CN108879709A - 一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法，属于电力发电技术领域。本发明实施例发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法包括：测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压；对所述发电机加入无功电流补偿，同时测量发电机第二机端电压和无功功率；根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗；根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率。本发明通过测试发电机在无功电流补偿前后的机端电压、发电机补偿后的无功功率，即可简单计算得到发电机的无功电流补偿率，操作方法安全简单，能够有效运用于环境复杂的大型互联电力系统。

Description

一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法

技术领域

本发明涉及电力发电技术领域，并且更具体地，涉及一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法。

背景技术

随着特高压交直流大型互联电力系统的发展，电力系统的安全稳定运行日益重要。发电机励磁系统对系统电压稳定和无功参数稳定起着十分显著的作用。现在大型电厂大多为一台发电机连接一台主变压器这种变压器组的接线方式，本发电机的主变压器其低压侧连接发电机机端，主变压器的高压侧连接于高压母线，电厂内多台发电机通过各自的主变压器连接于同一条母线。所以，同一电厂内一台发电机机组的励磁电压发生改变，不仅会改变本发电机机组的无功参数及电压，而且还会影响其它并列运行的发电机机组的无功参数，从而引起母线电压的变化。另外，由于主变压器本身存在较大漏抗，也会影响发电机励磁系统对系统电压的作用效果。为了改善发电机励磁系统对系统无功参数及电压的控制效果，励磁系统调节器中引入了无功电流补偿的功能，无功电流补偿功能既可以提高电力系统的电压的稳定性，又可以保证发电机机组之间无功功率的合理分配。采用适当的无功电流补偿率不仅是发电机机组经济运行的要求，也是电网稳定的必要措施，同时也是新投机组的必须试验，有很大的应用价值。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺陷：

现有测量无功电流补偿率的方法，比如甩额定无功，试验条件苛刻，实现难度大，对系统稳定冲击大，不适合普遍采用。

发明内容

基于此，为了满足在工程现场的不同工况下更简易地获得准确的无功电流补偿率，本发明提供了一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法。

根据本发明的一个方法，一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法，包括：

测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压；

对所述发电机加入无功电流补偿，同时测量发电机第二机端电压和无功功率；

根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗；

根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率。

优选的，所述测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压之前包括：设置发电机在预定义功率参数状态下稳定运行。

优选的，所述未加入无功电流补偿包括：设置无功电流补偿功能退出。

优选的，所述发电机加入无功电流补偿包括：设置无功电流补偿功能投入。

优选的，所述根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗包括：

根据第二机端电压和无功功率，计算得到发电机无功电流；

根据所述发电机无功电流、第一机端电压和第二机端电压，计算得到无功电流补偿电抗。

优选的，所述根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率包括：通过计算所述无功电流补偿电抗占发电机电抗标幺基值的百分比，得到无功电流补偿率。

优选的，所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率通过录波装置录取。

优选的，所述发电机电抗标幺基值为发电机额定电压的平方与发电机视在功率的比值。

优选的，所述发电机视在功率通过所述发电机型号确定。

根据本发明的另一个方面，一种发电机，包括采用上述方法的励磁系统。

本发明实施例通过测量得到发电机第一机端电压、第二机端电压和无功功率，通过三者的计算能够得到无功电流补偿电抗，通过无功电流补偿电抗和发电机电抗标幺基值计算得到无功电流补偿率。本发明实施例采用的测量方法简单易实现，在各种复杂的工况中也能使用，且计算方法简单鲁棒性好。本发明实施例通过实验分析验证了本发明一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法的准确性，显示本发明实施例计算方案具有很强的工程实用性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明一实施例发电机励磁系统控制逻辑框图；

图2为本发明一实施例无功电流补偿率检测方法流程图；

图3为本发明一实施例无功电流补偿电抗计算方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例一

如图1所示，本发明实施例中一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法，包括步骤：

S210，测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压。

本实施例中，发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。同步发电机类型也包括多种，如汽轮发电机、水轮发电机、核能发电机、燃气轮发电机、太阳热能发电机、柴油发电机。第一机端电压指的是：未加入无功电流补偿且发电机运行时在发电机出线端子上的实际电压。

S220，对所述发电机加入无功电流补偿，同时测量发电机第二机端电压和无功功率。

本实施例中，第二机端电压指的是：加入无功电流补偿且发电机运行时在发电机出线端子上的实际电压。无功功率指的是：在具有电感或电容的电路中，电感或电容在半周期的时间里将贮存的磁场(或电场)能量送给电源，与电源进行能量交换，并未真正消耗能量，把与电源交换能量速率的振幅称为无功功率。发电机的无功功率的作用是建立磁场，输送有功功率。

S230，根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗。

S240，根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率。

作为本实施例优选的实施方式，所述测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压之前包括：设置发电机在预定义功率参数状态下稳定运行。其中，预定义功率参数根据现场运行需要设定，如额定功率600兆瓦的发电机可设置预定义功率参数：有功功率550兆瓦，无功功率100MW兆瓦。

其中，所述未加入无功电流补偿包括：设置无功电流补偿功能退出。在发电机系统中，具有设置无功电流补偿功能投入和退出的功能，可以根据需要进行设置。其中，所述发电机加入无功电流补偿包括：设置无功电流补偿功能投入。

