CN111428995A - 辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法及装置，所述方法包括：在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；设置厂用电系统电源切换工况，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；设置厂用电系统短时故障工况，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响；本发明的优点在于：改变辅机电动机参数来评估其对厂用电系统的影响，从而优化辅机电动机的参数配置并指导厂用电快切装置的参数和定值设置。

Description

辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法及装置
技术领域
本发明涉及发电技术领域，更具体涉及辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法及装置。
背景技术
随着大容量、智能化机组的快速发展，厂用电系统在发电厂扮演的角色越来越重要，发电厂的安全、可靠、经济运行和厂用电系统息息相关。提高厂用电系统可靠性是电厂长期安全可靠运行、不因厂用电局部故障而被迫停机的关键。
厂用电系统中辅机电动机种类繁多，参数不一，工况复杂，辅机电动机的参数对于厂用电系统的动态性能有着较大影响。特别是厂用电系统工作电源和备用电源的切换时，厂用电母线瞬时失电，辅机电动机参数对于厂用电母线电压跌落的速度与趋势有着重要影响，可指导厂用电快切装置的参数和定值设置。厂用电系统发生故障时，辅机电动机参数对于厂用电母线电压的跌落情况以及故障恢复过程中，辅机电动机的有功功率、无功功率和机械转矩的变化情况有着重要影响，对于不同工况下辅机电动机的参数选择提供参考。然而，实际厂用电系统在设计安装时，辅机电动机的参数就固定了，没有办法改变辅机电动机参数来评估其对厂用电系统的影响，从而优化辅机电动机的参数配置和指导厂用电快切装置的参数和定值设置。
论文文献《电动机模型结构及参数对暂态稳定仿真的影响》针对目前负荷模型应用的薄弱环节，就三阶感应电动机模型及一阶机械暂态感应电动机模型和恒定阻抗模型对暂态稳定仿真结果的影响进行系统研究，研究表明，感应电动机定子漏电抗增大将使系统暂态稳定裕度显著减小，使用三阶感应电动机模型仿真所得系统的暂态稳定能力明显低于一阶模型和恒定阻抗模型的相应结果。最后的结论对电力系统负荷建模和模型应用具有较大的理论意义和工程应用价值。但是其主要研究电动机模型结构及参数对暂态稳定仿真的影响，没有考虑辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估，没办法通过优化辅机电动机的参数配置来指导厂用电快切装置的参数和定值设置。
综上，现有技术缺乏一种辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，来进行辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法及装置，改变辅机电动机参数来评估其对厂用电系统的影响，从而优化辅机电动机的参数配置并指导厂用电快切装置的参数和定值设置。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，所述方法包括：
步骤一：在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；
步骤二：构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；
步骤三：设置厂用电系统电源切换工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机参数表中辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；
步骤四：设置厂用电系统短时故障工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响。
本发明提供辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，弥补现有技术缺乏仿真评估方法，辅机电动机的参数固定，没有办法改变辅机电动机参数来评估其对厂用电系统的影响。本发明在厂用电系统电源切换时，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响，对于研究厂用电母线电压跌落的速度和趋势有着显著作用；在厂用电母线故障及故障恢复过程中，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响，仿真评估对厂用电快切装置的参数设置和辅机电动机的参数选择以及优化配置提供参考，从而进一步提高厂用电系统的可靠性和经济性。
优选的，所述厂用电系统模型包括发电机、高压厂用变压器、低压厂用变压器、厂用电高压母线、厂用电低压母线、高压辅机电动机以及低压辅机电动机，所述发电机连接高压厂用变压器的一端，高压厂用变压器的另一端通过厂用电高压母线连接低压厂用变压器的一端，低压厂用变压器的另一端通过厂用电低压母线与若干台低压辅机电动机连接，厂用电高压母线上还连接若干台高压辅机电动机。
优选的，所述设置厂用电系统短时故障工况具体为在厂用电系统模型中设置短路故障点，将厂用电高压母线直接短路。
