CN111426951B - 一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，包括原动机检测模块、发电机检测模块、虚拟负载模块、中控模块和显示模块。本发明通过使用虚拟负载模块对发电机组进行测试，通过中控模块控制负载模块依次选用不同量级的小干扰变动量依次对运行中的发电机组造成不同程度的小干扰，并根据发电机组受到干扰后恢复稳定所需时长以快速直观地判断发电机组的静态稳定性，提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定效率。同时，所述系统通过依次记录发电机组在不同量级负载扰动情况下恢复稳定所需的时长并统计总时长，能够有效提高所述系统检测结果的普遍性。

Description

一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统

技术领域

本发明涉及发电机组检测技术领域，尤其涉及一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统。

背景技术

电力系统稳定性是电力系统受到外界干扰后，重新恢复稳定运行状态的能力，即当原动机功率与发电机功率之间的平衡状态出现不稳定时重新恢复稳定的速率。外界干扰可能使负荷变化或出现某些事故，破坏电力系统中各同步发电机输入与输出功率的平衡，从而使各发电机出现不同程度的转速变化。外界干扰发生后，如电力系统能恢复平衡，同步运行，则此电力系统是稳定的。电力系统如不稳定，则在外界干扰后系统中各点电流、电压、各发电机输出功率会不断变化，甚至形成振荡，以致造成系统瓦解的大事故。

根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类。在分析功角稳定时，还可进一步分为以下三类：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。其中，静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二摆不失步。动态稳定是指系统受到干扰后，不发生发散振荡或持续的振荡而失步。

快速评估发电机组的稳定性是电力系统采取在线安全防控的重要前提，对发电机组的安全稳定运行具有重大意义。现有的发电机组稳定性评估方法需要获取较长时间的响应轨迹，难以满足“即测，即辨，即控”的要求，判定效率低。

发明内容

为此，本发明提供一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，用以克服现有技术中无法快速检测发电机组电力输出稳定性导致的判定效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，包括：

原动机检测模块，其包括多个检测器，各检测器分别设置在发电机组中原动机上的指定位置，用以检测发电机组中原动机输出轴的转速n和输出扭矩M_t；

发电机检测模块，其包括多个检测器，各检测器分别设置在发电机组中发电机上的指定位置，用以分别检测发电机的电流I、电压U、功角δ、同步电抗X、发电机出现小干扰时的运行温度c或发电机出现大干扰时的运行温度C以及发电机出现小干扰时的运行压强p_a或发电机出现大干扰时的运行压强P_a；当所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统对使用隐极式发电机的发电机组的稳定性进行判断时，发电机检测模块分别检测隐极式发电机的电流I、电压U、功角δ和直轴同步电抗X_d，用以精确计算隐极式发电机的运行功率；当所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统对使用凸极式发电机的发电机组的稳定性进行判断时，发电机检测模块分别检测凸极式发电机的电流I、电压U、功角δ、直轴同步电抗X_d和交轴同步电抗X_q，用以精确计算凸极式发电机的运行功率；

虚拟负载模块，其与所述发电机组的输出端相连，用以模拟用电元件运行时产生的电阻为发电机组提供负载，中控模块通过调节虚拟负载模块的电阻值以实现对发电机组负载扰动的模拟；

中控模块，其分别与上述模块相连，用以通过调节虚拟负载模块的负载值、观测发电机组回复稳定的时间以判定发电机组的电力输出稳定性；所述中控模块中设有计时器和存储单元，在存储单元中设有预设小干扰负载变动矩阵p₀和预设小干扰稳定时间t₀；对于预设小干扰负载变动矩阵p₀（p₁，p₂，p₃，p₄），其中，p₁为第一小干扰负载变动量，p₂为第二小干扰负载变动量，p₃为第三小干扰负载变动量，p₄为第四小干扰负载变动量，各负载变动量的变动幅度值按照顺序逐渐增加；对于预设小干扰稳定时间矩阵t₀（t_a，t_b，t_c，t_d），其中，t_a为第一小干扰稳定时间，t_b为第二小干扰稳定时间，t_c为第三小干扰稳定时间，t_d为第四小干扰稳定时间，各稳定时间的数值按照顺序逐渐增加；

在使用所述系统前，将各模块中的对应检测器分别设置在发电机组中的指定位置，当所述系统对发电机组的静态稳定性进行判定时，中控模块先判定所述发电机所属种类并在判定完成后控制虚拟负载模块将初始负载调节为p，调节完成后中控模块启动发电机组；中控模块在启动发电机组后根据所述发电机检测模块输送的实时检测值计算出原动机的运行功率P_t并根据所述发电机检测模块中的各检测器检测的参数值并根据发电机种类使用对应的公式实时计算出发电机的运行功率P_Eq；

