CN110061475A - 一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法，包括：采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；滤除第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率根据换流母线电压U的数值范围，将电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；在每个故障工况下，根据第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作。根据本发明实施例的技术方案，基于调相机失磁对系统不同工况下的影响，仅利用调相机无功及母线电压即可进行判断，相比于现有技术，实现成本低、可行性较强，并且能够正确、灵敏的对失磁调相机进行动作。

Description

一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法及系统。
背景技术
调相机作为一种旋转设备存在各种内外部故障，其中，失磁故障是一种较为常见的电气故障。失磁故障可造成调相机端部铁芯过热、振动加大，进而影响设备使用寿命。更重要的，失磁故障会造成系统更大的无功缺额，进一步降低系统暂态低电压，可能导致换相失败加剧甚至系统失稳，给系统的稳定运行带来安全隐患。因此，调相机的失磁保护具有重要意义。
由于调相机的失磁特征不明显，原有的发电机失磁保护判据不再适用于调相机。根据调相机失磁后存在励磁低电压和逆无功的特点，目前常用的调相机失磁保护判据多采用母线低电压、调相机励磁低电压及逆无功等判据，从部分失磁及全部失磁角度组成两段式调相机失磁保护。但现有的调相机失磁保护定值存在较大争议，对于完全失磁倒吸系统大量无功的工况不能达到速动性的要求，很难体现出调相机失磁对系统不同工况下的影响，存在失磁保护可靠性和灵敏性较低的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法及系统，旨在解决电力系统不同工况下调相机失磁保护灵敏性和可靠性较低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法，包括：采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；滤除第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率根据换流母线电压U的数值范围，将电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；在每个故障工况下，根据第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作。
进一步地，所述根据所述换流母线电压的数值范围U，将所述电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障，包括：当U≤Ue1时，为第一故障；当Ue1＜U＜Ue2时，为第二故障；当Ue2≤U＜1时，为第三故障；其中，Ue1为第一母线电压整定值，Ue2为第二母线电压整定值。Ue1和Ue2均小于1。
进一步地，所述第一母线电压整定值Ue1采用以下公式得到：其中，Qmin为所述电力系统10％小负荷下换流站所需的最小无功功率，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量。
进一步地，所述第二母线电压整定值Ue2采用以下公式得到：其中，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量，Qs为所述电力系统所需的无功补偿容量，Qm为调相机完全失磁时吸收的无功功率。
进一步地，所述在每个所述故障工况下，根据所述第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作，包括：在所述第一故障下，若且则采用第一保护动作；在所述第二故障下，若且则采用第二保护动作；在所述第三故障下，若则采用第三保护动作。
进一步地，所述采用第一保护动作，包括：失磁保护延时第一时间段切机。
进一步地，所述采用第二保护动作，包括：失磁保护延时第二时间段切机。
进一步地，所述采用第三保护动作，包括：失磁保护延时第三时间段报警。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护系统，包括：数据采集单元，用于采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；滤波单元，用于滤除第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率故障工况划分单元，用于根据换流母线电压U的数值范围，将电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；保护单元，用于在每个故障工况下，根据第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作。
进一步地，所述故障工况划分单元，还用于：当U≤Ue1时，为第一故障；当Ue1＜U＜Ue2时，为第二故障；当Ue2≤U＜1时，为第三故障；其中，Ue1为第一母线电压整定值，Ue2为第二母线电压整定值。Ue1和Ue2均小于1。
