CN111786425B - 一种发电机抑制换相失败的励磁控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机抑制换相失败的励磁控制方法，通过电压灵敏度分析确定与换流站母线电压强相关的发电机组，在这些发电机的励磁控制中增加换流站母线电压控制环，引入目标换流站母线电压作为控制目标和启动信号，启动后励磁电压由正常电压闭环的输出切换为换流站母线电压控制环的输出，在换流站母线电压控制环作用了设定的时间后，励磁系统输出重新切换为正常电压闭环的输出。本发明在已有电网结构中利用发电机的过载能力和灵活的快速机端电压调节能力提高电网电压稳定性，加强直流系统抵御换相失败的能力，在不增加新投资和设备的情况下，充分挖掘电网中已有资源，提高交直流电网稳定性。

Description

一种发电机抑制换相失败的励磁控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统控制领域中的励磁控制方法，尤其涉及一种发电机抑制换相失败的励磁控制方法。
背景技术
针对高压直流(HVDC)闭锁导致的功角、频率、电压稳定问题，目前直流配套安控系统主要采取直流送端电网切除机组，受端电网切除负荷或抽蓄电泵、调制直流有功控制措施，其主要控制思路是快速就地平衡电网有功功率，控制时序是ms级的紧急控制，属于第二道防线范畴。近年来，由于对电网损失负荷造成事故风险进行了限制，电网调度部门对于利用稳控装置进行紧急切负荷措施的使用愈加谨慎，电网控制手段和控制资源严重不足，难以应对特高压直流故障大功率冲击所导致的稳定问题，已无法满足同时兼顾直流输电能力和确保电网安全运行的需要，这就需要在对电网进行细致分析的基础上研究在暂态过程中对系统波动进行控制，尽量避免大的扰动发生。
在控制手段方面，现有的电网“三道防线”中第二、三道防线的主要设计思路是“紧急+校正”控制，紧急控制用于保障系统快速恢复稳定，校正控制用于保障系统恢复正常运行状态，进而在不同时间尺度上提高电网安全稳定性。系统所提换相失败是指因阀换相失败引起的直流功率波动过程，通常持续100-200ms；换相失败的原因是熄弧角小于最小值导致的，若能提高故障时换流站母线电压的值，熄弧角将不能降到最小值以下。在控制资源方面，电压稳定问题是局部无功支撑不足所导致的，有必要充分发挥区域内的调相机、低压电容或电抗器、发电机无功资源来进行无功控制，提高系统电压稳定性。
高压直流输电系统作为有功电源接入受端系统以满足负荷需求的同时，也由于其自身的运行特性，相当于在受端电网引入一个大功率无功负荷，在稳态运行时直流换流器的无功需求就地满足，而当发生故障扰动时直流换流站将短时从受端交流系统吸收大量无功功率，在感应电动机负荷比例持续增长的现状下，高压直流系统的接入加重了感应电动机负荷的电压延缓恢复效应，受端系统电压稳定性变弱，如果在故障后无法提供足够的无功支撑，直流无法从换相失败中恢复从而导致直流闭锁，尤其是有多回直流落点的多馈入受端系统，极端情况下存在多回直流同时闭锁的情况，这将导致大范围的负荷损失，造成无法估计的经济损失。因此针对直流系统进行动态无功的优化配置是多馈入受端系统在规划阶段的一项极其重要的工作。动态无功补偿装置造价高昂，而受端电网中有着大量的发电机，作为电力系统主要的无功电源，有必要充分挖掘受端电网中发电机的无功潜力，发挥其在故障后的暂态无功支撑能力，减少额外的动态无功配置费用。
发明内容
发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供一种发电机抑制换相失败的励磁控制方法，以克服现有技术中的不足之处。
技术方案：本发明发电机抑制换相失败的励磁控制方法，包括以下步骤：
(1)通过电压灵敏度分析确定与换流站母线电压强相关的发电机组，在该发电机组的励磁控制中增加换流站母线电压控制环；
(2)引入目标换流站母线电压作为控制目标和启动信号，启动后励磁电压由正常电压闭环的输出切换为换流站母线电压控制环的输出；
(3)在换流站母线电压控制环作用了设定的时间后，励磁系统输出重新切换为正常电压闭环的输出。
步骤(1)中，根据已有的电网结构和线路参数，通过对换流站母线与区域内其他发电机组的电压灵敏度分析确定与目标换流站母线电压强相关的发电机组，根据仿真效果从强相关发电机组中选取N个发电机的励磁系统增加针对目标换流站母线电压的换流站母线电压控制环。
