CN107069772B - 一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于核电领域，提供了一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制方法及装置，该方法包括：根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；对主变送电高频谐波进行滤波；通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。本发明将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到限幅定值，使频率变化大于频率限幅设计值时依然输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号，解决了PSS频率测量环节在主变送电工况输出异常问题，避免了励磁调节器输出对功率波动起负作用，消除了机组功率振荡隐患。

Description

一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制方法及装置
技术领域
本发明属于核电领域，尤其涉及一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制方法及装置。
背景技术
目前，在核电站中广泛应用的汽轮发电机组，例如法国ALSTOM公司设计的1150MW半速机，其发电机励磁系统采用的是带机端励磁变压器的自并励无刷励磁系统，正常工况下励磁电源来自于与发电机机端的励磁变压器。发电机机端电压经励磁变压器降压后提供给自动电压调节器(AVR)的可控硅整流器，经可控硅整流后传输给励磁机的定子磁极。励磁机的转子切割定子磁极磁场，从而产生交流电流，此交流电流经旋转整流器整流后供给发电机转子线圈绕组以建立发电机磁场。
电力系统稳定器(简称PSS)是一个附加的励磁控制装置，它以发电机电功率Pe(或加速功率)作为输入信号，当发电机发生功率波动时，PSS就产生输出信号，作用于AVR控制回路输入端，通过调节器的作用来改变发电机的励磁，影响发电机的电功率，达到阻力发电机功角摆动，抑制发电机功率变化，平息电网功率振荡的作用。它可以较大地增加发电机励磁系统和电力系统的正阻尼能力，抑制自发低频振荡的发生，减少系统中由于负荷波动引起的联络线功率波动，加速功率振荡的衰减，因而有效的提高电力系统的稳定性。
由于PSS存在反调现象，即在发电机的有功变化时，其无功功率会有严重的与有功动作方向相反的变化，因此为了抑制反调，通常将电功率和频率作为PSS的输入信号。由于在系统扰动引起的功率振荡中机械功率变化较小，即加速功率积分信号Pm基本就是电磁功率积分信号Pe，故以加速功率积分信号Pm作为最终输入的PSS2A理论上没有反调现象。当进行机械功率调节时，电磁功率跟随机械功率变化，因此加速功率积分信号Pm很小，PSS基本不动作；当系统扰动引起电磁功率变化时，机械功率变化较小，加速功率积分信号Pm基本上等于负的电磁功率积分信号Pe，PSS发挥作用抑制功率振荡。
然而，目前即使采用了上述的PSS后，仍然出现了电网功率振荡的情况，例如，2011年12月29日，岭澳二期电厂L2主变送电，L3、L4号机出现功率振荡，最大振幅422MW，振荡时间28秒。2012年6月26日，岭澳二期电厂L1主变送电，L3、L4号机出现功率振荡，最大振幅298MW，振荡时间26秒。
该功率波动现象在国内尚属罕见次，但是即使罕见的核电机组电网功率振荡也会导致励磁调节器输出对功率波动起负作用，形成机组功率振荡安全隐患，从而引发核电事故，对人们的生命财产安全形成巨大的威胁。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制方法，旨在解决现有核电机组中主变送电网中具有安全漏洞，导致可能出现功率振荡从而引发核电事故的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制方法，所述方法包括下述步骤：
根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
对主变送电高频谐波进行滤波；
通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。
进一步地，所述限幅定值为0.1±0.01PU。
更进一步地，在所述根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算的步骤之前，还包括：
通过混合仿真和波形回放试验进行功率振荡分析，得到导致PSS输出振荡的功率信号的原因，具体为：频率变化大于频率限幅设计值时输出超过限幅定值。
更进一步地，所述三相电流通过UMT162A型发电机定子电流电压测量卡件检测，所述发电机定子电流电压测量卡件配置UMT162A V1.4系统。
更进一步地，所述通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值的步骤之后，还包括：
通过回放试验，验证方案的有效性和可靠性。
本发明实施例的另一目的在于，提供一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制装置，设置于PSS的频率测量系统中，所述装置包括：
频率计算单元，用于根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
低通滤波器，用于对主变送电高频谐波进行滤波；
限幅单元，用于通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。
进一步地，所述限幅定值为0.1±0.01PU。