本发明实施例通过测量得到发电机第一机端电压、第二机端电压和无功功率，通过三者的计算能够得到无功电流补偿电抗，通过无功电流补偿电抗和发电机电抗标幺基值计算得到无功电流补偿率。本发明实施例采用的测量方法简单易实现，在各种复杂的工况中也能使用，且计算方法简单鲁棒性好。本发明实施例通过实验分析验证了本发明一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法的准确性，显示本发明实施例计算方案具有很强的工程实用性。

实施例二

如图2所示，本发明实施例中，所述根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗包括：

S331，根据第二机端电压和无功功率，计算得到发电机无功电流。

本实施例中，发电机无功电流为发电机无功功率与第二机端电压的比值。

S332，根据所述发电机无功电流、第一机端电压和第二机端电压，计算得到无功电流补偿电抗。

本实施例中，第一机端电压等于第二机端电压与发电机无功电流与无功电流补偿电抗乘积后的和，那么，无功电流补偿电抗等于第一机端电压与第二机端电压差之后再与发电机无功电流的比。

本实施例中，所述根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率包括：通过计算所述无功电流补偿电抗占发电机电抗标幺基值的百分比，得到无功电流补偿率。

本发明实施例中，所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率通过录波装置录取。

其中，所述发电机电抗标幺基值为发电机额定电压的平方与发电机视在功率的比值。

其中，所述发电机视在功率通过所述发电机型确定。

实施例三

本发明实施例一种发电机，包括采用上述实施例中一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法的励磁系统。无功电流补偿率可用于对励磁系统的无功参数和电压进行控制，从而保证电力系统的无功参数和电压的稳定性。

实施例四

如图3所示，展示了本发明实施例发电机励磁系统控制逻辑框图，通过该逻辑框图来对本发明实施例中无功电流补偿率计算方法的推导。

在图3中，U_ref为发电机机端电压给定值，U_t为发电机机端电压实际值，U_c为发电机机端电压实际值考虑无功电流补偿投入后的合成电压，I_t为发电机机端电流实际值，I_q为发电机机端电流的无功分量，X_c ^*为无功电流补偿率。

设无功电流补偿投入前发电机机端电压为U_X0，无功电流补偿投入后发电机机端电压为U_X和发电机无功功率为Q_X，发电机额定电压为U_N，发电机视在功率为S_N。

设发电机电压稳态时机端参考电压U_ref与实际合成电压U_c的差值为ΔU。由于发电机参数确定后，ΔU只与励磁系统静态放大倍数相关，所以对同一台发电机而言，无功电流补偿投入前后，ΔU保持不变。对于快速励磁系统而言，ΔU近似为0，可忽略不计。

发电机电压稳态状态下满足下式：

U_ref＝U_c+ΔU＝(U_t+X_cI_q)+ΔU (1)。

设U_ref在无功电流补偿投入前后保持不变，则投入前X_c＝0，根据式(1)得到：

U_ref＝U_t+ΔU＝U_X0+ΔU (2)。

在无功电流补偿投入后，根据式(1)得到：

U_ref＝(U_t+X_cI_q)+ΔU＝(U_X+X_cI_q)+ΔU (3)。

因为U_ref在无功电流补偿投入前后保持不变，由式(2)和式(3)相等得到：

U_X0＝U_X+X_cI_q (4)

同时：

由式(4)和式(5)得到无功电流补偿电抗：

根据无功电流补偿电抗选取发电机电抗标幺基值：

根据式(6)和式(7)，可得到无功电流补偿率：

实施例五

下面通过实验验证本发明实施例一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法的准确性。某150MW火电机组测试结果为例，如表1所示：

表1无功电流补偿率测量计算与设定值对比分析

表1中，UAB表示发电机机端电压，其单位是伏特V，Q表示发电机无功功率，其单位是兆瓦MVar。无功电流补偿率设定值，在无功电流补偿功能投入时进行设定。

通过表1可以看出，无功电流补偿率测量计算值与无功电流补偿率设定值差别很小，说明通过本发明技术方案能够准确计算出发电机无功电流补偿率。

由上述测试结果可知，采用本发明所述技术方案，无功电流补偿率的实测值与设定值误差相当小，且本发明实施例提供的技术方案具有多工况适应的特点，同时本发明实施例提供的技术方案并网运行情况下具有试验简单方便、计算结果鲁棒性好的效果，可以满足电网运行需求。通过上述实验验证了本发明实施例提供的方法在实际系统分析中的有效性。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种发电机励磁系统无功电流补偿率的现场实测方法，其特征在于，包括：

测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压；

对所述发电机加入无功电流补偿，同时测量发电机第二机端电压和无功功率；

根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗；

根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量未加入无功电流补偿时发电机第一机端电压之前包括：设置发电机在预定义功率参数状态下稳定运行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述未加入无功电流补偿包括：设置无功电流补偿功能退出。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发电机加入无功电流补偿包括：设置无功电流补偿功能投入。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率，计算得到无功电流补偿电抗包括：

根据第二机端电压和无功功率，计算得到发电机无功电流；

根据所述发电机无功电流、第一机端电压和第二机端电压，计算得到无功电流补偿电抗。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述无功电流补偿电抗、发电机电抗标幺基值，计算得到无功电流补偿率包括：

通过计算所述无功电流补偿电抗占发电机电抗标幺基值的百分比，得到无功电流补偿率。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一机端电压、第二机端电压和无功功率通过录波装置录取。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发电机电抗标幺基值为发电机额定电压的平方与发电机视在功率的比值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述发电机视在功率通过所述发电机型号确定。

10.一种发电机，其特征在于，包括采用权利要求1-9任一项所述方法的励磁系统。