CN109802444B - 一种过励限制和过流保护动态配合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过励限制和过流保护动态配合评估方法，包括：基于电磁暂态仿真方法根据励磁调节器的控制模型框图搭建各型励磁调节器的模型库；基于电磁暂态仿真方法根据发变组转子过流保护的动作逻辑原理图搭建各型发变组转子过流保护的动作逻辑模型库；基于电磁暂态仿真方法搭建电气一次系统仿真模型；根据实际需要评估的励磁调节器型号和发变组保护型号从步骤1和步骤2搭建的模型库中选出相应模型和步骤3搭建的电气一次系统仿真模型共同构成过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型；基于过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型进行过励限制和过流保护配合动态评估。本发明能够避免出现过励限制器动态调节过程中出现过流保护误动的风险。

Description

一种过励限制和过流保护动态配合评估方法

技术领域

本发明属于电网安全防护技术领域，尤其涉及一种过励限制和过流保护动态配合评估方法。

背景技术

随着电网规模的扩张和电网复杂程度的提高，电网面临的安全稳定问题越发突出。合理设置发电机组涉网保护及控制参数，可以充分发挥水电、火电机群的电压支撑能力，充分发挥机组支撑电网安全稳定运行的能力，提高电网的安全运行水平。

由于各种原因，在电网发生扰动时有可能出现发变组转子过流保护先与励磁过励限制器动作,过励限制器没能发挥其作用,机组跳闸导致电网电压的支撑能力降低。为此电网管理部门在网源协调技术规范中明确规定励磁的过励限制器应先于发变组过流保护动作。为了确保满足这项要求，相关技术人员开展了过励限制和过流保护配合情况校验工作，一般采用校核过流保护定值和过励控制参数的方法，静态校验两者的配合关系。也有采用实际的发变组保护、励磁调节器和动模或数模(例如RTDS)构成仿真系统，动态校验两者的配合关系。

采用比较转子电流保护动作曲线和励磁过励限制器的限制动作反时限曲线位置关系来静态校验两者的配合关系。但在电网扰动过程中，发电机过励磁导致过励限制器动作后，由于故障类型、过励限制器的控制参数、电网强弱等原因，在其动态调节的过程中，转子电流会在一段时间内出现一定幅度的超出限制值的情况，此时可能有转子过流保护误动的风险(如中国专利CN201510060838，一种发变组保护定值与励磁限制器定值的匹配检测方法)。现有技术并没有校验动态过程中保护和限制的配合情况；后一种方法按照实际情况进行数字仿真分析，比较接近实际工况。但成本高昂，需要RTDS数字仿真系统、实际的励磁调节器和发变组保护装置。需要在RTDS上搭建仿真模型，并和励磁调节器、发变组保护装置形成闭环控制测试系统，再按预定的试验项目进行测试校验，耗时较长，对技术人员的专业水平要求较高，不具备大规模实施的条件(如发电机组涉网保护与励磁控制协调配合研究，华北电力技术2017年第6期)。

发明内容

本发明的目的是提供一种过励限制和过流保护动态配合评估方法，针对具体的励磁调节器型号和发变组保护型号，在电磁暂态仿真软件中采用详细的基本元器件搭建仿真测试环境进行过励限制与转子过流保护配合的动态评估，避免出现过励限制器动态调节过程中出现转子过流保护误动的风险。

本发明提供了一种过励限制和过流保护动态配合评估方法，包括：

步骤1，基于电磁暂态仿真方法，根据励磁调节器的控制模型框图搭建各型励磁调节器的模型库；所述模型库包括机端电压控制主环的仿真模型、电力系统稳定器仿真模型、过励限制器的仿真模型；

步骤2，基于电磁暂态仿真方法，根据发变组转子过流保护的动作逻辑原理图搭建各型发变组转子过流保护的动作逻辑模型库；

步骤3，基于电磁暂态仿真方法搭建电气一次系统仿真模型；所述电气一次系统仿真模型包括由发电机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块仿真得到的相应模型；