更进一步地，所述装置还包括：
分析单元，用于通过混合仿真和波形回放试验进行功率振荡分析，得到导致PSS输出振荡的功率信号的原因，具体为：频率变化大于频率限幅设计值时输出超过限幅定值。
更进一步地，所述频率计算单元包括一UMT162A型发电机定子电流电压测量卡件，用于检测三相电流，所述发电机定子电流电压测量卡件配置UMT162A V1.4系统。
更进一步地，所述装置还包括：
验证单元，用于通过回放试验，验证方案的有效性和可靠性。
本发明实施例将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到限幅定值，使频率变化大于频率限幅设计值时依然输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号，解决了PSS频率测量环节在主变送电工况输出异常问题，避免了励磁调节器输出对功率波动起负作用，消除了机组功率振荡隐患。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法的流程结构图；
图2为本发明第二实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法的流程结构图；
图3为本发明实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制装置的结构图；
图4为本发明实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法的验证信号测点位置图；
图5为本发明实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法的验证结果波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到限幅定值，使频率变化大于频率限幅设计值时依然输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号，解决了PSS频率测量环节在主变送电工况输出异常问题，避免了励磁调节器输出对功率波动起负作用，消除了机组功率振荡隐患。
图1示出了本发明实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法的流程结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例，该核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法包括下述步骤：
在步骤S101中，根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
在步骤S102中，对主变送电高频谐波进行滤波；
在步骤S103中，通过限幅使频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。
优选地，该限幅定值为0.1±0.01PU。
本发明实施例进行了限幅及滤波计算改进，将主变送电高频谐波过滤后，在进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到0.1PU的限幅定值；改进后，频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不在发生振荡的波动信号。
本发明实施例将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到0.1PU的限幅定值；改进后，频率变化△f>频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号。解决了PSS频率测量环节在主变送电工况输出异常问题，避免了励磁调节器输出对功率波动起负作用，消除了机组功率振荡隐患。
图2示出了本发明实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法的流程结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例，该核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法包括下述步骤：
在步骤S201中，通过混合仿真和波形回放试验进行功率振荡分析，得到导致PSS输出振荡的功率信号的原因，具体为：频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP时输出超过限幅定值。
在本发明实施例中，通过ALSTOM仿真试验得到PSS实际输出与理论值不一致的结论，并通过波形回放试验，得出PSS四次输出波形不一致，从而确定功率振荡根本原因：ALSTOM提供的P320V2PSS2A在主变送电工况下，频率测量通道在频率变化△f>频率限幅值MXFP(0.1PU)时，PSS输出异常的波动振荡信号。
在步骤S202中，根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
在步骤S203中，对主变送电高频谐波进行滤波；
在步骤S204中，通过限幅使频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号；
在步骤S205中，通过回放试验，验证方案的有效性和可靠性。
在本发明实施例中，该三相电流通过发电机定子电流电压测量卡件检测，该发电机定子电流电压测量卡件硬件采用升级模块UMT162A型号，配置UMT162A V1.4版本软件，该版本软件是基于原有UMT测量卡件UMT162对应配置的V3.0版软件的升级，是UMT测量卡件的应用软件系统，本发明实施例仅在滤波后设置限幅，定值0.1PU。进行了限幅及滤波计算改进，将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到0.1PU的限幅定值；改进后，频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号。