当P_t=P_Eq时，中控模块控制所述虚拟负载模块改变负载，负载变动量为p₁，变动后负载值为p±p₁，当虚拟负载模块变动导致发电机功率P_Eq出现变化时，计时器开始计时，并在发电机组恢复稳定、P_t=P_Eq时记录恢复时间t₁；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为p₂，计时器记录恢复时间t₂；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为p₃，计时器记录恢复时间t₃；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为p₄，计时器记录恢复时间t₄；记录完成后，中控模块统计发电机组回复所需总时间t，t=αt₁+βt₂+γt₃+εt₄，其中，α为第一小干扰权重系数，β为第二小干扰权重系数，γ为第三小干扰权重系数，ε为第四小干扰权重系数；统计完成后，中控模块将t与t₀矩阵中的各项数值进行比对：

当t≤t_a时，中控模块判定该发电机组具有优异的静态稳定性；

当t_a＜t≤t_b时，中控模块判定该发电机组具有良好的静态稳定性；

当t_b＜t≤t_c时，中控模块判定该发电机组具有普通的静态稳定性；

当t_c＜t≤t_d时，中控模块判定该发电机组具有较差的静态稳定性；

当t＞t_d时，中控模块判定该发电机组具有极差的静态稳定性；

当所述发电机组在负载发生改变的阶段中无法恢复稳定，则中控模块判定该发电机组不具备静态稳定性。

进一步地，对于第一小干扰权重系数α，

，其中c₀为发电机组稳定运行时发电机内部的温度，c₁为发电机组内出现第一量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a1为发电机组内出现第一量级的小干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第二小干扰权重系数β，

，其中c₂为发电机组内出现第二量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a2为发电机组内出现第二量级的小干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第三小干扰权重系数γ，

，其中c₃为发电机组内出现第三量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a3为发电机组内出现第三量级的小干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第四小干扰权重系数ε，

，其中c₄为发电机组内出现第四量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a4为发电机组内出现第四量级的小干扰时发电机内部的实际大气压。

进一步地，所述存储单元中还设有预设大干扰负载变动矩阵P₀和预设大干扰稳定时间T₀；对于预设大干扰负载变动矩阵P₀（P₁，P₂，P₃，P₄），其中，P₁为第一大干扰负载变动量，P₂为第二大干扰负载变动量，P₃为第三大干扰负载变动量，P₄为第四大干扰负载变动量，各负载变动量的变动幅度值按照顺序逐渐增加；对于预设大干扰稳定时间矩阵T₀（T_a，T_b，T_c，T_d），其中，T_a为第一大干扰稳定时间，T_b为第二大干扰稳定时间，T_c为第三大干扰稳定时间，T_d为第四大干扰稳定时间，各稳定时间的数值按照顺序逐渐增加；

当所述系统对发电机组的暂态稳定性进行判定时，中控模块先判定所述发电机所属种类并在判定完成后控制虚拟负载模块将初始负载调节为P，调节完成后中控模块启动发电机组；中控模块在启动发电机组后实时检测原动机的运行功率P_t’并根据所述发电机检测模块中的各检测器检测的参数值并根据发电机种类使用对应的公式实时计算出发电机的运行功率P_Eq’；

当P_t’=P_Eq’时，中控模块控制所述虚拟负载模块改变负载，负载变动量为P₁，变动后负载值为P±P₁，当虚拟负载模块变动导致发电机功率P_Eq’出现变化时，计时器开始计时，并在发电机组恢复稳定、P_t’=P_Eq’时记录恢复时间T₁；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为P₂，计时器记录恢复时间T₂；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为P₃，计时器记录恢复时间T₃；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为P₄，计时器记录恢复时间T₄；记录完成后，中控模块统计发电机组回复所需总时间T，T=ΑT₁+ΒT₂+ΓT₃+ΕT₄，其中，Α为第一大干扰权重系数，Β为第一大干扰权重系数，Γ为第一大干扰权重系数，Ε为第一大干扰权重系数；统计完成后，中控模块将T与T₀矩阵中的各项数值进行比对：

当T≤T_a时，中控模块判定该发电机组具有优异的暂态稳定性；

当T_a＜T≤T_b时，中控模块判定该发电机组具有良好的暂态稳定性；

当T_b＜T≤T_c时，中控模块判定该发电机组具有普通的暂态稳定性；

当T_c＜T≤T_d时，中控模块判定该发电机组具有较差的暂态稳定性；

当T＞T_d时，中控模块判定该发电机组具有极差的暂态稳定性；

当所述发电机组在负载发生改变的阶段中无法恢复稳定，则中控模块判定该发电机组不具备暂态稳定性。

进一步地，对于第一大干扰权重系数Α，

，其中C₀为发电机组稳定运行时发电机内部的温度，C₁为发电机组内出现第一量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a1为发电机组内出现第一量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第二大干扰权重系数Β，

，其中C₂为发电机组内出现第二量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a2为发电机组内出现第二量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第三大干扰权重系数Γ，

，其中C₃为发电机组内出现第三量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a3为发电机组内出现第三量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第四大干扰权重系数Ε，

，其中C₄为发电机组内出现第四量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a4为发电机组内出现第四量级的大干扰时发电机内部的实际大气压。

