电动机较好的是设有励磁调节装置，励磁调节装置具备恒电压调节和/或恒功率因素调节功能。当同步电动机励磁调节装置运行在恒电压调节模式时，具备电压超限、无功超限和电流超限功能中的一种或者一种以上组合。同步电动机和励磁调节装置较好的是均具备低电压穿越能力。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）预设多个拟试验的发电机有功功率值状态，在原有异步电动机作为厂用工作电机并接入的情况下，通过试验拟合的方式，分别获取发电机在每个有功功率值状态下的厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线，以及厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线；
2）获取发电机在多个有功功率值状态下的最大厂用系统无功缺额值；
3）采用励磁可调的同步电动机作为厂用工作电机，并根据最大厂用系统容性无功缺额值和原有异步电动机的参数确定同步电动机的参数，通过调节同步电动机励磁实现对厂用工作母线电压的调整。
2.根据权利要求1所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：步骤1）中，预设的多个拟试验的发电机有功功率值状态，包括发电机有功功率为额定值的状态。
3.根据权利要求2所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：所述预设的多个拟试验的发电机有功功率值状态，包括发电机有功功率为额定值75%和50%的状态。
4.根据权利要求1至3任一所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：步骤1）中，在发电机每个有功功率值状态下的试验拟合过程中，通过保持发电机有功功率值不变的方式，给定多个不同定子电压值的方式，拟合厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线。
5.根据权利要求4所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：所述给定的多个不同定子电压值，至少有一个是定子电压额定值；
或者，所述给定的多个不同定子电压值，均为定子电压额定值97%至102%区间内的数值。
6.根据权利要求1至3任一所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：步骤1）中，在发电机每个有功功率值状态下的试验拟合过程中，将定子电压设定为额定值，在厂用变压器低压侧并联一无功补偿器，通过给定多个不同的补偿容量，拟合厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线。
7.根据权利要求1所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：步骤2中，在发电机每个有功功率值状态下的试验拟合过程中，根据厂用工作母线电压与定子电压之间的关系曲线，将定子电压在定子电压额定值90%至105%区间变动时，获取厂用工作母线电压最大值和最小值，并根据厂用工作母线电压与厂用变压器高压侧无功功率的关系曲线，获取发电机每个有功功率值状态下的厂用系统容性无功缺额值，并将其中最大的厂用系统容性无功缺额值作为最大厂用系统容性无功缺额值。
8.根据权利要求1所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：，步骤3中，所述原有异步电动机为1台或n台，所述原有异步电动机总输出负载功率为Psc，设其中1台原有异步电动机的额定输出负载功率为Psn，则采用的同步电动机额定有功负载S需要满足，，
其中，Qccmax为最大厂用系统容性无功缺额值。
9.根据权利要求7所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：在获取发电机在多个有功功率值状态下最大厂用系统容性无功缺额值，同时获取最大厂用系统感性无功缺额值，所述同步电动机具备进相能力，进相能力大于最大厂用系统感性无功缺额值。
10.根据权利要求1所述的通过同步电动机调整发电厂厂用工作母线电压的方法，其特征在于：所述同步电动机装设有励磁调节装置，所述励磁调节装置具备恒电压调节和/或恒功率因素调节功能；
或者，所述同步电动机装设有励磁调节装置，所述同步电动机励磁调节装置运行在恒电压调节模式时，具备电压超限、无功超限和电流超限功能中的一种或者一种以上组合；
或者，所述同步电动机装设有励磁调节装置，所述同步电动机和励磁调节装置均具备低电压穿越能力。
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