该方案需要通过试验验证：在频率变化△f>频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号。
验证试验标准：
1)首先对原硬件和原参数的励磁系统进行回放试验，通过回放626振荡数据，重现PSS工作异常现象，确保试验回放数据和设备的有效性；
2)验证回放试验的有效性后，对Alstom的解决方案的有效性进行验证；
3)验证在新硬件和新软件情况，当频率波动超过限幅值(MXFP＝0.001)，励磁系统工作正常。
验证方案及结果：
试验一：原硬件和原参数(UMT162V3.0+MXFP＝0.1)，回放626振荡波形，验证励磁系统工作异常；
相同的4次回放得到不同的4种测量结果，说明PSS在这种条件下工作不稳定。
试验二：新硬件和新参数(UMT162A V1.4+MXFP＝0.1)，回放626振荡波形，验证方案有效性；
试验三：新硬件和新参数(UMT162A V1.4+MXFP＝0.001)，回放626振荡波形，验证在限幅动作的情况下调节器工作情况。
试验条件：
P320型励磁调节器主要参数设置为岭澳3号机参数(2012年6月26日)；
回放数据为2012年6月26日岭澳3号机振荡过程机端电压电流录波，时长约23s，数据采样率为10kHz。
回放设备为中国电科院的ADPSS模块组件：曙光服务器+物理接口箱+博电功放；
录波设备为中国电科院WFLC型录波仪，采样率为3.2kHz；
信号测点：三相电压、三相电流、PSS测量频率、Pe积分、Pm积分、PSS输出。具体位置如图4所示。
在本发明实施例中，原硬件UMT162是由于限幅动作后PSS频率测量结果紊乱。而新硬件UMT162A将限幅环节移至低通滤波器后，为验证是否还存在限制动作后PSS频率测量结果紊乱的问题，将限制器MXFP修改为0.001p.u.，有名值为50Hz*0.001＝0.05Hz。进行回放试验，验证当限制动作情况调节器是否工作稳定。
试验结果如图5所示，由图可见，当限幅动作后，PSS测量波形仍然稳定，与限幅未动作的情况相比，只是超过限幅值部分被削顶。据此，判断限幅动作后调节器仍然工作稳定。
将Alstom的解决方案的PSS测量频率与626数据中PMU测量频率对比，基本相同。
2A型PSS内部信号原理检查：
UMT162A，MXFP＝0.1条件下，对PSS内部信号进行原理检查，可以得出以下判断：
相位方面：频率基本与电功率的积分反相，因此两者相加形成的机械功率的积分幅值相对较小，此现象符合正常PSS2A的原理；
加速功率积分Pa.Int.与电功率的积分基本同相，幅值相当，符合PSS2A的原理。
PSS输出与电磁功率基本反相，符合PSS2A的原理。
P320-V2UMT162A MXFP＝0.1与ABB6080结果对比，P320-V2采用UMT162A，MXFP＝0.1，ABB6080型励磁系统，回放626数据，两者输出相位基本一致，幅值相当。
通过上述验证能够得到以下结论：
P320-V2采用UMT162V3.0卡件和MXFP＝0.1的参数设置，回放626振荡数据可以重现其工作异常的问题，与2012年中国电科院试验现象一致。说明在宁德现场进行的波形回放试验可以用于检验P320-V2型励磁调节器的已知频率测量缺陷；
P320-V2在采用UMT162V3.0卡件和MXFP＝0.3的参数设置，在626振荡数据的回放试验中未出现工作不稳定、结果不正确的问题；
P320-V2在采用UMT162A V1.4卡件和MXFP＝0.1的参数设置，在626振荡数据的回放试验中未出现工作不稳定、结果不正确的问题；
P320-V2在采用UMT162A V1.4卡件和MXFP＝0.001的参数设置，当频率波动超出其限制后，其输出稳定，未出现异常；
P320-V2在采用UMT162A V1.4+MXFP＝0.1和UMT162A V3.0+MXFP＝0.3的条件下，其测量频率与PMU结果基本一致；
P320-V2在采用UMT162A V1.4卡件和MXFP＝0.1的条件下，通过对PSS内部多个信号的定性分析，其特性符合2A型PSS的基本原理；
P320-V2在采用UMT162A V1.4卡件和MXFP＝0.1的条件下，626振荡数据的回放结果，PSS输出波形与ABB6080型励磁系统PSS输出波形基本一致；
综上，Alstom的P320-V2在采用UMT162A V1.4卡件和MXFP＝0.1的条件下，在回放试验中工作基本正常，完全可以实现抑制功率振荡的问题。
本发明实施例将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到0.1PU的限幅定值；改进后，频率变化△f>频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号。解决了PSS频率测量环节在主变送电工况输出异常问题，避免了励磁调节器输出对功率波动起负作用；消除了机组功率振荡隐患。
本发明实施例改进PSS限幅及滤波方式，将UMT测量卡件UMT162V3.0版升级为UMT162A V1.4版，解决了频率测量环节在主变送电工况输出异常问题；制定验收方法及验收标准，完成现场验证，最终取得电网对方案的认可；该方案以成功应用，有效提升了ALSTOM P320-V2型AVR的稳定性与可靠性，按照振荡机组限负荷至80％，每年时间2个月计算，0.1元/千瓦时计算，避免了机组长时间限负荷运行的电量损失约3.1亿千瓦时/台机，也避免了对振荡机组采取特殊监护措施的人力物力付出，同时也确保了电网的安全运行。