进一步地，所述第一母线电压整定值Ue1采用以下公式得到：其中，Qmin为所述电力系统10％小负荷下换流站所需的最小无功功率，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量。
进一步地，所述第二母线电压整定值Ue2采用以下公式得到：其中，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量，Qs为所述电力系统所需的无功补偿容量，Qm为调相机完全失磁时吸收的无功功率。
进一步地，所述保护单元，包括：第一保护单元，用于在所述第一故障下，若且则采用第一保护动作；第二保护单元，用于在所述第二故障下，若且则采用第二保护动作；第三保护单元，用于在所述第三故障下，若则采用第三保护动作。
进一步地，所述采用第一保护动作，包括：失磁保护延时第一时间段切机。
进一步地，所述采用第二保护动作，包括：失磁保护延时第二时间段切机。
进一步地，所述采用第三保护动作，包括：失磁保护延时第三时间段报警。
本发明实施例提供了一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法及系统，基于调相机失磁对系统不同工况下的影响，仅利用调相机无功及母线电压即可进行判断，相比于现有技术，实现成本低、可行性较强，并且能够正确、灵敏的对失磁调相机进行动作。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的调相机失磁保护方法的示例性流程图；
图2为图1所示方法的一种优选实施方式的示例性流程图；
图3示出了根据本发明一实施例的直流系统与受端调相机连接拓扑图的结构示意图；
图4为图1所示方法的一种优选实施方式的示例性流程图；
图5示出了根据本发明一实施例的第一故障下受端关断角电流波形图；
图6示出了根据本发明一实施例的第一故障下受端直流电流波形图；
图7示出了根据本发明一实施例的第一故障下调相机输出无功波形图；
图8示出了根据本发明一实施例的第二故障下受端关断角电流波形图；
图9示出了根据本发明一实施例的第二故障下受端直流电流波形图；
图10示出了根据本发明一实施例的第二故障下调相机输出无功波形图；
图11示出了根据本发明一实施例的第三故障下受端关断角电流波形图；
图12示出了根据本发明一实施例的第三故障下受端直流电流波形图；
图13示出了根据本发明一实施例的第三故障下调相机输出无功波形图；
图14示出了根据本发明实施例的调相机失磁保护系统的结构示意图。
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。
图1示出了根据本发明实施例的调相机失磁保护方法的示例性流程图。
如图1所示，一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法，该方法包括：
步骤S101：采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；
步骤S102：滤除第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率
步骤S103：根据换流母线电压U的数值范围，将电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；
步骤S104：在每个故障工况下，根据第二无功功率均范围，采用与之对应的保护动作。
在本发明实施例中，换流母线电压U的数值范围可以通过计算电力系统母线电压整定值得到。换流母线电压U不同数值范围时，调相机发生失磁，对电力系统影响程度不同，即故障工况不同，因此根据不同故障工况和输出无功功率，采用不同的保护动作。
上述实施例中，基于调相机失磁对系统不同工况下的影响，仅利用调相机无功及母线电压即可进行判断，相比于现有技术，实现成本低、可行性较强，并且能够正确、灵敏的对失磁调相机进行动作。
图2为图1所示方法的一种优选实施方式的示例性流程图。
如图2所示，在一优选实施例中，步骤S103，包括：
步骤S201：当U≤Ue1时，为第一故障；
步骤S202：当Ue1＜U＜Ue2时，为第二故障；
步骤S203：当Ue2≤U＜1时，为第三故障；
其中，Ue1为第一母线电压整定值，Ue2为第二母线电压整定值。Ue1和Ue2均小于1。
进一步地，第一母线电压整定值Ue1采用以下公式得到：
其中，Qmin为电力系统10％小负荷下换流站所需的最小无功功率，Qc为电力系统的原有无功补偿总容量。
进一步地，第二母线电压整定值Ue2采用以下公式得到：
其中，Qc为电力系统的原有无功补偿总容量，Qs为电力系统所需的无功补偿容量，Qm为调相机完全失磁时吸收的无功功率。
例如，图3示出了根据本发明一实施例的直流系统与受端调相机连接拓扑图的结构示意图。如图3所示，直流系统正常运行时，500kV受端换流站所需无功Qs为2820MVar，滤波器总的无功容量Qc为3300Mvar，调相机完全失磁时吸收的无功Qm为150Mvar，直流系统10％小负荷下500kV受端换流站所需的最小无功功率Qmin为170Mvar，分别采用公式计算得到此模型下的受端500kV第一母线电压整定值Ue1、第二母线电压整定值Ue2为0.97、0.25。
上述实施例中，通过计算电力系统母线电压整定值，得到母线电压的具体数值范围，从而可以实现对电力系统故障工况的准确划分，为采取正确的失磁保护动作提供了保障。
图4为图1所示方法的一种优选实施方式的示例性流程图。
