CN106772042A - 一种发电机原动系统阻尼在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发电机原动系统阻尼在线测量方法，包括以下步骤：S1、计算电网流入发电机的发电机耗散能量流和单位阻尼耗散能量流；S2、计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流；S3、根据电网流入发电机的耗散能量流和励磁耗散能量流之差计算出发电机流入原动系统的原动耗散能量流；S4、对原动耗散能量流和单位阻尼耗散能量流分别进行线性拟合，并计算两者斜率比，得到原动系统的阻尼转矩系数。通过计算电网流入发电机和发电机流入励磁系统的耗散能量流来间接计算流入原动系统的原动耗散能量流，并在线计算发电机原动系统的阻尼转矩系数。

Description

一种发电机原动系统阻尼在线检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析技术领域，更具体地，涉及一种发电机原动系统阻尼在线检测方法。

背景技术

超低频振荡是威胁电力系统安全运行的一个突出问题，当发生超低频振荡时，系统内所有机组共同振荡，频率和功率也发生持续振荡，严重威胁电网安全。超低频振荡是一次调频过程中出现的稳定问题，与发电机的原动机和调速系统密切相关，原动系统产生负阻尼是导致超低频振荡的重要原因之一。目前没有对原动系统阻尼在线评估方法，使得超低频振荡的快速有效控制成为难题。本发明通过在线评估计算发电机原动系统的阻尼转矩系数，能够在线得到各发电机原动系统的阻尼情况，当系统发生超低频振荡时可以快速确定提供负阻尼的原动系统并将其调速器退出，使振荡快速平息，以满足电网安全需求。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的发电机原动系统阻尼在线测量方法，通过计算电网流入发电机和发电机流入励磁系统的耗散能量流来间接计算流入原动系统的原动耗散能量流，并在线计算发电机原动系统的阻尼转矩系数。

根据本发明的一个方面，提供一种发电机原动系统阻尼在线测量方法，包括以下步骤：

S1、计算电网流入发电机的发电机耗散能量流和单位阻尼耗散能量流；

S2、计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流；

S3、根据电网流入发电机的耗散能量流和励磁耗散能量流之差计算发电机流入原动系统的原动耗散能量流；

S4、对原动耗散能量流和单位阻尼耗散能量流分别进行线性拟合，并计算两者斜率比，得到原动系统的阻尼转矩系数。

作为优选的，所述步骤S1具体包括：

S11、监测电力系统振荡后发电机的有功功率振幅，确定有功功率振幅稳定的一段时间窗口；

S12、获取该时间窗口内发电机的有功功率P、无功功率Q、电压U、频率f，并进行滤波预处理；

S13、计算该时间窗口内每个采样点电网流入发电机的耗散能量流和每个采样点单位阻尼耗散能量流。

作为优选的，所述步骤S12具体包括：获取该时间窗口内发电机的有功功率P、无功功率Q、电压U、频率f；计算电压U的自然对数lnU，对P、Q、lnU、f进行高通滤波，去除直流分量和低频分量，得到相应偏差△P、△Q、△lnU、△f。