步骤4，根据实际需要评估的励磁调节器型号和发变组保护型号，从步骤1和步骤2搭建的模型库中选出相应模型和步骤3搭建的电气一次系统仿真模型共同构成过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型；

步骤5，基于所述过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型进行过励限制和过流保护配合动态评估。

进一步地，所述步骤4包括：

所述过流保护的动作逻辑模型库中流保护模型的输入机端电压和电流信号由互感器的二次取得，输入转子电流信号由励磁变高压测电流互感器的二次取得，过流保护的动作出口信号控制断路器模型的开合状态。

进一步地，所述步骤4还包括：

所述励磁调节器的模型库中励磁调节器模型输入机端电压和电流信号由互感器的二次取得，输出控制信号接发电机转子。

进一步地，所述步骤5包括：

按照实际定值设置过流保护，按照实际控制参数设置励磁调节器电压控制主环、电力系统稳定器、过励限制控制辅环的参数；

设置各仿真环节的初始值，设置仿真流程控制参数；

在不投入励磁过励限制功能的情况下，进行系统扰动仿真计算，调整扰动的大小，确保过流保护出口动作，确定扰动量的大小；其中，所述扰动为电网输电线路接地故障或励磁调节器电压给定的升高；

投入励磁过励限制功能，做同等程度的扰动，若过励限制器有效发挥作用，过流保护没有出口动作跳开关，判定过励限制和过流保护配合满足要求；若过流保护仍然出口动作跳开关，则调整过励限制器参数或过流保护的参数后再进行上述仿真试验，直至满足要求，至此，完成过励限制和过流保护配合动态评估工作。

借由上述方案，通过过励限制和过流保护动态配合评估方法，针对具体的励磁调节器型号和发变组保护型号，在电磁暂态仿真软件中采用详细的基本元器件搭建仿真测试环境进行过励限制与过流保护配合的动态评估，避免出现过励限制器动态调节过程中出现过流保护误动的风险。通过合理设置发变组转子过流保护的定值和励磁调节器过励限制器的控制参数，可以充分发挥水电、火电机群的动态调节能力，充分发挥机组支撑电网安全稳定运行的能力，提高电网的安全运行水平。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一种过励限制和过流保护动态配合评估方法的流程图；

图2为本发明一实施例中过励限制仿真模型示意图；

图3为本发明一实施例中电力系统仿真模型；

图4为本发明一实施例中励磁系统电压控制主环仿真模型示意图。

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。

参图1所示，本实施例提供了一种过励限制和过流保护动态配合评估方法，包括：

步骤S1，基于电磁暂态仿真方法，根据励磁调节器的控制模型框图搭建各型励磁调节器的模型库。

目前主流的励磁调节器型号有unitrol6000、unitrol5000、EX2100、RCS-9410、NES5100、NES6100等。使用电磁暂态仿真软件提供的基本控制计算元件、例如比例单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、高通竞比门、低通竞比门、加法器、乘法器等，根据厂家提供的控制模型框图搭建机端电压控制主环的仿真模型、电力系统稳定器仿真模型、过励限制器的仿真模型等。

步骤S2，基于电磁暂态仿真方法，根据发变组转子过流保护的动作逻辑原理图搭建各型发变组转子过流保护的动作逻辑模型库。

目前主流的发变组保护型号有RCS985、DGT801、G60、WFB800、CSC300等。使用电磁暂态仿真软件提供的基本数学计算和逻辑单元、例如比例单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、高通竞比门、低通竞比门、加法器、乘法器等，根据厂家提供的发变组转子过流保护的动作逻辑原理图搭建保护的仿真计算模型(动作逻辑模型库)。

步骤S3，基于电磁暂态仿真方法搭建电气一次系统仿真模型。

使用电磁暂态仿真软件提供的同步发电机模块、原动机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块等搭建电气系统一次仿真模型。