如图4所示，在一优选实施例中，步骤S104，包括：
步骤S401：当在第一故障下，若且则采用第一保护动作；
步骤S402：在第二故障下，若且则采用第二保护动作；
步骤S403：在第三故障下，若则采用第三保护动作。
进一步地，采用第一保护动作，包括：失磁保护延时第一时间段切机。
进一步地，第一时间段为1s。
例如，图5、6、7分别示出了根据本发明一实施例的第一故障下受端关断角电流波形图、受端直流电流波形图、调相机输出无功波形图。如图5、6所示，第一故障为对于母线电压跌落很大的故障，调相机失磁和正常励磁时关断角和直流电流基本相同，调相机的失磁对系统无显著影响。这是由于此种工况下直流系统的无功补偿设备出力受到了严重影响，不论调相机失磁与否，系统无功缺额都很大，使得调相机失磁对直流系统的影响十分有限。如图7所示，第一故障下，调相机失磁后的输出无功一直保持大于0，说明调相机的失磁对系统的影响较小，因此可以采用延时1s切机的失磁保护动作。
进一步地，采用第二保护动作，包括：失磁保护延时第二时间段切机。
进一步地，第二时间段为0.3s。
例如，图8、9、10分别示出了根据本发明一实施例的第二故障下受端关断角电流波形图、受端直流电流波形图、调相机输出无功波形图。如图8、9所示，第二故障为对于母线电压跌落较大的故障，调相机失磁明显将引起更大程度的换相失败，此种工况下母线电压跌落较大，无功补偿设备出力受到很大影响但不至于完全崩溃，此时调相机失磁后会造成直流更大的无功缺额，系统的关断角及直流电流波形都有明显恶化。如图10所示，第二故障下，失磁调相机在系统故障0.3s之后基本进入吸无功状态，此时的失磁保护动作应立即切机，因此，第二故障下，可以采用失磁保护延时0.3s切机的方式。
进一步地，采用第三保护动作，包括：失磁保护延时第三时间段报警。
进一步地，第三时间段为1s。
例如，图11、12、13分别示出了根据本发明一实施例的第三故障下受端关断角电流波形图、受端直流电流波形图、调相机输出无功波形图。如图11、12所示，第三故障为对于母线电压变化不大的故障，调相机失磁和正常励磁时的关断角和直流电流变化也基本相同，调相机的失磁对系统影响不大。这是由于此种工况下母线电压有小范围降低，直流控制系统能迅速作用使系统恢复稳态，无功补偿设备所受影响很小。即使调相机失磁后进入最大进相深度，对直流系统的影响也不大。如图13所示，第三故障下，调相机的失磁对系统影响不大，可以采用延时1s报警的失磁保护动作出口方式。
上述实施例中，在不同故障工况下，结合调相机的输出无功功率，对失磁故障进行判断，提高了失磁故障判断的准确性；同时，基于判断结果，采用对应的失磁保护方式，提高了失磁保护的可靠性和正确性。
图14示出了根据本发明实施例的调相机失磁保护系统的结构示意图。图14所示的系统可对应执行图1所示的方法。
如图14所示，在本实施例中，本发明还提供一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护系统，包括：
数据采集单元1401，用于采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；
滤波单元1402，用于滤除第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率
故障工况划分单元1403，用于根据换流母线电压U的数值范围，将电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；
保护单元1404，用于在每个故障工况下，根据第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作。
上述实施例中，调相机失磁保护系统，通过基于调相机失磁对系统不同工况下的影响，仅利用调相机无功及母线电压即可进行判断，相比于现有技术，实现成本低、可行性较强，并且能够正确、灵敏的对失磁调相机进行动作。
进一步地，故障工况划分单元1403，还用于：
当U≤Ue1时，为第一故障；
当Ue1＜U＜Ue2时，为第二故障；
当Ue2≤U＜1时，为第三故障；
其中，Ue1为第一母线电压整定值，Ue2为第二母线电压整定值。Ue1和Ue2均小于1。
进一步地，第一母线电压整定值Ue1采用以下公式得到：
其中，Qmin为电力系统10％小负荷下换流站所需的最小无功功率，Qc为电力系统的原有无功补偿总容量。
进一步地，第二母线电压整定值Ue2采用以下公式得到：
其中，Qc为电力系统的原有无功补偿总容量，Qs为电力系统所需的无功补偿容量，Qm为调相机完全失磁时吸收的无功功率。
上述实施例中，调相机失磁保护系统，通过计算电力系统母线电压整定值，得到母线电压的具体数值范围，从而可以实现对电力系统故障工况的准确划分，为采取正确的失磁保护动作提供了保障。
进一步地，保护单元1404，包括：
第一保护单元1405，用于在第一故障下，若且则采用第一保护动作；
第二保护单元1406，用于在第二故障下，若且则采用第二保护动作；
第三保护单元1407，用于在第三故障下，若则采用第三保护动作。
进一步地，采用第一保护动作，包括：失磁保护延时第一时间段切机。
进一步地，第一时间段为1s。
进一步地，采用第二保护动作，包括：失磁保护延时第二时间段切机。
进一步地，第二时间段为0.3s。
进一步地，采用第三保护动作，包括：失磁保护延时第三时间段报警。
进一步地，第三时间段为1s。