优选的，所述高压辅机电动机以及低压辅机电动机采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的绕线型感应电动机模型，电动机启动阶段采用转速控制模式，暂态过程结束后，切换为转矩控制模式，可以较好地仿真模拟发电厂风机、泵类负荷特性的辅机电动机运行工况。
优选的，所述步骤三中，设置厂用电系统电源切换工况时的仿真评估的标准为对比不同辅机电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线瞬时失电后，电压跌落的速度与趋势。
优选的，所述步骤四中，设置厂用电系统短时故障工况时仿真评估标准为对比不同电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线故障后，母线电压跌落的最低值，以及故障恢复过程中，辅机电动机的有功功率、无功功率和机械转矩的变化情况。
本发明还提供辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估装置，所述装置包括：
模型建立模块，用于在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；
参数表构建模块，用于构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；
厂用电母线残压评估模块，用于设置厂用电系统电源切换工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机参数表中辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；
辅机电动机出力情况评估模块，用于设置厂用电系统短时故障工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响。
优选的，所述厂用电系统模型包括发电机、高压厂用变压器、低压厂用变压器、厂用电高压母线、厂用电低压母线、高压辅机电动机以及低压辅机电动机，所述发电机连接高压厂用变压器的一端，高压厂用变压器的另一端通过厂用电高压母线连接低压厂用变压器的一端，低压厂用变压器的另一端通过厂用电低压母线与若干台低压辅机电动机连接，厂用电高压母线上还连接若干台高压辅机电动机。
优选的，所述设置厂用电系统短时故障工况具体为在厂用电系统模型中设置短路故障点，将厂用电高压母线直接短路。
优选的，所述高压辅机电动机以及低压辅机电动机采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的绕线型感应电动机模型，电动机启动阶段采用转速控制模式，暂态过程结束后，切换为转矩控制模式，可以较好地仿真模拟发电厂风机、泵类负荷特性的辅机电动机运行工况。
优选的，所述厂用电母线残压评估模块还用于，设置厂用电系统电源切换工况时的仿真评估的标准为对比不同辅机电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线瞬时失电后，电压跌落的速度与趋势。
优选的，所述辅机电动机出力情况评估模块还用于，设置厂用电系统短时故障工况时仿真评估标准为对比不同电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线故障后，母线电压跌落的最低值，以及故障恢复过程中，辅机电动机的有功功率、无功功率和机械转矩的变化情况。
本发明的优点在于：本发明提供辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，弥补现有技术缺乏仿真评估方法，辅机电动机的参数固定，没有办法改变辅机电动机参数来评估其对厂用电系统的影响。本发明在厂用电系统电源切换时，仿真评估辅机不同电动机参数对厂用电母线残压的影响，对于研究厂用电母线电压跌落的速度和趋势有着显著作用；在厂用电母线故障及故障恢复过程中，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响，仿真评估对厂用电快切装置的参数设置和辅机电动机的参数选择以及优化配置提供参考，从而进一步提高厂用电系统的可靠性和经济性。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法的厂用电系统模型拓扑图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，为本发明提供的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法的流程图，所述辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法包括：
步骤S1：在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；如图2所示，所述厂用电系统模型包括发电机1、高压厂用变压器2、厂用电高压母线3、厂用电低压母线4、高压辅机电动机5以及低压辅机电动机6，所述发电机1连接高压厂用变压器2的一端，高压厂用变压器2的另一端通过厂用电高压母线3连接低压厂用变压器(图未标)的一端，低压厂用变压器的另一端通过厂用电低压母线4与若干台低压辅机电动机6连接，厂用电高压母线3上还连接若干台高压辅机电动机5。本实施例中，低压辅机电动机6为2台，即图2所示M9和M10，高压辅机电动机5为8台，即图2所示的M1-M8。本实施例中，发电机1的容量为300MW，机端电压为20kV；高压厂用变压器2的变比20/6kV，采用星三角接法，低压厂用变压器的变比6/0.4kV，采用星三角接法；厂用电高压母线3，电压6kV，上接M1—M8共8台高压辅机电动机5，容量分别为1.5MW、1.8MW、0.8MW、1.3MW、4.8MW、0.8MW、0.8MW、0.2MW；厂用电低压母线4，电压0.4kV，上接M9—M10共2台低压辅机电动机6，容量分别为1kW和2kW。需要说明的是，所述高压辅机电动机5以及低压辅机电动机6采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的绕线型感应电动机模型，电动机启动阶段采用转速控制模式，暂态过程结束后，切换为转矩控制模式。
