CN110868119A - 一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，属于电力调度控制的技术领域。本发明的调节方法基于由“上/下位机、励磁系统、变送器、主变低压侧电压互感器和发变组”构成的抽水蓄能机组电压控制环结构，具体过程包括了判断机组稳态工况、励磁系统控制发电机定子电压与上位机的电压设定值保持一致、判断机组是否处于暂态工况、维持励磁系统在暂态工况下发电机的定子电压稳定、或者主变低压侧的电压值作为发电机的定子电压反馈给励磁系统维持定子电压稳定的步骤。利用本发明方法，可以作为现有发电机无功控制功能的备用控制手段，避免现有机组中主用无功控制环一旦故障后机组需要停机问题，稳定电力生产。

Description

一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法

技术领域

本发明涉及电力调度控制的技术领域，具体的是一种用在蓄能机组上的电压控制方法。

背景技术

抽水蓄能机组在电网中起着调频调相、削峰填谷、事故备用，稳定电力系统电压、周波，和保证其他发电机组运行效率的重要作用，在现代区域智能电网中，配备一定比例的抽水蓄能机组已经成为必须，抽水蓄能机组的调峰调频质量，将直接影响到电网的安全稳定经济运行和用户侧的电能质量。监控系统下位机是抽水蓄能机组运行控制的核心系统之一，它实现蓄能机组各工况的流程控制、信号监测、报警跳机、与上位机及各其他系统通信，并根据值班员或调度员指令或既定逻辑来控制机组频率、功率和电压。而下位机实现的核心功能之一就是运行抽水蓄能机组全状态定子电压调节策略，承接上级命令，下发电压指令至励磁系统，以此实现定子电压在需要的区间内。

现有的抽水蓄能机组的电压是通过无功控制环的策略实现的，该无功控制环的相应电气硬件通常被整合在发电机组的励磁系统内，并设有弱电电子线路对设备进行智能化监控。无功控制策略，就是以无功功率作为被控对象，通过无功功率和电压的物理关系，实现机组无功输出和电压的稳定。但是，当该无功控制环出现缺陷时(比如无功测量出现故障)，整个机组将无法避免出现故障停机、无功超调的严重后果，造成严重的生产安全事故和经济损失。

发明内容

为解决背景技术中一个或者多个问题，本发明提出一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，具体技术方案如下：

一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，该方法是基于抽水蓄能机组电压控制环进行的，运行该方法的抽水蓄能机组电压控制环由上位机、下位机、具有信息反馈卡的励磁系统、发变组、变送器和主变低压侧电压互感器组成，其中励磁系统还具有主用/备用励磁通道；该方法包括以下步骤：

S1.抽水蓄能机组下位机监控机组并网时是否处于稳态工况并上报上位机；若否，则执行步骤S3；若是，则上位机根据下位机上报的状态数据设置定子电压设定值；

S2.下位机接收上位机下发的定子电压设定值、励磁系统反馈其内部发变组定子电压设定值，然后计算两者的差值，下位机根据差值给励磁系统下发加/减励磁的指令，使励磁系统的定子电压设定值与定子电压设定值保持一致，然后励磁系统控制的发变组定子电压与上位机的定子电压设定相同；

S3.下位机监测机组并网时是否处于发电到转换停机或者抽水调相到抽水的工况，并将监测数据传送给上位机；若否，则执行步骤S7；若是，则执行步骤S4；

S4.下位机接收励磁系统反馈的发变组定子电压设定值、变送器反馈的主变低压侧电压互感器的主变低压侧电压值，并计算两者的差值，然后根据差值对励磁系统发出加/减励磁的指令，使得励磁系统控制的发变组定子电压与主变低压侧电压保持一致；

S5.在步骤S4的基础上，若下位机检测到励磁系统反馈的发变组定子电压设定值不能与主变低压侧电压值保持一致，则下位机判断励磁系统主用励磁通道的定子电压控制功能为故障状态，然后执行步骤S6；

S6.下位机接收励磁系统所控制的发变组定子电压设定值，并将该定子电压设定值作为上位机的定子电压设定值返回给励磁系统，励磁系统启用备用励磁通道根据定子电压设定值控制发变组的定子电压，以维持发变组的定子电压不变；