上述实施例中，失磁保护系统，在不同故障工况下，结合调相机的输出无功功率，对失磁故障进行判断，提高了失磁故障判断的准确性；同时，基于判断结果，采用对应的失磁保护方式，提高了失磁保护的可靠性和正确性。
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 (16)

1.一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护方法，其特征在于，所述方法包括：
采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；
滤除所述第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率
根据所述换流母线电压U的数值范围，将所述电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；
在每个所述故障工况下，根据所述第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述换流母线电压的数值范围U，将所述电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障，包括：
当U≤Ue1时，为第一故障；
当Ue1＜U＜Ue2时，为第二故障；
当Ue2≤U＜1时，为第三故障；
其中，Ue1为第一母线电压整定值，Ue2为第二母线电压整定值。Ue1和Ue2均小于1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一母线电压整定值Ue1采用以下公式得到：
其中，Qmin为所述电力系统10％小负荷下换流站所需的最小无功功率，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二母线电压整定值Ue2采用以下公式得到：
其中，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量，Qs为所述电力系统所需的无功补偿容量，Qm为调相机完全失磁时吸收的无功功率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在每个所述故障工况下，根据所述第二无功功率的范围，采用与之对应的保护动作，包括：
在所述第一故障下，若且则采用第一保护动作；
在所述第二故障下，若且则采用第二保护动作；
在所述第三故障下，若则采用第三保护动作。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采用第一保护动作，包括：
失磁保护延时第一时间段切机。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用第二保护动作，包括：
失磁保护延时第二时间段切机。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用第三保护动作，包括：
失磁保护延时第三时间段报警。
9.一种基于对系统影响程度的调相机失磁保护系统，其特征在于，所述系统包括：
数据采集单元，用于采集调相机输出的第一无功功率Q和电力系统的换流母线电压U；
滤波单元，用于滤除所述第一无功功率Q的基频分量得到第二无功功率故障工况划分单元，用于根据所述换流母线电压U的数值范围，将所述电力系统的故障工况划分为第一故障、第二故障和第三故障；
保护单元，用于在每个所述故障工况下，根据所述第二无功功率的范围.采用与之对应的保护动作。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述故障工况划分单元，还用于：
当U≤Ue1时，为第一故障；
当Ue1＜U＜Ue2时，为第二故障；
当Ue2≤U＜1时，为第三故障；
其中，Ue1为第一母线电压整定值，Ue2为第二母线电压整定值。Ue1和Ue2均小于1。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一母线电压整定值Ue1采用以下公式得到：
其中，Qmin为所述电力系统10％小负荷下换流站所需的最小无功功率，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第二母线电压整定值Ue2采用以下公式得到：
其中，Qc为所述电力系统的原有无功补偿总容量，Qs为所述电力系统所需的无功补偿容量，Qm为调相机完全失磁时吸收的无功功率。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述保护单元，包括：
第一保护单元，用于在所述第一故障下，若且则采用第一保护动作；
第二保护单元，用于在所述第二故障下，若且则采用第二保护动作；
第三保护单元，用于在所述第三故障下，若则采用第三保护动作。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述采用第一保护动作，包括：
失磁保护延时第一时间段切机。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述采用第二保护动作，包括：
失磁保护延时第二时间段切机。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述采用第三保护动作，包括：
失磁保护延时第三时间段报警。
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