进一步地，所述中控模块会根据预先设定的发电机种类选取对应的公式计算发电机输出的运行功率P_Eq：

当发电机为隐极式发电机时，

；

当发电机为凸极式发电机时，

；

其中E_q为发电机的空载电势，U为发电机的实际运行电压，X_d为发电机的实际直轴同步电抗，X_q为发电机的实际交轴同步电抗，δ为发电机在运行时的功角。

进一步地，所述发电机检测模块包括：

电压检测器，其两端探头分别与发电机的输入端和输出端并联，用以检测发电机的实际运行电压U；

电流检测器，其两端探头分别与发电机的输入端和输出端串联，用以检测发电机的实际运行电流I；

功角检测器，其设置在所述发电机壳体上并位于壳体设有发电机同步轴的一面，用以实时检测发电机在运行时的实际功角δ；

同步电抗检测器，其设置在所述发电机壳体上并位于壳体设有发电机同步轴的一面，用以检测发电机的实际同步电抗，包括实际直轴同步电抗和实际交轴同步电抗；

温度检测器，其设置在所述发电机壳体内壁上，用以检测发电机内部的运行温度；

气压检测器，其设置在所述发电机壳体内壁上，用以检测发电机内部的大气压；

在所述系统判定前，所述中控模块会将所述虚拟负载模块的负载值调节为0，中控模块控制发电机组启动，电压检测器检测发电机电压U₀，电流检测器检测发电机电流I₀，功角检测器检测发电机的功角δ₀，同步电抗检测器检测发电机的直轴同步电抗X_d0；各检测器检测完成后将检测值输送至中控模块，中控模块根据检测值计算发电机的空载电势E_q，

，其中，U_q0为发电机向量图中电压值U₀在q轴的投影值，U_q0=U₀*cosδ，I_d0为发电机向量图中电流I₀在d轴的投影值。

进一步地，所述原动机检测模块包括：

转速检测器，其设置在所述原动机壳体上并位于壳体设有原动机输出轴的一面，用以检测原动机输出轴转速n；

扭矩传感器，其设置在所述原动机壳体上并位于壳体设有原动机输出轴的一面，用以检测原动机输出轴的输出扭矩M_t；

当所述系统对发电机组的稳定性进行判断时，所述转速检测器会实时检测原动机输出轴的转速n，所述扭矩传感器会实时检测原动机输出轴的输出扭矩M_t，转速检测器和扭矩检测器在检测完成后会分别将原动机输出轴的转速值n和输出扭矩值M_t输送至所述中控模块，中控模块根据所述检测值计算出原动机的功率P_t，

。

进一步地，所述系统中还设有显示模块，其与所述中控模块相连，用以将系统对发电机组稳定性的判定结果显示在屏幕上。

进一步地，所述显示模块在显示判定结果时，还会显示发电机组空载时发电机的各运行参量以及中控模块在判定发电机组稳定性时记录的各项数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明以原动机和发电机之间的功率平衡为依据，通过使用虚拟负载模块对发电机组进行测试并实时检测原动机和发电机的功率，通过中控模块控制虚拟负载模块依次选用不同量级的小干扰变动量依次对运行中的发电机组造成不同程度的小干扰，并根据发电机组受到干扰后与原动机回复平衡时所需时长t以快速直观地判断发电机组的静态稳定性，提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定效率。同时，所述系统通过依次记录发电机组在不同量级负载扰动情况下恢复稳定所需的时长t₁，t₂，t₃，t₄并统计总时长t，能够有效提高所述系统检测结果的普遍性，从而进一步提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定效率。

进一步地，所述系统在判定发电机组稳定性时，使用各检测器实时检测的原动机运行参数和发电机运行参数分别对原动机实时运行功率P_t和发电机实时运行功率P_Eq，通过使用指定参数对P_t和P_Eq进行精确计算，同时还能够对发电机组的稳定状态进行实时监控，提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定精度。

进一步地，所述系统在使用虚拟负载模块对发电机组进行扰动时，使用相同量级的变动量，通过使用p±p₁的变更方式使系统在判定时使用的干扰负载具备随机性，从而使系统能够以更加多样的角度去判定发电机组的稳定性，进一步提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定效率。

进一步地，所述系统还根据发电机组在运行期间出现小干扰时对应的环境参数使用对应小干扰权重系数对统计时间t进行修正，从而使系统的判断更具有普遍性。

进一步地，所述系统还能够对发电机组的暂态稳定性进行判定，通过使用不同的扰动变量和判定时间标准能够对发电机组的暂态稳定性进行精准快速的判断，增加了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的适用范围。

进一步地，所述系统还根据发电机组在运行期间出现大干扰时对应的环境参数使用对应大干扰权重系数对统计时间t进行修正，进一步增加了系统判断的普遍性。

进一步地，所述系统采用发电机的运行功率作为判定基准，能够有效提高系统在判定时对发电机组的平衡状态检测的敏感度，从而提高了所述系统对发电机组稳定性判断的准确度，进一步提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定效率。