S7.下位机监测机组并网时是否处于转换停机到空载、转换停机到抽水调相、抽水到转换停机、转换停机到拖动其中任意一种的工况，并将监测数据传送给上位机；若否，说明机组处于稳态工况，则机组返回S2；若是，则执行步骤S8；

S8.下位机接收变送器反馈的主变低压侧电压、励磁系统反馈的发变组定子电压设定值值，并将当前发变组的定子电压设定值作为新的上位机定子电压设定值，直接下发给励磁系统，励磁系统根据该定子电压设定值来控制发变组的定子电压以维持稳定。

进一步地，步骤S1中的稳态工况，是指机组处于发电、抽水、抽水调相、发电调相其中任意一个工作状态。

进一步地，在步骤S2中更具体的过程为：

S21.下位机接收步骤S1中上位机设置的定子电压设定值，同时下位机接收励磁系统反馈的发变组当前定子电压设定值；

S22.下位机计算上位机定子电压设定值与发变组当前定子电压设定值的差值；

S23.下位机根据差值对励磁系统下发加/减励磁，驱动励磁系统主用励磁通道控制发变组定子电压，直到励磁系统反馈的发变组定子电压与定子电压设定值差值为零，说明发变组定子电压与上位机定子电压设定值保持一致。

进一步地，步骤S4中更具体的过程为：

S41.下位机接收励磁系统反馈的发变组定子电压设定值和变送器反馈的主变低压侧电压值；

S42.下位机计算S41中两个电压值的差值，并根据差值对励磁系统发出加/减励磁的指令；

S43.在加/减励磁指令的作用下，励磁系统主用励磁通道不断调整发变组定子电压，直到发变组定子电压与主变低压侧电压值保持一致。

进一步地，在步骤S5中，在步骤S4的基础上，当励磁系统在加/减励磁指令的作用下，下位机接收到的励磁系统反馈的定子电压设定值没有发生改变时，说明励磁系统的主用励磁通道没有正确控制发变组的定子电压，此时判断励磁系统主用励磁通道的电压控制出现故障。

进一步地，在步骤S6中，下位机以在检测到励磁系统主用励磁通道故障前励磁系统控制的定子电压作为上位机定子电压设定值。

进一步地，在步骤S8中更具体的过程为：

S81.下位机监测励磁系统反馈主用励磁通道是否故障；若故障，则启用备用励磁通道，然后执行步骤S82；若无故障，则直接执行步骤S82；

S82.下位机接收励磁系统反馈的发变组定子电压设定值，并将该发变组电压设定值作为上位机定子电压设定值返回给励磁系统，励磁系统根据设定值控制发变组的定子电压以保持机组运行稳定。

本发明的抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，相比现有的只用一个无功控制环的蓄能机组的工况调节方法，其有益效果在于：

本发明的方法，作为备用的控制手段，弥补了大部分抽水蓄能电厂只有无功控制策略而没有电压控制策略的不足。电压控制策略作为快速简单的控制方式，可作为无功控制环故障后的备用控制环，在当蓄能机组原有的主用无功控制失效后，能根据具体的工况，及时稳定住发电机定子的电压，稳定发电机的运行，避免故障停机、无功超调的严重后果，确保电力系统的生产安全。

附图说明

图1为本发明方法的其中一种流程图；

图2为图1中方法对应的系统运作原理框图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。为更好说明实施例，附图某些部件或者步骤会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸或者组份或者方法。对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构或者步骤及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例，以制备方法和组分相结合的方式，对本发明的技术方案做进一步的说明。

结合图1与图2所示，抽水蓄能机组的电压控制环由上位机、下位机、变送器、主变低压侧电压互感器(PT)、发变组、励磁系统组成。励磁系统内含有向下位机反馈设备运行情况的信息反馈卡，信息反馈卡对下位机的数据反馈是实时进行的。励磁系统还设置有主用励磁通道和备用励磁通道用于向发变组的放电机定子进行励磁操作，以保证励磁系统给原有的发变组的发电机定子加/减电压的结构故障时，仍有备用励磁通路可独立实现其功能。在抽水蓄能机组电压控制环中，为了判断机组所处的工况，发变组、变送器和励磁系统内的一些开关状态、刀闸状态、阀门状态、保护系统、辅机状态和电气量(包括功率、电压、频率、电流等)的相关数据，均会反馈到下位机中，再汇报给上位机进行判断。

本抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，具体步骤包括：

第一步，抽水蓄能机组的下位机分别接收机组的主要开关、刀闸、阀门、保护系统、辅机和机组本身电气量(包括功率、电压、频率、电流等)的状态数据并向上位机汇报；下位机根据所监控到的状态数据，判断机组在并网时是否处于发电、抽水、抽水调相、发电调相这四个稳态工况其中的任意一个；若是，则执行第二步；若否，则执行第三步。

第二步，调控发变组定子电压；

第一小步，上位机根据程序指令以及下位机监测的状态数据，设置定子电压设定值，并下发给下位机，下位机接收励磁系统反馈的其当前所控制的发变组定子电压，即励磁系统的发变组定子电压设定值；

第二小步，下位机计算前述两个电压值的差值，并根据差值下发加/减励磁指令，启动主用励磁通道对发变组定子的电压进行下一小步的控制操作；

第三小步，励磁系统反馈发变组当前的定子电压，下位机计算当前定子电压与上位机定子电压设定值的差值，直到差值为零才停止下发加/减励磁指令，使得发变组的定子电压与上位机定子电压设定值保持一致。

第三步，下位机分别接收变送器反馈的主变低压侧电压值、励磁系统反馈的发变组定子电压设定值，并判断机组是否处于发电到转换停机、抽水调相到抽水工况其中的一个，上报情况到上位机；若是，则执行第四步；若否，则执行第七步。

第四步，调控发变组定子电压；

第一小步，下位机根据反馈的主变低压侧电压值和发变组定子电压设定值，计算两者的差值；

第二小步，下位机根据差值，对励磁系统下发加/减励磁指令；

第三小步，励磁系统通过主用励磁通道，在指令的调节下控制发变组定子电压；励磁系统实时向下位机反馈当前所控制的定子电压值，直到与主变低压侧电压值的差值为零，以保持发变组定子电压与主变低压侧电压一致。

第五步，在第四步的第三小步的基础上，若在下位机下发加/减励磁指令后，励磁系统反馈所控制的当前发变组定子电压没有变化，说明励磁系统的主用励磁通道故障，那么执行第六步；若第四步的第三小步能正确执行，则机组结束调节过程，保持当前状态直到出现新的工况，再进入下一轮调节。

第六步，下位机接收励磁系统在主用励磁通道出现故障前所控制的定子电压设定值，并将该电压设定值作为上位机定子电压设定值返回给励磁系统，同时下发启用备用励磁通道的指令，由备用励磁通道控制发变组定子电压与定子电压设定值保持一致。

第七步，下位机监控机组是否处于转换停机到空载、转换停机到抽水调相、抽水到转换停机、转换停机到拖动四种工况的其中任意一种，上报数据到上位机；若否，说明机组处于稳态工况，则机组回到第二步；若是，则执行第八步。

第八步，调节定子电压；

第一小步，下位机监测励磁系统反馈主用励磁通道是否故障；若是，则启用备用励磁通道，然后执行第二小步；若否，只直接执行第二小步；

第二小步，下位机接收励磁系统反馈的、在出现暂态工况前的发变组定子电压设定值，将该发变组定子电压设定值作为上位机定子电压设定值直接返回给励磁系统，以使励磁系统控制发变组定子电压保持不变。

利用本抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，弥补了大部分抽水蓄能电厂只有无功控制策略而没有电压控制策略的不足。电压控制策略作为快速简单的控制方式，可作为无功控制环故障后的备用控制环。当蓄能机组原有的主用无功控制环失效，或即使主变电压反馈故障后，本方法能及时启用电压控制环来设定下位机的电压值跟随励磁系统，从而稳定住发电机定子的电压，稳定发电机的运行，避免故障停机、无功超调的严重后果，确保电力系统的生产安全。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，所述方法基于抽水蓄能机组电压控制环进行，所述抽水蓄能机组电压控制环由上位机、下位机、具有信息反馈卡的励磁系统、发变组、变送器和主变低压侧电压互感器组成，其中励磁系统还具有主用/备用励磁通道；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1.抽水蓄能机组下位机监控机组并网时是否处于稳态工况并上报上位机；若否，则执行步骤S3；若是，则上位机根据下位机上报的数据设置定子电压设定值；