作为优选的，所述步骤S13具体包括：

对时间窗口内的每个采集样点t，计算电网流入发电机的发电机耗散能量流：

式中，为时刻t电网流入发电机的的耗散能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

对时间窗口内每个采样点t，计算单位阻尼耗散能量流：

式中，f₀为额定频率，为时刻t单位阻尼消耗能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

作为优选的，所述步骤S13进一步包括，当采样数据为离散数据时，采样周期为h，则：

电网流入发电机的发电机耗散能量流为：

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

单位阻尼消耗能量流：

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

作为优选的，所述步骤S2包括：

S21、采集该段时间窗口内发电机的励磁电压U_fd、励磁电流I_fd并进行滤波预处理，得到励磁电压、励磁电流的偏差量△U_fd、△I_fd；

S22、并计算计算机流入励磁系统的励磁耗散能量流。

作为优选的，所述步骤S22具体包括：

对于每个时间窗口内的每个采样点t，计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流：

式中，为时刻t发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

当采集数据为离散数据时，采集周期为h，发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流为：

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

根据电网流入发电机的耗散能量流和励磁耗散能量流得到原动耗散能量流：

当采集数据为离散数据时，原动耗散能量流为：

本申请提出一种发电机原动系统阻尼在线检测方法，通过计算电网流入发电机和发电机流入励磁系统的耗散能量流来间接计算流入原动系统的原动耗散能量流，并在线计算发电机原动系统的阻尼转矩系数，获取各个发电机原动系统的阻尼情况，当系统发生超低频振荡时可以快速确定提供负阻尼的原动系统，并将其一次调频退出，使振荡可以快速平息，保证电网的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中的原动系统阻尼在线测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了一种发电机原动系统阻尼在线检测方法，利用能量流方法计算发电机流入原动系统的耗散能量流，进而通过耗散能量流分析原动系统的阻尼作用。由于计算发电机流入原动系统的耗散能量流公式中很多变量在实际电网中无法测量或测量精度较低，因此本发明采取了间接计算的方法，通过计算电网流入发电机和发电机流入励磁系统的耗散能量流来间接计算流入原动系统的耗散能量流。将得到的能量流进行线性拟合得到斜率即为流入原动系统的耗散功率，该功率与单位阻尼耗散功率的比值即为原动系统阻尼转矩系数，具体包括以下步骤：

S1、计算电网流入发电机的发电机耗散能量流和单位阻尼耗散能量流；

S2、计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流；

S3、根据发电机耗散能量流和励磁耗散能量流之差计算发电机流入原动系统的原动耗散能量流；

S4、对原动耗散能量流和单位阻尼耗散能量流分别进行线性拟合，并计算两者斜率比，得到原动系统的阻尼转矩系数,该值为正代表原动系统提供正阻尼，否则为负阻尼。

作为优选的，所述步骤S1具体包括：

S11、监测电力系统振荡后发电机的有功功率振幅，确定有功功率振幅稳定的一段时间窗口；

S12、获取该时间窗口内发电机的有功功率P、无功功率Q、电压U、频率f，并进行滤波预处理；其中P、Q分别为发电机发出的有功功率和无功功率，f为发电机所连母线处的频率，U为发电机所连母线处电压。

S13、计算该时间窗口内每个采样点电网流入发电机的发电机耗散能量流和每个采样点单位阻尼耗散能量流。

作为优选的，所述步骤S12具体包括：获取该时间窗口内发电机的有功功率P、无功功率Q、电压U、频率f；计算电压U的自然对数lnU，对P、Q、lnU、f进行高通滤波，去除直流分量和低频分量，得到相应偏差△P、△Q、△lnU、△f。

作为优选的，所述步骤S13具体包括：

对时间窗口内的每个采集样点t，计算电网流入发电机的发电机耗散能量流：

式中，为时刻t电网流入发电机的的耗散能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

当采样数据为离散数据时，采样周期为h，则：

电网流入发电机的发电机耗散能量流为：

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

对时间窗口内每个采样点t，计算单位阻尼耗散能量流：

式中，f₀为额定频率，为时刻t单位阻尼消耗能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

当数据为离散数据时，采样周期为h时，单位阻尼消耗能量流：

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

作为优选的，所述步骤S2包括：

S21、采集该段时间窗口内发电机的励磁电压U_fd、励磁电流I_fd并进行滤波预处理，得到励磁电压、励磁电流的偏差量△U_fd、△I_fd；U_fd、I_fd分别为励磁电压、流入发电机励磁绕组的励磁电流。

S22、并计算计算机流入励磁系统的励磁耗散能量流。

作为优选的，所述步骤S22具体包括：

对于每个时间窗口内的每个采样点t，计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流：

式中，为时刻t发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

当采集数据为离散数据时，采集周期为h，发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流为：

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

根据电网流入发电机的耗散能量流和励磁耗散能量流的得到原动耗散能量流：

当采集数据为离散数据时，原动耗散能量流为：

最后，对发电机流入原动系统的耗散能量流和单位阻尼耗散能量流分别进行线性拟合，得到拟合结果W_pm ^D≈k_pmt+c_pm，使W_pm ^D＝k_pmt+c_pm，计算两者斜率比值即为发电机原动系统的阻尼转矩系数。

本申请提出一种发电机原动系统阻尼在线检测方法，通过计算电网流入发电机和发电机流入励磁系统的耗散能量流来间接计算流入原动系统的原动耗散能量流，并在线计算发电机原动系统的阻尼转矩系数，获取各个发电机原动系统的阻尼情况，当系统发生超低频振荡时可以快速确定提供负阻尼的原动系统，并将其一次调频退出，使振荡可以快速平息，保证电网的安全性。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发电机原动系统阻尼在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、计算电网流入发电机的发电机耗散能量流和单位阻尼耗散能量流；