步骤S2：构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；本发明选取可以调整的5个参数，分别为转子电阻Rr、转子电抗Xr、定子电抗Xs、励磁电抗Xm和惯性时间常数Tj，实际中，还可以选择更多参数，但本发明经过现场应用情况以及深入研究得出5个最具影响力的参数参与仿真评估。
步骤S3：设置厂用电系统电源切换工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机参数表中辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；具体为：仿真时长5秒，在2秒时刻模拟厂用电系统电源切换，6kV母线即厂用电高压母线3瞬时失电，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻Rr、转子电抗Xr、定子电抗Xs、励磁电抗Xm和惯性时间常数Tj。对比母线电压跌路曲线厂用电高压母线以及厂用电低压母线瞬时失电后，电压跌落的速度与趋势，仿真评估不同辅机电动机参数对厂用电母线残压的影响。其中，控制变量法为现有方法，在此不做赘述，仿真结果可通过仿真平台直接得出，本发明只是提供仿真模型以及利用该模型进行仿真评估的方法，对于仿真评估结果不做描述，仿真结果的好坏直接决定现场应用中需不需要对辅机电动机的参数配置和厂用电快切装置的参数和定值进行设置，所以评估出好的结果，可以直接根据评估中的参数设置指导现场应用，避免厂用电系统故障。
步骤S4：设置厂用电系统短时故障工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响。具体过程为：仿真时长5秒，在2秒时刻模拟6kV母线发生三相短路故障，故障持续时间0.06s。采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻Rr、转子电抗Xr、定子电抗Xs、励磁电抗Xm和惯性时间常数Tj。比较故障发生后6kV母线电压跌落的最低值，对比故障恢复过程中，辅机电动机的有功功率P、无功功率Q和机械转矩Tm的变化曲线，仿真评估不同辅机电动机参数对厂用电母线故障及恢复过程中电动机出力的影响，其中，所述设置厂用电系统短时故障工况具体为在厂用电系统模型中设置短路故障点，将厂用电高压母线3直接短路。
通过以上技术方案，本发明提供辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，弥补现有技术缺乏仿真评估方法，辅机电动机的参数固定，没有办法改变辅机电动机参数来评估其对厂用电系统的影响。本发明在厂用电系统电源切换时，仿真评估辅机不同电动机参数对厂用电母线残压的影响，对于研究厂用电母线电压跌落的速度和趋势有着显著作用；在厂用电母线故障及故障恢复过程中，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响，仿真评估对厂用电快切装置的参数设置和辅机电动机的参数选择以及优化配置提供参考，从而进一步提高厂用电系统的可靠性和经济性。
实施例2
与本发明实施例1相对应的，本发明实施例2还提供辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估装置，所述装置包括：
模型建立模块，用于在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；
参数表构建模块，用于构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；
厂用电母线残压评估模块，用于设置厂用电系统电源切换工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机参数表中辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；
辅机电动机出力情况评估模块，用于设置厂用电系统短时故障工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响。
具体的，所述厂用电系统模型包括发电机、高压厂用变压器、厂用电高压母线、厂用电低压母线、高压辅机电动机以及低压辅机电动机，所述发电机连接高压厂用变压器的一端，高压厂用变压器的另一端通过厂用电高压母线连接低压厂用变压器的一端，低压厂用变压器的另一端通过厂用电低压母线与若干台低压辅机电动机连接，厂用电高压母线上还连接若干台高压辅机电动机。
具体的，所述设置厂用电系统短时故障工况具体为在厂用电系统模型中设置短路故障点，将厂用电高压母线直接短路。
具体的，所述高压辅机电动机以及低压辅机电动机采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的绕线型感应电动机模型，电动机启动阶段采用转速控制模式，暂态过程结束后，切换为转矩控制模式。
具体的，所述厂用电母线残压评估模块还用于，设置厂用电系统电源切换工况时的仿真评估的标准为对比不同辅机电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线瞬时失电后，电压跌落的速度与趋势。
