CN109936148B - 一种发电机组无功电流补偿率的测量方法及在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机组无功电流补偿率的测量方法及在线监测系统。现有的测量方法都会干扰机组正常运行，存在一定的试验风险，无法做到非侵入式无扰动测量，无法用于对发电机组无功电流补偿率的持续在线监测。本发明的测量方法包括：监测发电机组并网运行状态，判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；测量获取同一稳态运行时刻的发电机组电气量及控制变量；利用发电机组额定参数和基准值计算机组电气量和控制变量的标幺值；根据机组励磁控制系统开环传递函数计算励磁控制开环稳态增益；根据无功电流补偿率计算公式计算发电机组无功电流补偿率。本发明实现了发电机组无功电流补偿率的非侵入式无扰动测量，为发电机组无功电流补偿系数的快速校核与无功电流补偿率在线监测提供了解决方案。

Description

一种发电机组无功电流补偿率的测量方法及在线监测系统

技术领域

本发明属于发电机组无功电流补偿技术领域，具体地说是一种发电机组无功电流补偿率的测量方法及在线监测系统。

背景技术

无功电流补偿器(又称调差环节)是自动励磁调节器(AVR)中的重要辅环之一，用来补偿有单元发电机组升压变的无功损耗或者用于机端直接并联机组间的无功电压稳定运行。随着特高压直流大量投运和新能源发电高渗透率趋势的迅猛发展，无功电压稳定问题已在部分地区显现，需要进一步准确掌握发电机组无功电压调节特性，充分发挥发电机组无功支撑能力。因此有必要对发电机组无功电流补偿器进行校核和在线监测，以掌握准确的发电机组无功电压控制特性及其模型。

根据国标GB/T 7409.1-2008对无功电流补偿率的定义，无功电流补偿率可通过电压调差率减去自然电压调差率得到。而目前工程中，根据国标GB/T 7409.3-2007的要求机组电压静差率应不大于±1％，因此一般可认为电压调差率等于无功电流补偿率。电压调差率校核是励磁系统建模的重要环节之一，DL/T 1167-2012同步发电机励磁系统建模导则中给出了2种电压调差率的测量方法，方法1需要进行甩负荷试验，方法2需要临近机组配合，都需要特定的试验才能进行测量。专利CN201810372829公开了一种用于测量发电机电压调差率的方法及系统，给出了一种利用电压阶跃试验进行发电机电压调差率测量的方法，现场实践中还有通过改变无功电流补偿系数设定，进行无功电流补偿率(电压调差率)测量的方法。但上述方法都会干扰机组正常运行，存在一定的试验风险，无法做到非侵入式无扰动测量，无法用于对发电机组无功电流补偿率的持续在线监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种发电机组无功电流补偿率的测量方法及在线监测系统，以实现发电机组无功电流补偿率的非侵入式无扰动测量，为发电机组无功电流补偿系数的快速校核与无功电流补偿率在线监测提供解决方案。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种发电机组无功电流补偿率的测量方法，该方法包括：

监测发电机组并网运行状态，判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；

测量获取同一稳态运行时刻的发电机组电气量及控制变量；

利用发电机组额定参数和基准值计算机组电气量和控制变量的标幺值；

根据机组励磁控制系统开环传递函数F(s)计算励磁控制开环稳态增益Kz；

根据无功电流补偿率计算公式计算发电机组无功电流补偿率。

优选地，所述无扰动稳定运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定不变、励磁电压稳定不变、有功功率稳定不变和无功功率稳定不变。

优选地，所述发电机组电气量及控制变量包括：机端电压Ut、发电机组AVR电压给定值Uref、励磁电压Uf和无功功率Qt。

优选地，所述发电机组额定和基准值包括：发电机容量Sn、额定电压Un和励磁电压基准值Ufb；

所述发电机组电气量与控制变量的标幺值计算公式如下：

优选地，所述励磁控制系统开环传递函数包括PID控制环节、移相增益环节和功率控制环节；

所述PID控制环节为串联PID或并联PID，

所述励磁控制开环稳态增益Kz计算公式如下：

Kz＝F(s)|_s→0。

优选地，所述无功电流补偿率计算公式根据AVR电压给定叠加点的输入输出平衡原则构建，具体计算公式如下：

根据本发明的另一个方面，提供一种发电机组无功电流补偿率的在线监测系统，该在线监测系统包括：

发电机组并网运行状态及电气与控制变量在线监测模块，用于实时监测发电机组并网运行状态及电气与控制变量；

发电机组及励磁控制系统模型参数库，提供发电机组及励磁控制系统的模型参数；

无扰动稳定运行状态在线判断模块，用于判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；

发电机组电气量与控制变量的标幺值、励磁控制系统开环稳态增益以及无功电流补偿率的在线计算模块。

优选地，所述并网运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值、PSS输出、机端电压、励磁电压、有功功率和无功功率；