S2.下位机接收上位机下发的定子电压设定值、励磁系统反馈其内部发变组定子电压设定值，然后计算两者的差值，下位机根据差值给励磁系统下发加/减励磁的指令，使励磁系统的定子电压设定值与定子电压设定值保持一致，然后励磁系统控制的发变组定子电压与上位机的定子电压设定相同；

S3.下位机监测机组并网时是否处于发电到转换停机或者抽水调相到抽水的工况，并将监测数据传送给上位机；若否，则执行步骤S7；若是，则执行步骤S4；

S4.下位机接收励磁系统反馈的发变组定子电压设定值、变送器反馈的主变低压侧电压互感器的主变低压侧电压值，并计算两者的差值，然后根据差值对励磁系统发出加/减励磁的指令，使得励磁系统控制的发变组定子电压与主变低压侧电压保持一致；

S5.在步骤S4的基础上，若下位机检测到励磁系统反馈的发变组定子电压设定值不能与主变低压侧电压值保持一致，则下位机判断励磁系统主用励磁通道的定子电压控制功能为故障状态，然后执行步骤S6；

S6.下位机接收励磁系统所控制的发变组定子电压设定值，并将该定子电压设定值作为上位机的定子电压设定值返回给励磁系统，励磁系统启用备用励磁通道根据定子电压设定值控制发变组的定子电压，以维持发变组的定子电压不变；

S7.下位机监测机组并网时是否处于转换停机到空载、转换停机到抽水调相、抽水到转换停机、转换停机到拖动其中任意一种的工况，并将监测数据传送给上位机；若否，说明机组处于稳态工况，则机组返回S2；若是，则执行步骤S8；

S8.下位机接收变送器反馈的主变低压侧电压、励磁系统反馈的发变组定子电压设定值值，并将当前发变组的定子电压设定值作为新的上位机定子电压设定值，直接下发给励磁系统，励磁系统根据该定子电压设定值来控制发变组的定子电压以维持稳定。

2.根据权利要求1所述抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，其特征在于：步骤S1中的稳态工况，是指机组处于发电、抽水、抽水调相、发电调相其中任意一个工作状态。

3.根据权利要求1所述抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，其特征在于，在步骤S2中更具体的过程为：

S21.下位机接收步骤S1中上位机设置的定子电压设定值，同时下位机接收励磁系统反馈的发变组当前定子电压设定值；

S22.下位机计算上位机定子电压设定值与发变组当前定子电压设定值的差值；

S23.下位机根据差值对励磁系统下发加/减励磁，驱动励磁系统主用励磁通道控制发变组定子电压，直到励磁系统反馈的发变组定子电压与定子电压设定值差值为零，说明发变组定子电压与上位机定子电压设定值保持一致。

4.根据权利要求1所述抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，其特征在于，步骤S4中更具体的过程为：

S41.下位机接收励磁系统反馈的发变组定子电压设定值和变送器反馈的主变低压侧电压值；

S42.下位机计算S41中两个电压值的差值，并根据差值对励磁系统发出加/减励磁的指令；

S43.在加/减励磁指令的作用下，励磁系统主用励磁通道不断调整发变组定子电压，直到发变组定子电压与主变低压侧电压值保持一致。

5.根据权利要求1所述抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，其特征在于：在步骤S5中，在步骤S4的基础上，当励磁系统在加/减励磁指令的作用下，下位机接收到的励磁系统反馈的定子电压设定值没有发生改变时，说明励磁系统的主用励磁通道没有正确控制发变组的定子电压，此时判断励磁系统主用励磁通道的电压控制出现故障。

6.根据权利要求1所述抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，其特征在于：在步骤S6中，下位机以在检测到励磁系统主用励磁通道故障前励磁系统控制的定子电压作为上位机定子电压设定值。

7.根据权利要求1-6所述抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法，其特征在于，在步骤S8中更具体的过程为：

S81.下位机监测励磁系统反馈主用励磁通道是否故障；若故障，则启用备用励磁通道，然后执行步骤S82；若无故障，则直接执行步骤S82；

S82.下位机接收励磁系统反馈的发变组定子电压设定值，并将该发变组电压设定值作为上位机定子电压设定值返回给励磁系统，励磁系统根据设定值控制发变组的定子电压以保持机组运行稳定。

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