具体的，所述辅机电动机出力情况评估模块还用于，设置厂用电系统短时故障工况时仿真评估标准为对比不同电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线故障后，母线电压跌落的最低值，以及故障恢复过程中，辅机电动机的有功功率、无功功率和机械转矩的变化情况。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；
步骤二：构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；
步骤三：设置厂用电系统电源切换工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机参数表中辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；
步骤四：设置厂用电系统短时故障工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响。
2.根据权利要求1所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，其特征在于，所述厂用电系统模型包括发电机、高压厂用变压器、低压厂用变压器、厂用电高压母线、厂用电低压母线、高压辅机电动机以及低压辅机电动机，所述发电机连接高压厂用变压器的一端，高压厂用变压器的另一端通过厂用电高压母线连接低压厂用变压器的一端，低压厂用变压器的另一端通过厂用电低压母线与若干台低压辅机电动机连接，厂用电高压母线上还连接若干台高压辅机电动机。
3.根据权利要求1所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，其特征在于，所述设置厂用电系统短时故障工况具体为在厂用电系统模型中设置短路故障点，将厂用电高压母线直接短路。
4.根据权利要求2所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，其特征在于，所述高压辅机电动机以及低压辅机电动机采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的绕线型感应电动机模型，电动机启动阶段采用转速控制模式，暂态过程结束后，切换为转矩控制模式。
5.根据权利要求2所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，其特征在于，所述步骤三中，设置厂用电系统电源切换工况时的仿真评估的标准为对比不同辅机电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线瞬时失电后，电压跌落的速度与趋势。
6.根据权利要求2所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估方法，其特征在于，所述步骤四中，设置厂用电系统短时故障工况时仿真评估标准为对比不同电动机参数下，厂用电高压母线以及厂用电低压母线故障后，母线电压跌落的最低值，以及故障恢复过程中，辅机电动机的有功功率、无功功率和机械转矩的变化情况。
7.辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估装置，其特征在于，所述装置包括：
模型建立模块，用于在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含发电厂主要辅机电动机的厂用电系统模型；
参数表构建模块，用于构建影响厂用电系统的辅机电动机参数表，其中，辅机电动机参数包括转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数；
厂用电母线残压评估模块，用于设置厂用电系统电源切换工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机参数表中辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线残压的影响；
辅机电动机出力情况评估模块，用于设置厂用电系统短时故障工况，采用控制变量法，依次改变辅机电动机的转子电阻、转子电抗、定子电抗、励磁电抗和惯性时间常数，仿真评估不同电动机参数对厂用电母线电压跌落情况及故障恢复过程中辅机电动机出力情况的影响。
8.根据权利要求7所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估装置，其特征在于，所述厂用电系统模型包括发电机、高压厂用变压器、低压厂用变压器、厂用电高压母线、厂用电低压母线、高压辅机电动机以及低压辅机电动机，所述发电机连接高压厂用变压器的一端，高压厂用变压器的另一端通过厂用电高压母线连接低压厂用变压器的一端，低压厂用变压器的另一端通过厂用电低压母线与若干台低压辅机电动机连接，厂用电高压母线上还连接若干台高压辅机电动机。
9.根据权利要求7所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估装置，其特征在于，所述设置厂用电系统短时故障工况具体为在厂用电系统模型中设置短路故障点，将厂用电高压母线直接短路。
10.根据权利要求8所述的辅机电动机参数对厂用电系统影响的仿真评估装置，其特征在于，所述高压辅机电动机以及低压辅机电动机采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的绕线型感应电动机模型，电动机启动阶段采用转速控制模式，暂态过程结束后，切换为转矩控制模式。
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