进一步地，所述系统还设有显示模块，在判定完成后，中控模块会将判定结果通过显示模块显示出来，从而使工作人员能够更加快速和直观的得到系统的判定结果，从而进一步提高了所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的判定效率。

进一步地，所述显示模块能够将中控模块在判定中使用的所有参数一同显示在屏幕上，在判定完成后，工作人员能够根据详细的判定结果对发电机组进行改进，从而提高了发电机组的利用率。

附图说明

图1为本发明所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的结构示意图；

图2为本发明所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的功能框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的结构示意图，包括中控模块1、原动机检测模块2、发电机检测模块3、虚拟负载模块4、显示模块5、原动机6和发电机7。其中，所述原动机检测模块2与所述中控模块1相连，用以检测原动机输出轴61的转速和输出扭矩。所述发电机检测模块3与所述中控模块1相连，用以检测发电机7的电流I、电压U、功角δ、同步电抗X、发电机出现小干扰时的运行温度c或发电机出现大干扰时的运行温度C以及发电机出现小干扰时的运行压强p_a或发电机出现大干扰时的运行压强P_a。所述虚拟负载模块4与所述中控模块1相连，用以模拟用电元件的电阻为发电机7提供负载。所述显示模块5与所述中控模块1相连，用以将系统对发电机组稳定性的判定结果显示在屏幕上。所述中控模块1分别与上述模块相连，用以通过调节所述虚拟负载模块4的负载值、观测发电机组回复稳定的时间以判定发电机组的电力输出稳定性。

在使用所述系统前，将各模块中的对应检测器设置在发电机组中的指定位置，在发电机组运行时，中控模块1会分别接收所述原动机检测模块2和发电机检测模块3中各检测器输送的原动机6运行参数和发电机7运行参数并以此计算原动机6的运行功率和发电机7的运行功率，当发电机组处于稳定运行状态时，中控模块控制虚拟负载模块4调节负载值，根据原动机6功率和发电机7功率重新回复稳定所需的时间判定发电机组的电力输出稳定性并在判定完成后通过显示模块5显示判定结果。

请继续参阅图1所示，本发明所述中控模块1包括计时器11和存储单元12。其中，所述计时器11用以记录发电机组收到扰动后恢复稳定状态所需时间。所述存储单元用以存储预设矩阵值。

请继续参阅图1所示，本发明所述原动机检测模块2包括转速检测器21和扭矩传感器22。其中，所述转速检测器21设置在所述原动机6壳体上并位于壳体设有原动机输出轴61的一面，用以检测原动机输出轴61的转速。所述扭矩传感器22设置在所述原动机6壳体上并位于壳体设有原动机输出轴61的一面，用以检测原动机输出轴61的输出扭矩。当所述系统对发电机组的稳定性进行判断时，所述转速检测器21会实时检测原动机输出轴61的转速n，所述扭矩传感器22会实时检测原动机输出轴61的输出扭矩M_t，转速检测器21和扭矩检测器22在检测完成后会分别将原动机输出轴61的转速值n和输出扭矩值M_t输送至所述中控模块1，中控模块1根据所述检测值计算出原动机6的功率P_t，

。

请继续参阅图1所示，本发明所述发电机检测模块3包括功角检测器31、同步电抗检测器32、电压检测器33、电流检测器34、温度检测器（图中未画出）和气压检测器（图中未画出）。其中，所述功角检测器31设置在所述发电机7壳体上并位于壳体设有发电机同步轴71的一面，用以实时检测发电机7在运行时的实际功角δ。

所述同步电抗检测器32设置在所述发电机7壳体上并位于壳体设有发电机同步轴71的一面，用以检测发电机7的实际同步电抗X，包括实际直轴同步电抗X_d和实际交轴同步电抗X_q。电压检测器33两端探头分别与发电机7的输入端和输出端并联，用以检测发电机的实际运行电压U。电流检测器34两端探头分别与发电机7的输入端和输出端串联，用以检测发电机的实际运行电流I。温度检测器设置在所述发电机7壳体内壁上，用以检测发电机7出现小干扰时的运行温度c或发电机7出现大干扰时的运行温度C。气压检测器设置在所述发电机7壳体内壁上，用以检测发电机7出现小干扰时的运行压强p_a或发电机7出现大干扰时的运行压强P_a。

在所述系统判定前，所述中控模块1会将所述虚拟负载模块4的负载值调节为0，中控模块1控制发电机组启动，电压检测器33检测发电机7电压U₀，电流检测器34检测发电机7电流I₀，功角检测器31检测发电机的功角δ₀，同步电抗检测器32检测发电机的直轴同步电抗X_d0；各检测器检测完成后将检测值输送至中控模块1，中控模块1根据检测值计算发电机7的空载电势E_q，，其中，U_q0为发电机向量图中电压值U₀在q轴的投影值，U_q0=U₀*cosδ，I_d0为发电机向量图中电流I₀在d轴的投影值。