所述无扰动稳定运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定不变、励磁电压稳定不变、有功功率稳定不变和无功功率稳定不变；

优选地，所述发电机组电气量及控制变量包括：

机端电压Ut、AVR电压给定值Uref、励磁电压Uf和无功功率Qt。

优选地，所述发电机组及励磁控制系统模型参数库包括：

所述发电机组的额定参数和基准值、励磁控制系统开环传递函数F(s)；

所述发电机组额定参数和基准值包括发电机容量Sn、额定电压Un和励磁电压基准值Ufb；

所述励磁控制系统开环传递函数F(s)包括：PID控制环节、移相增益环节和功率控制环节；所述PID控制环节为串联PID或并联PID；

所述电气量与控制变量的标幺值计算公式如下：

所述励磁控制开环稳态增益Kz的计算公式如下：

Kz＝F(s)|_s→0；

所述无功电流补偿率计算公式如下：

本发明具有的有益效果如下：本发明实现了发电机组无功电流补偿率的非侵入式无扰动测量，为发电机组无功电流补偿系数的快速校核与无功电流补偿率在线监测提供了解决方案。

附图说明

图1是根据发明实施方式提供的发电机组无功电流补偿率测量方法流程图；

图2是本发明涉及的发电机组无功电流补偿率在线监测系统的总体架构示意图；

图3是现场拍摄的自动励磁调节器采集的稳态电气量显示图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图来对本发明进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和变更，都落入本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本发明的一种发电机组无功电流补偿率的测量方法包括：监测发电机组并网运行状态，判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；测量获取同一稳态运行时刻的发电机组电气量及控制变量，利用发电机组额定参数和基准值计算机组电气量和控制变量的标幺值，根据机组励磁控制系统开环传递函数计算的励磁控制开环稳态增益Kz，根据无功电流补偿率计算公式计算发电机组无功电流补偿率。本发明的实施方式基于监测数据实现发电机组无功电流补偿率的测量，监测数据可通过励磁调节器面板直接读取，也可通过监测系统在线获得，实施过程无需特殊试验，简单有效。

本发明的实施方式提供的发电机组无功电流补偿率测量方法，从步骤101处开始，在步骤101中，监测发电机组并网运行状态，判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；其中无扰动稳定运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定不变、励磁电压稳定不变、有功功率稳定不变、无功功率稳定不变。

在步骤102中，测量获取同一稳态运行时刻的发电机组电气量及控制变量，包括机端电压Ut、自动励磁调节器(AVR)电压给定值Uref、励磁电压Uf、无功功率Qt。

在步骤103中，利用发电机容量Sn、额定电压Un、励磁电压基准值Ufb计算机组电气量和控制变量的标幺值，具体计算公式如下：

在步骤104中，根据PID控制环节、移相增益环节、功率控制环节组成的机组励磁控制系统开环传递函数F(s)计算的励磁控制开环稳态增益Kz，其中PID控制环节可以使串联PID也可以是并联PID。励磁控制开环稳态增益Kz计算公式如下：

Kz＝F(s)|_s→0。

在步骤105中，根据AVR电压给定叠加点的输入输出平衡原则构建如下无功电流补偿率计算公式，计算发电机组无功电流补偿率。

以下举例说明本发明的实施方式。

以图3某660MW火电机组现场拍摄的自动励磁调节器采集的现场稳态电气量显示为例说明无功电流补偿率测量方法。图中显示了励磁调节器测得的机端电压、机端电流、励磁电流、励磁电压、有功功率、无功功率、频率、AVR电压给定值的实测信息。

本发明的实施方式之一种发电机组无功电流补偿率的测量方法步骤如下：

步骤1：观察发电机组处于并网无扰动稳定运行状态，发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定、励磁电压稳定、有功功率稳定、无功功率稳定。

步骤2：通过励磁调节器测量获取同一稳态运行时刻的发电机组电气量及控制变量，包括机端电压Ut、自动励磁调节器(AVR)电压给定值Uref、励磁电压Uf、无功功率Qt，如图3所示。

步骤3：利用发电机容量Sn、额定电压Un、励磁电压基准值Ufb计算机组电气量和控制变量的标幺值，具体计算公式如下：

步骤4：根据励磁控制系统中PID控制环节、移相增益环节、功率控制环节组成的机组励磁控制系统开环传递函数F(s)，按如下公式计算的励磁控制开环稳态增益Kz。当PID控制环节是并联PID时，Kz为无穷大。