步骤S4，根据实际需要评估的励磁调节器型号和发变组保护型号，从步骤S1和步骤S2搭建的模型库中选出相应模型和步骤S3搭建的电气一次系统仿真模型共同构成过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型。

其中过流保护模型的输入转子电流信号由励磁变高压测电流互感器的二次取得，过流保护的动作出口信号控制断路器模型的开合状态。励磁调节器模型输入机端电压和电流信号由互感器的二次取得，输出控制信号接发电机转子。

步骤S5，基于所述过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型进行过励限制和过流保护配合动态评估。

按照实际定值设置过流保护，按照实际控制参数设置励磁调节器电压控制主环、电力系统稳定器、过励限制控制辅环的参数。设置各仿真环节的初始值，设置仿真流程控制参数，首先不投入励磁过励限制功能，进行系统扰动仿真计算，扰动可以是电网输电线路接地故障或励磁调节器电压给定的升高等，调整扰动的大小，确保过流保护出口动作，此时可以确定扰动量的大小。然后投入励磁过励限制功能，再做同等程度的扰动，如果过励限制器有效发挥作用，过流保护没有出口动作跳开关，就可认为过励限制和过流保护配合满足要求。如果过流保护仍然出口动作跳开关，可通过调整过励限限制器参数或过流保护的参数后再进行上述仿真试验，直至满足要求。至此，完成过励限制和过流保护动态配合的评估工作。

该过励限制和过流保护动态配合评估方法，针对具体的励磁调节器型号和发变组保护型号，在电磁暂态仿真软件中采用详细的基本元器件搭建仿真测试环境进行过励限制与过流保护配合的动态评估，避免出现过励限制器动态调节过程中出现过流保护误动的风险。通过合理设置发变组转子过流保护的定值和励磁调节器过励限制器的控制参数，可以充分发挥水电、火电机群的动态调节能力，充分发挥机组支撑电网安全稳定运行的能力，提高电网的安全运行水平。

下面对本发明作进一步详细说明。

第一步搭建励磁系统仿真模型。使用电磁暂态仿真软件，例如PSCAD/EMTDC等所提供的比例单元、纯积分单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、逻辑单元、加法器、乘/除法器等按照某型号励磁调节器的说明书，搭建过励限制(OEL)的仿真模型如图2所示。

其中，I_f——磁场电流；

T_R——测量时间常数；

I_fth——热积累启动定值；

I_fn——热积累的转子电流参考基准值；

K₁——调整系数；

K_invOEL——反时限特性积分常数；

K_cOEL——定时限冷却积分时间常数；

K_expOEL——反时限特性指数系数；

S_OEL——OEL动作指令；

C₁——积分计算上限；

T——反时限积分器时间常数。

第二步搭建发变组过流保护的仿真模型。转子绕组的过流保护由定时限和反时限二部分组成。定时限过流保护，当保护配置在交流侧时，额定励磁电流I_fd应变换至交流侧的有效值I_-，对于采用桥式不可控整流装置的情况，I_-＝0.816I_fd。保护带时限动作于信号。反时限过电流保护，反时限过电流倍数与相应允许持续时间的关系曲线，由制造厂家提供的转子绕组允许的过热条件决定。设反时限保护的动作特性与转子绕组允许的过热特性相同，其表达式为:

式中：C为转子绕组过热常数；

为过励倍数。

反时限动作特性的上限动作电流与强励顶值倍数匹配。如果强励倍数为2倍，则在2倍颇定励磁电流下的持续时间达到允许的持续时间时，保护动作于跳闸。当小于强励顶值而大于过负荷允许的电流时，保护按反时限特性动作。对于无刷励磁系统，在整定计算时，应根据发电机的励磁电压与励磁机励磁电流的关系曲线，将发电机的额定励磁电压及强励顶值电压分别折算到励磁机的励磁电流侧，再进行相应的计算。保护动作于解列灭磁。