请继续参阅图1所示，本发明所述显示模块5在显示判定结果时，还会显示发电机组空载时发电机7的各运行参量以及中控模块1在判定发电机组稳定性时记录的各项数据。

请参阅图2所示，其为本发明所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统的功能框图。本发明所述在存储单元12中设有预设小干扰负载变动矩阵p₀和预设小干扰稳定时间t₀；对于预设小干扰负载变动矩阵p₀（p₁，p₂，p₃，p₄），其中，p₁为第一小干扰负载变动量，p₂为第二小干扰负载变动量，p₃为第三小干扰负载变动量，p₄为第四小干扰负载变动量，各负载变动量的变动幅度值按照顺序逐渐增加；对于预设小干扰稳定时间矩阵t₀（t_a，t_b，t_c，t_d），其中，t_a为第一小干扰稳定时间，t_b为第二小干扰稳定时间，t_c为第三小干扰稳定时间，t_d为第四小干扰稳定时间，各稳定时间的数值按照顺序逐渐增加。

当所述系统对发电机组的静态稳定性进行判定时，中控模块1先判定所述发电机7所属种类并在判定完成后控制虚拟负载模块4将初始负载调节为p，调节完成后中控模块1启动发电机组；中控模块1在启动发电机组后根据所述发电机检测模块3输送的实时检测值计算出原动机6的运行功率P_t并根据所述发电机检测模块3中的各检测器检测的参数值并根据发电机7种类使用对应的公式实时计算出发电机的运行功率P_Eq。

当P_t=P_Eq时，中控模块1控制所述虚拟负载模块4改变负载，负载变动量为p₁，变动后负载值为p±p₁，当虚拟负载模块4变动导致发电机功率P_Eq出现变化时，计时器11开始计时，并在发电机组恢复稳定、P_t=P_Eq时记录恢复时间t₁；恢复稳定后，中控模块1控制虚拟负载模块4将负载变动量调节为p₂，计时器11记录恢复时间t₂；恢复稳定后，中控模块1控制虚拟负载模块4将负载变动量调节为p₃，计时器11记录恢复时间t₃；恢复稳定后，中控模块1控制虚拟负载模块4将负载变动量调节为p₄，计时器11记录恢复时间t₄；记录完成后，中控模块1统计发电机组回复所需总时间t，t=αt₁+βt₂+γt₃+εt₄，其中，α为第一小干扰权重系数，β为第二小干扰权重系数，γ为第三小干扰权重系数，ε为第四小干扰权重系数；统计完成后，中控模块将t与t₀矩阵中的各项数值进行比对：

当t≤t_a时，中控模块1判定该发电机组具有优异的静态稳定性；

当t_a＜t≤t_b时，中控模块1判定该发电机组具有良好的静态稳定性；

当t_b＜t≤t_c时，中控模块1判定该发电机组具有普通的静态稳定性；

当t_c＜t≤t_d时，中控模块1判定该发电机组具有较差的静态稳定性；

当t＞t_d时，中控模块1判定该发电机组具有极差的静态稳定性；

当所述发电机组在负载发生改变的阶段中无法恢复稳定，则中控模块1判定该发电机组不具备静态稳定性。

具体而言，对于第一小干扰权重系数α，

，其中c₀为发电组稳定运行时发电机7内部的温度，c₁为发电机组内出现第一量级的小干扰时发电机7内部的实际温度，p_a1为发电机组内出现第一量级的小干扰时发电机7内部的实际大气压；

对于第二小干扰权重系数β，

，其中c₂为发电机组内出现第二量级的小干扰时发电机7内部的实际温度，p_a2为发电机组内出现第二量级的小干扰时发电机7内部的实际大气压；

对于第三小干扰权重系数γ，

，其中c₃为发电机组内出现第三量级的小干扰时发电机7内部的实际温度，p_a3为发电机组内出现第三量级的小干扰时发电机内7部的实际大气压；

对于第四小干扰权重系数ε，

，其中c₄为发电机组内出现第四量级的小干扰时发电机7内部的实际温度，p_a4为发电机组内出现第四量级的小干扰时发电机7内部的实际大气压。

请继续参阅图2所示，所述存储单元12中还设有预设大干扰负载变动矩阵P₀和预设大干扰稳定时间T₀；对于预设大干扰负载变动矩阵P₀（P₁，P₂，P₃，P₄），其中，P₁为第一大干扰负载变动量，P₂为第二大干扰负载变动量，P₃为第三大干扰负载变动量，P₄为第四大干扰负载变动量，各负载变动量的变动幅度值按照顺序逐渐增加；对于预设大干扰稳定时间矩阵T₀（T_a，T_b，T_c，T_d），其中，T_a为第一大干扰稳定时间，T_b为第二大干扰稳定时间，T_c为第三大干扰稳定时间，T_d为第四大干扰稳定时间，各稳定时间的数值按照顺序逐渐增加。