并且对其它采用同类型AVR的机组或其它励磁调节系统的机组具有极佳的参考借鉴意义。
图3示出了本发明实施例提供的核电机组主变送电网的功率振荡的抑制装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例，该核电机组主变送电网的功率振荡抑制装置，设置于PSS的频率测量系统中，包括：
频率计算单元11，用于根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
低通滤波器12，用于对主变送电高频谐波进行滤波；
限幅单元13，用于通过限幅使频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。
优选地，该限幅定值为0.1±0.01PU。
作为本发明一优选实施例，该装置还可以包括：
分析单元10，用于通过混合仿真和波形回放试验进行功率振荡分析，得到导致PSS输出振荡的功率信号的原因为：频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP时输出超过限幅定值。
优选地，所述频率计算单元包括一UMT162A型发电机定子电流电压测量卡件，用于检测三相电流，该发电机定子电流电压测量卡件配置UMT162AV1.4系统。
作为本发明一优选实施例，该核电机组主变送电网的功率振荡的抑制装置还可以包括：
验证单元14，用于通过回放试验，验证方案的有效性和可靠性。
在本发明实施例中，硬件用升级模块UMT162AV，配置UMT162AV1.4版本软件，仅在滤波后设置限幅，定值0.1PU。进行了限幅及滤波计算改进，将主变送电高频谐波过滤后，在进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到0.1PU的限幅定值；改进后，频率变化△f大于频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不在发生振荡的波动信号。
本发明装置实施例与方法实施例为对应，方法实施例的原理和验证方法均适用于装置实施例。
本发明实施例将主变送电高频谐波过滤后，再进行限幅，使限幅器接受正常的频率，不会达到0.1PU的限幅定值；改进后，频率变化△f>频率限幅设计值MXFP(0.1PU)时输出为正常的限幅，PSS输出不再发生振荡的波动信号。解决了PSS频率测量环节在主变送电工况输出异常问题，避免了励磁调节器输出对功率波动起负作用；消除了机组功率振荡隐患。
本发明实施例改进PSS限幅及滤波方式，将UMT测量卡件UMT162V3.0版升级为V1.4版，解决了频率测量环节在主变送电工况输出异常问题；制定验收方法及验收标准，完成现场验证，最终取得电网对方案的认可；该方案以成功应用，有效提升了ALSTOM P320-V2型AVR的稳定性与可靠性，按照振荡机组限负荷至80％，每年时间2个月计算，0.1元/千瓦时计算，避免了机组长时间限负荷运行的电量损失约3.1亿千瓦时/台机，也避免了对振荡机组采取特殊监护措施的人力物力付出，同时也确保了电网的安全运行。
并且对其它采用同类型AVR的机组或其它励磁调节系统的机组具有极佳的参考借鉴意义。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种核电机组主变送电网的功率振荡的抑制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
通过混合仿真和波形回放试验进行功率振荡分析，得到导致PSS输出振荡的功率信号的原因，具体为：频率变化大于频率限幅设计值时输出超过限幅定值；
根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
对主变送电高频谐波进行滤波；
通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限幅定值为0.1±0.01PU。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相电流通过UMT162A型发电机定子电流电压测量卡件检测，所述发电机定子电流电压测量卡件配置UMT162A V1.4系统。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值的步骤之后，还包括：
通过回放试验，验证方案的有效性和可靠性。
5.一种核电机组主变送电网的功率振荡抑制装置，设置于PSS的频率测量系统中，其特征在于，所述装置包括：
分析单元，用于通过混合仿真和波形回放试验进行功率振荡分析，得到导致PSS输出振荡的功率信号的原因，具体为：频率变化大于频率限幅设计值时输出超过限幅定值；
频率计算单元，用于根据核电机组主变送电网中的三相电压和三相电流进行频率计算，得到频率变化；
低通滤波器，用于对主变送电高频谐波进行滤波；
限幅单元，用于通过限幅使频率变化大于频率限幅设计值时输出不超过限幅定值，以避免PSS输出功率振荡信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述限幅定值为0.1±0.01PU。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述频率计算单元包括一UMT162A型发电机定子电流电压测量卡件，用于检测三相电流，所述发电机定子电流电压测量卡件配置UMT162A V1.4系统。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
验证单元，用于通过回放试验，验证方案的有效性和可靠性。
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