第三步搭建电力系统仿真模型。从电磁暂态仿真软件的模型库中选择发电机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块等搭建电气系统一次仿真模型，如图3所示。

其中CB1、CB2、CB3、CB4、CB5为断路器模块，TC为电流互感器模块、TV为电压互感器模块、G为发电机模块、M为电动机模块、Z为阻抗负荷模块。

第四步搭建过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型。按照实际励磁调节器型号的电压控制主环的框图，搭建励磁调节器的电压控制主环的仿真模型，如图4所示，其中输入为发电机机端电压UT、电流测量信号IT(无功输入信号QT、有功输入信号PT，转速偏差信号Δω由电压UT和电流IT计算得出)，其输出Uf接到发电机模块的转子端。失磁保护的输入为发电机机端电压、电流测量信号，输出控制断路器的分合状态。

第五步进行过励限制和过流保护配合动态评估。按照实际定值设置过流保护，按照实际控制参数设置励磁调节器电压控制主环、电力系统稳定器、过励限制控制辅环的参数。设置各仿真环节的初始值，设置仿真流程控制参数，首先不投入励磁过励限制功能，进行系统扰动仿真计算，扰动为励磁调节器电压给定UTsetpoint的升高等，调整扰动的大小，确保过流保护出口动作，此时可以确定扰动量的大小。然后投入励磁过励限制功能，再做同等程度的扰动，如果过励限制器有效发挥作用，过流保护没有出口动作跳开关，就可认为过励限制和过流保护配合满足要求。如果过流保护仍然出口动作跳开关，可通过调整过励限制器参数或过流保护的参数后再进行上述仿真试验，直至满足要求。至此，完成过励限制和过流保护配合动态评估工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种过励限制和过流保护动态配合评估方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于电磁暂态仿真方法，根据励磁调节器的控制模型框图搭建各型励磁调节器的模型库；所述模型库包括机端电压控制主环的仿真模型、电力系统稳定器仿真模型、过励限制器的仿真模型；

步骤2，基于电磁暂态仿真方法，根据发变组转子过流保护的动作逻辑原理图搭建各型发变组转子过流保护的动作逻辑模型库；

步骤3，基于电磁暂态仿真方法搭建电气一次系统仿真模型；所述电气一次系统仿真模型包括由发电机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块仿真得到的相应模型；

步骤4，根据实际需要评估的励磁调节器型号和发变组保护型号，从步骤1和步骤2搭建的模型库中选出相应模型和步骤3搭建的电气一次系统仿真模型共同构成过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型：所述过流保护的动作逻辑模型库中过流保护模型的输入机端电压和电流信号由互感器的二次取得，输入转子电流信号由励磁变高压侧电流互感器的二次取得，过流保护的动作出口信号控制断路器模型的开合状态；所述励磁调节器的模型库中励磁调节器模型输入机端电压和电流信号由互感器的二次取得，输出控制信号接发电机转子；

步骤5，基于所述过励限制和过流保护配合动态评估的仿真计算模型进行过励限制和过流保护配合动态评估，包括：

按照实际定值设置过流保护，按照实际控制参数设置励磁调节器电压控制主环、电力系统稳定器、过励限制控制辅环的参数；

设置各仿真环节的初始值，设置仿真流程控制参数；

在不投入励磁过励限制功能的情况下，进行系统扰动仿真计算，调整扰动的大小，确保过流保护出口动作，确定扰动量的大小；其中，所述扰动为电网输电线路接地故障或励磁调节器电压给定的升高；

投入励磁过励限制功能，做同等程度的扰动，若过励限制器有效发挥作用，过流保护没有出口动作跳开关，判定过励限制和过流保护配合满足要求；若过流保护仍然出口动作跳开关，则调整过励限制器参数或过流保护的参数后再进行上述仿真试验，直至满足要求，至此，完成过励限制和过流保护配合动态评估工作。

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