当所述系统对发电机组的暂态稳定性进行判定时，中控模块1先判定所述发电机7所属种类并在判定完成后控制虚拟负载模块4将初始负载调节为P，调节完成后中控模块1启动发电机组；中控模块1在启动发电机组后实时检测原动机6的运行功率P_t’并根据所述发电机检测模块中的各检测器检测的参数值并根据发电机种类使用对应的公式实时计算出发电机的运行功率P_Eq’。

当P_t’=P_Eq’时，中控模块1控制所述虚拟负载模块4改变负载，负载变动量为P₁，变动后负载值为P±P₁，当虚拟负载模块4变动导致发电机功率P_Eq’出现变化时，计时器11开始计时，并在发电机组恢复稳定、P_t’=P_Eq’时记录恢复时间T₁；恢复稳定后，中控模块1控制虚拟负载模块4将负载变动量调节为P₂，计时器11记录恢复时间T₂；恢复稳定后，中控模块1控制虚拟负载模块4将负载变动量调节为P₃，计时器11记录恢复时间T₃；恢复稳定后，中控模块1控制虚拟负载模块4将负载变动量调节为P₄，计时器11记录恢复时间T₄；记录完成后，中控模块1统计发电机组回复所需总时间T，T=ΑT₁+ΒT₂+ΓT₃+ΕT₄，其中，Α为第一大干扰权重系数，Β为第一大干扰权重系数，Γ为第一大干扰权重系数，Ε为第一大干扰权重系数；统计完成后，中控模块1将T与T₀矩阵中的各项数值进行比对：

当T≤T_a时，中控模块1判定该发电机组具有优异的暂态稳定性；

当T_a＜T≤T_b时，中控模块1判定该发电机组具有良好的暂态稳定性；

当T_b＜T≤T_c时，中控模块1判定该发电机组具有普通的暂态稳定性；

当T_c＜T≤T_d时，中控模块1判定该发电机组具有较差的暂态稳定性；

当T＞T_d时，中控模块1判定该发电机组具有极差的暂态稳定性；

当所述发电机组在负载发生改变的阶段中无法恢复稳定，则中控模块1判定该发电机组不具备暂态稳定性。

具体而言，对于第一大干扰权重系数Α，

，其中C₀为发电机组稳定运行时发电机7内部的温度，C₁为发电机组内出现第一量级的大干扰时发电机7内部的实际温度，P_a1为发电机组内出现第一量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第二大干扰权重系数Β，

，其中C₂为发电机组内出现第二量级的大干扰时发电机7内部的实际温度，P_a2为发电机组内出现第二量级的大干扰时发电机7内部的实际大气压；

对于第三大干扰权重系数Γ，

，其中C₃为发电机组内出现第三量级的大干扰时发电机7内部的实际温度，P_a3为发电机组内出现第三量级的大干扰时发电机7内部的实际大气压；

对于第四大干扰权重系数Ε，

，其中C₄为发电机组内出现第四量级的大干扰时发电机7内部的实际温度，P_a4为发电机组内出现第四量级的大干扰时发电机7内部的实际大气压。

具体而言，所述中控模块1会根据预先设定的发电机7种类选取对应的公式计算发电机7输出的运行功率P_Eq：

当发电机7为隐极式发电机时，

；

当发电机7为凸极式发电机时，

；

其中E_q为发电机7的空载电势，U为发电机7的实际运行电压，X_d为发电机7的实际直轴同步电抗，X_q为发电机7的实际交轴同步电抗，δ为发电机7在运行时的功角。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，包括：

原动机检测模块，其包括多个检测器，各检测器分别设置在发电机组中原动机上的指定位置，用以检测发电机组中原动机输出轴的转速n和输出扭矩M_t；

发电机检测模块，其包括多个检测器，各检测器分别设置在发电机组中发电机上的指定位置，用以分别检测发电机的电流I、电压U、功角δ、同步电抗X、发电机出现小干扰时的运行温度c或发电机出现大干扰时的运行温度C以及发电机出现小干扰时的运行压强p_a或发电机出现大干扰时的运行压强P_a；当所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统对使用隐极式发电机的发电机组的稳定性进行判断时，发电机检测模块分别检测隐极式发电机的电流I、电压U、功角δ和直轴同步电抗X_d，用以精确计算隐极式发电机的有功功率；当所述基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统对使用凸极式发电机的发电机组的稳定性进行判断时，发电机检测模块分别检测凸极式发电机的电流I、电压U、功角δ、直轴同步电抗X_d和交轴同步电抗X_q，用以精确计算凸极式发电机的有功功率；

虚拟负载模块，其与所述发电机组的输出端相连，用以模拟用电元件运行时产生的电阻以为发电机组提供负载，中控模块通过调节虚拟负载模块的电阻值以实现对发电机组负载扰动的模拟；