S2、计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流；

S3、根据电网流入发电机的耗散能量流和励磁耗散能量流之差计算出发电机流入原动系统的原动耗散能量流；

S4、对原动耗散能量流和单位阻尼耗散能量流分别进行线性拟合，并计算两者斜率比，得到原动系统的阻尼转矩系数。

2.根据权利要求1所述的发电机原动系统阻尼在线测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、监测电力系统振荡后发电机的有功功率振幅，确定有功功率振幅稳定的一段时间窗口；

S12、获取该时间窗口内发电机的有功功率P、无功功率Q、电压U、频率f，并进行滤波预处理；

S13、计算该时间窗口内每个采样点电网流入发电机的发电机耗散能量流和每个采样点单位阻尼耗散能量流。

3.根据权利要求2所述的发电机原动系统阻尼在线测量方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：

获取该时间窗口内发电机的有功功率P、无功功率Q、电压U、频率f；

计算电压U的自然对数lnU，对P、Q、lnU、f进行高通滤波，去除直流分量和低频分量，得到相应偏差△P、△Q、△lnU、△f。

4.根据权利要求3所述的发电机原动系统阻尼在线测量方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：

对时间窗口内的每个采集样点t，计算电网流入发电机的发电机耗散能量流：

$W_{IN}^D\left(t\right)=-{\∫}_{t_s}^t(2\mathrm{\π}\mathrm{\Δ}P\mathrm{\Δ}fdt+\mathrm{\Δ}Qd(\mathrm{\Δ}\ln U\left)\right)$

式中，为时刻t电网流入发电机的耗散能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

对时间窗口内每个采样点t，计算单位阻尼耗散能量流：

$W_{unit}^D\left(t\right)=\frac{2\mathrm{\π}}{f_0}{\∫}_{t_s}^t{\mathrm{\Δf}}^{2}dt$

式中，f₀为额定频率，为时刻t单位阻尼消耗能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

5.根据权利要求4所述的发电机原动系统阻尼在线测量方法，其特征在于，所述步骤S13进一步包括，当采样数据为离散数据时，采样周期为h，则：

电网流入发电机的发电机耗散能量流为：

$W_{INk}^D=-\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\π}({\mathrm{\ΔP}}_{i-1}{\mathrm{\Δf}}_{i-1}+{\mathrm{\ΔP}}_i{\mathrm{\Δf}}_i)h+\frac{1}{2}({\mathrm{\ΔQ}}_{i-1}+{\mathrm{\ΔQ}}_i)(\mathrm{\Δ}\ln U_i-\mathrm{\Δ}\ln U_{i-1})$

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

单位阻尼消耗能量流：

$W_{unitk}^D=\frac{\mathrm{\π}}{f_0}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({{\mathrm{\Δf}}_{i-1}}^2+{{\mathrm{\Δf}}_i}^2)h$

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

6.根据权利要求5所述的发电机原动系统阻尼在线检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、采集该段时间窗口内发电机的励磁电压U_fd、励磁电流I_fd并进行滤波预处理，得到励磁电压、励磁电流的偏差量△U_fd、△I_fd；

S22、并计算计算机流入励磁系统的励磁耗散能量流。

7.根据权利要求6所述的发电机原动系统阻尼在线检测方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：

对于每个时间窗口内的每个采样点t，计算发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流：

$W_{fd}^D\left(t\right)=-{\∫}_{t_s}^t({\mathrm{\ΔU}}_{fd}{\mathrm{\ΔI}}_{fd}-{{\mathrm{\ΔI}}_{fd}}^2{R}_{fd})dt$

式中，为时刻t发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流，t_s为计算的起始时刻，初始值

当采集数据为离散数据时，采集周期为h，发电机流入励磁系统的励磁耗散能量流为：

$W_{fdk}^D\left(t\right)=-\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ΔU}}_{fdi-1}{\mathrm{\ΔI}}_{fdi-1}+{\mathrm{\ΔU}}_{fdi}{\mathrm{\ΔI}}_{fdi}-R_{fd}({{\mathrm{\ΔI}}_{fdi-1}}^2+{{\mathrm{\ΔI}}_{fdi}}^2\left)\right)h$

式中，下标i表示对应变量在t＝t_s+ih处的值，初始值

8.根据权利要求7所述的发电机原动系统阻尼在线检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

根据电网流入发电机的耗散能量流和励磁耗散能量流的得到原动耗散能量流：

$W_{pm}^D\left(t\right)=W_{IN}^D\left(t\right)-W_{fd}^D\left(t\right)$

当采集数据为离散数据时，原动耗散能量流为：

$W_{pmk}^D=W_{INk}^D-W_{fdk}^D.$