Kz＝F(s)|_s→0。

步骤5：根据如下无功电流补偿率计算公式计算发电机组无功电流补偿率，实测结果为-8.04％，调节器中设定的无功电流补偿系数为-8％。

由计算结果可知，尽管现场调节器的机组电气量和控制变量显示精度不高，本发明的实施方式测量得到发电机组无功电流补偿率与设定的无功电流补偿系数误差仍很小，证明了测量方法的有效性和鲁棒性。

实施例2

如图2所示，本发明的实施方式之一种发电机组无功电流补偿率的在线监测系统，所述系统包括：发电机组并网运行状态及电气与控制变量在线监测模块201；发电机组及励磁控制系统模型参数库202；无扰动稳定运行状态在线判断模块203；发电机组电气量与控制变量的标幺值计算模块204；励磁控制系统开环稳态增益计算模块205；无功电流补偿率的在线计算模块206。

发电机组并网运行状态及电气与控制变量在线监测模块201，实现对发电机组AVR电压给定值、PSS输出、机端电压、励磁电压、有功功率、无功功率等并网运行状态的在线监测，以及机端电压Ut、自动励磁调节器(AVR)电压给定值Uref、励磁电压Uf、无功功率Qt等发电机组电气量及控制变量的在线监测。

发电机组及励磁控制系统模型参数库202，包括发电机容量Sn、额定电压Un、励磁电压基准值Ufb等发电机组的额定参数和基准值，以及PID控制环节、移相增益环节、功率控制环节等励磁控制系统开环传递函数F(s)。

无扰动稳定运行状态在线判断模块203，实现对无扰动稳定运行状态的在线判断，具体包括发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定不变、励磁电压稳定不变、有功功率稳定不变、无功功率稳定不变。

发电机组电气量与控制变量的标幺值计算模块204，根据如下公式计算：

励磁控制系统开环稳态增益计算模块205，根据如下公式计算：

Kz＝F(s)|_s→0

无功电流补偿率计算模块206，根据如下公式计算：

Claims (5)

1.一种发电机组无功电流补偿率的测量方法，其特征在于，包括：

监测发电机组并网运行状态，判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；

测量获取同一稳态运行时刻的发电机组电气量及控制变量；

利用发电机组额定参数和基准值计算机组电气量和控制变量的标幺值；

根据机组励磁控制系统开环传递函数F(s)计算励磁控制开环稳态增益Kz；

根据无功电流补偿率计算公式计算发电机组无功电流补偿率；

所述发电机组电气量及控制变量包括：机端电压Ut、发电机组AVR电压给定值Uref、励磁电压Uf和无功功率Qt；

所述发电机组额定和基准值包括：发电机容量Sn、额定电压Un和励磁电压基准值Ufb；

所述发电机组电气量与控制变量的标幺值计算公式如下：

所述无功电流补偿率计算公式根据AVR电压给定叠加点的输入输出平衡原则构建，具体计算公式如下：

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述无扰动稳定运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定不变、励磁电压稳定不变、有功功率稳定不变和无功功率稳定不变。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述励磁控制系统开环传递函数包括PID控制环节、移相增益环节和功率控制环节；

所述PID控制环节为串联PID或并联PID，

所述励磁控制开环稳态增益Kz计算公式如下：

Kz＝F(s)|_s→0。

4.一种发电机组无功电流补偿率的在线监测系统，其特征在于，包括：

发电机组并网运行状态及电气与控制变量在线监测模块，用于实时监测发电机组并网运行状态及电气与控制变量；

发电机组及励磁控制系统模型参数库，提供发电机组及励磁控制系统的模型参数；

无扰动稳定运行状态在线判断模块，用于判断发电机组是否处于无扰动稳定运行状态；

发电机组电气量与控制变量的标幺值、励磁控制系统开环稳态增益以及无功电流补偿率的在线计算模块；

所述发电机组电气量及控制变量包括：机端电压Ut、AVR电压给定值Uref、励磁电压Uf和无功功率Qt；

所述发电机组及励磁控制系统模型参数库包括：所述发电机组的额定参数和基准值、励磁控制系统开环传递函数F(s)；

所述发电机组额定参数和基准值包括发电机容量Sn、额定电压Un和励磁电压基准值Ufb；

所述励磁控制系统开环传递函数F(s)包括：PID控制环节、移相增益环节和功率控制环节；所述PID控制环节为串联PID或并联PID；

所述电气量与控制变量的标幺值计算公式如下：

所述励磁控制开环稳态增益Kz的计算公式如下：

Kz＝F(s)|_s→0；

所述无功电流补偿率计算公式如下：

5.如权利要求4所述的在线监测系统，其特征在于，所述并网运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值、PSS输出、机端电压、励磁电压、有功功率和无功功率；

所述无扰动稳定运行状态具体包括：发电机组AVR电压给定值不变、PSS无输出、机端电压稳定不变、励磁电压稳定不变、有功功率稳定不变和无功功率稳定不变。

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