中控模块，其分别与上述原动机检测模块、发电机检测模块和虚拟负载模块相连，用以通过调节虚拟负载模块的负载值、观测发电机组回复稳定的时间以判定发电机组的电力输出稳定性；所述中控模块中设有计时器和存储单元，在存储单元中设有预设小干扰负载变动矩阵p₀和预设小干扰稳定时间t₀；对于预设小干扰负载变动矩阵p₀（p₁，p₂，p₃，p₄），其中，p₁为第一小干扰负载变动量，p₂为第二小干扰负载变动量，p₃为第三小干扰负载变动量，p₄为第四小干扰负载变动量，各负载变动量的变动幅度值按照顺序逐渐增加；对于预设小干扰稳定时间矩阵t₀，t₀（t_a，t_b，t_c，t_d），其中，t_a为第一小干扰稳定时间，t_b为第二小干扰稳定时间，t_c为第三小干扰稳定时间，t_d为第四小干扰稳定时间，各稳定时间的数值按照顺序逐渐增加；

在使用所述系统前，将各模块中的对应检测器分别设置发电机组中的指定位置，当所述系统对发电机组的静态稳定性进行判定时，中控模块先判定所述发电机所属种类并在判定完成后控制虚拟负载模块将初始负载调节为p，调节完成后中控模块启动发电机组；中控模块在启动发电机组后根据所述发电机检测模块输送的实时检测值计算出原动机的运行功率P_t并根据所述发电机检测模块中的各检测器检测的参数值并根据发电机种类使用对应的公式实时计算出发电机的运行功率P_Eq；

当P_t=P_Eq时，中控模块控制所述虚拟负载模块改变负载，负载变动量为p₁，变动后负载值为p±p₁，当虚拟负载模块变动导致发电机功率P_Eq出现变化时，计时器开始计时，并在发电机组恢复稳定、P_t=P_Eq时记录恢复时间t₁；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为p₂，计时器记录恢复时间t₂；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为p₃，计时器记录恢复时间t₃；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为p₄，计时器记录恢复时间t₄；记录完成后，中控模块统计发电机组回复所需总时间t，t=αt₁+βt₂+γt₃+εt₄，其中，α为第一小干扰权重系数，β为第二小干扰权重系数，γ为第三小干扰权重系数，ε为第四小干扰权重系数；统计完成后，中控模块将t与t₀矩阵中的各项数值进行比对：

当t≤t_a时，中控模块判定该发电机组具有优异的静态稳定性；

当t_a＜t≤t_b时，中控模块判定该发电机组具有良好的静态稳定性；

当t_b＜t≤t_c时，中控模块判定该发电机组具有普通的静态稳定性；

当t_c＜t≤t_d时，中控模块判定该发电机组具有较差的静态稳定性；

当t＞t_d时，中控模块判定该发电机组具有极差的静态稳定性；

当所述发电机组在负载发生改变的阶段中无法恢复稳定，则中控模块判定该发电机组不具备静态稳定性。

2.根据权利要求1所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，对于第一小干扰权重系数α，

，其中c₀为发电机组稳定运行时发电机内部的温度，c₁为发电机组内出现第一量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a1为发电机组内出现第一量级的小干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第二小干扰权重系数β，

，其中c₂为发电机组内出现第二量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a2为发电机组内出现第二量级的小干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第三小干扰权重系数γ，

，其中c₃为发电机组内出现第三量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a3为发电机组内出现第三量级的小干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第四小干扰权重系数ε，

，其中c₄为发电机组内出现第四量级的小干扰时发电机内部的实际温度，p_a4为发电机组内出现第四量级的小干扰时发电机内部的实际大气压。

3.根据权利要求1所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，所述存储单元中还设有预设大干扰负载变动矩阵P₀和预设大干扰稳定时间T₀；对于预设大干扰负载变动矩阵P₀（P₁，P₂，P₃，P₄），其中，P₁为第一大干扰负载变动量，P₂为第二大干扰负载变动量，P₃为第三大干扰负载变动量，P₄为第四大干扰负载变动量，各负载变动量的变动幅度值按照顺序逐渐增加；对于预设大干扰稳定时间矩阵T₀，T₀（T_a，T_b，T_c，T_d），其中，T_a为第一大干扰稳定时间，T_b为第二大干扰稳定时间，T_c为第三大干扰稳定时间，T_d为第四大干扰稳定时间，各稳定时间的数值按照顺序逐渐增加；

当所述系统对发电机组的暂态稳定性进行判定时，中控模块先判定所述发电机所属种类并在判定完成后控制虚拟负载模块将初始负载调节为P，调节完成后中控模块启动发电机组；中控模块在启动发电机组后实时检测原动机的运行功率P_t并根据所述发电机检测模块中的各检测器检测的参数值并根据发电机种类使用对应的公式实时计算出发电机的运行功率P_Eq；

当P_t=P_Eq时，中控模块控制所述虚拟负载模块改变负载，负载变动量为P₁，变动后负载值为P±P₁，当虚拟负载模块变动导致发电机功率P_Eq出现变化时，计时器开始计时，并在发电机组恢复稳定、P_t’=P_Eq’时记录恢复时间T₁；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为P₂，计时器记录恢复时间T₂；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为P₃，计时器记录恢复时间T₃；恢复稳定后，中控模块控制虚拟负载模块将负载变动量调节为P₄，计时器记录恢复时间T₄；记录完成后，中控模块统计发电机组回复所需总时间T，T=ΑT₁+ΒT₂+ΓT₃+ΕT₄，其中，Α为第一大干扰权重系数，Β为第一大干扰权重系数，Γ为第一大干扰权重系数，Ε为第一大干扰权重系数；统计完成后，中控模块将T与T₀矩阵中的各项数值进行比对：

当T≤T_a时，中控模块判定该发电机组具有优异的暂态稳定性；

当T_a＜T≤T_b时，中控模块判定该发电机组具有良好的暂态稳定性；

当T_b＜T≤T_c时，中控模块判定该发电机组具有普通的暂态稳定性；

当T_c＜T≤T_d时，中控模块判定该发电机组具有较差的暂态稳定性；

当T＞T_d时，中控模块判定该发电机组具有极差的暂态稳定性；

当所述发电机组在负载发生改变的阶段中无法恢复稳定，则中控模块判定该发电机组不具备暂态稳定性。

4.根据权利要求3所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，对于第一大干扰权重系数Α，

，其中C₀为发电机组稳定运行时发电机内部的温度，C₁为发电机组内出现第一量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a1为发电机组内出现第一量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第二大干扰权重系数Β，

，其中C₂为发电机组内出现第二量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a2为发电机组内出现第二量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第三大干扰权重系数Γ，

，其中C₃为发电机组内出现第三量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a3为发电机组内出现第三量级的大干扰时发电机内部的实际大气压；

对于第四大干扰权重系数Ε，

，其中C₄为发电机组内出现第四量级的大干扰时发电机内部的实际温度，P_a4为发电机组内出现第四量级的大干扰时发电机内部的实际大气压。

5.根据权利要求3所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，所述中控模块会根据预先设定的发电机种类选取对应的公式计算发电机输出的有功功率P_Eq：

当发电机为隐极式发电机时，

；

当发电机为凸极式发电机时，

；

其中E_q为发电机的空载电势，U为发电机的实际运行电压，X_d为发电机的实际直轴同步电抗，X_q为发电机的实际交轴同步电抗，δ为发电机在运行时的功角。

6.根据权利要求5所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，所述发电机检测模块包括：

电压检测器，其两端探头分别与发电机的输入端和输出端并联，用以检测发电机的实际运行电压U；

电流检测器，其两端探头分别与发电机的输入端和输出端串联，用以检测发电机的实际运行电流I；

功角检测器，其设置在所述发电机壳体上并位于壳体设有发电机同步轴的一面，用以实时检测发电机在运行时的实际功角δ；

同步电抗检测器，其设置在所述发电机壳体上并位于壳体设有发电机同步轴的一面，用以检测发电机的实际同步电抗，包括实际直轴同步电抗和实际交轴同步电抗；

温度检测器，其设置在所述发电机壳体内壁上，用以检测发电机内部的运行温度；

气压检测器，其设置在所述发电机壳体内壁上，用以检测发电机内部的大气压；

在所述系统判定前，所述中控模块会将所述虚拟负载模块的负载值调节为0，中控模块控制发电机组启动，电压检测器检测发电机电压U₀，电流检测器检测发电机电流I₀，功角检测器检测发电机的功角δ₀，同步电抗检测器检测发电机的直轴同步电抗X_d0；各检测器检测完成后将检测值输送至中控模块，中控模块根据检测值计算发电机的空载电势E_q，其中，U_q0为发电机向量图中电压值U₀在q轴的投影值，U_q0=U₀*cosδ，I_d0为发电机向量图中电流I₀在d轴的投影值。

7.根据权利要求3所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，所述原动机检测模块包括：

转速检测器，其设置在所述原动机壳体上并位于壳体设有原动机输出轴的一面，用以检测原动机输出轴转速n；

扭矩传感器，其设置在所述原动机壳体上并位于壳体设有原动机输出轴的一面，用以检测原动机输出轴的输出扭矩M_t；

当所述系统对发电机组的稳定性进行判断时，所述转速检测器会实时检测原动机输出轴的转速n，所述扭矩传感器会实时检测原动机输出轴的输出扭矩M_t，转速检测器和扭矩检测器在检测完成后会分别将原动机输出轴的转速值n和输出扭矩值M_t输送至所述中控模块，中控模块根据所述检测值计算出原动机的功率P_t，

。

8.根据权利要求3所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，所述系统中还设有显示模块，其与所述中控模块相连，用以将系统对发电机组稳定性的判定结果显示在屏幕上。

9.根据权利要求8所述的基于功率检测的发电机组电力输出稳定性检测系统，其特征在于，所述显示模块在显示判定结果时，还会显示发电机组空载时发电机的各运行参量以及中控模块在判定发电机组稳定性时记录的各项数据。

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