步骤(2)中，在发电机励磁系统正常电压闭环的基础上，增加一个换流站母线电压控制环，检测换流站母线电压，比较换流站母线电压实际值与参考值，将控制目标值与实际值的偏差进行PID运算，将其输出作为励磁控制电压；正常情况下换流站母线电压控制环处于运算状态，但其输出处于闭锁状态。
当电网发生故障或扰动，换流站母线电压降低到设定的启动值以下，且定子电流、转子电流发热量不超过限制值的情况下，励磁控制电压由正常的电压闭环输出切换为换流站母线电压控制环的输出。换流站母线电压控制环启动后立即输出当前机组允许的最大励磁电压对发电机进行强励。换流站母线电压控制环属于紧急状态下的控制命令，将忽视可能正在执行的AVC命令。
换流站母线电压控制环的持续的时间可通过参数进行设置。在切换到换流站母线电压控制环输出的过程中，若因定子电流、转子电流发热超过限制值而必须对定子电流、转子电流进行限制时，励磁控制电压的输出将切换回原有的正常调相机闭环控制，切换回原有控制闭环后，换流站母线电压控制环将不再起作用。
工作原理：本发明通过灵敏度分析确定与换流站母线电压强相关的发电机组，在这些发电机组的励磁控制中增加换流站母线电压控制环，引入目标换流站母线电压作为控制目标和启动信号，启动后励磁电压由正常电压闭环的输出切换为换流站母线电压控制环的输出，在换流站母线电压控制环作用了设定的时间后，励磁系统输出重新切换为正常电压闭环的输出。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)在已有电网结构中利用发电机的过载能力和灵活的快速机端电压调节能力提高电网电压稳定性，加强直流系统抵御换相失败的能力。
(2)在不增加新投资和设备的情况下，充分挖掘电网中已有资源提高交直流电网稳定性。
附图说明
图1为本发明发电机抑制换相失败的励磁控制方法模型图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明基于电压灵敏度的区域发电机抑制换相失败的励磁控制策略模型图，其中，Uref为机端电压控制目标；U为机端电压实际值；Kp、Ki、Kd为电压闭环PID控制参数；Efd为输出励磁电压；KpH、KiH为换流站母线电压控制环PID控制参数；UHref为换流站母线电压控制给定值；UH为换流站母线电压实际值，EN为换流站母线电压控制环使能信号，其值为1时输出换流站母线电压控制环的输出，为0时输出正常机端电压闭环的控制输出；UHset为强励启动设定值；ENG为发电机可强励标志位，其值为1时表示发电机当前状态可进行强励。本发明可应用于发电机励磁系统中，对发电机无功及机端电压进行调节控制。
本发明发电机抑制换相失败的励磁控制方法包括以下步骤：
(1)根据已有的电网结构和线路参数，通过对换流站母线与区域内其他发电机组的电压灵敏度分析确定与目标换流站母线电压强相关的发电机组，根据仿真效果从强相关发电机组中选取N个发电机的励磁系统增加针对目标换流站母线电压的换流站母线电压控制环；
(2)在发电机励磁系统正常电压闭环的基础上，增加一个换流站母线电压控制环，检测换流站母线电压，比较换流站母线电压实际值UH与参考值UHref，将控制目标值与实际值的偏差进行PID运算，将其输出作为励磁控制电压；正常情况下换流站母线电压控制环处于运算状态，但其输出处于闭锁状态；
(3)当电网发生故障或扰动，换流站母线电压UH降低到设定的启动值UHset以下，且定子电流、转子电流发热量不超过限制值即发电机可强励标志位ENG＝1，换流站母线电压控制环使能信号EN＝1，励磁控制电压由正常的电压闭环输出切换为换流站母线电压控制环的输出，否则换流站母线电压控制环不启动。换流站母线电压控制环启动后应能立即输出当前机组允许的最大励磁电压对发电机进行强励。换流站母线电压控制环属于紧急状态下的控制命令，将忽视可能正在执行的AVC命令；
(4)换流站母线电压控制环的持续的时间可通过参数进行设置。在切换到换流站母线电压控制环输出的过程中，若因定子电流、转子电流发热超过限制值而必须对定子电流、转子电流进行限制时，励磁控制电压的输出将切换回原有的正常调相机闭环控制，切换回原有控制闭环后，换流站母线电压控制环将不再起作用。

Claims (1)

1.一种发电机抑制换相失败的励磁控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过电压灵敏度分析确定与换流站母线电压强相关的发电机组，在所述发电机组的励磁控制中增加换流站母线电压控制环；具体为：根据已有的电网结构和线路参数，通过对换流站母线与区域内其他发电机组的电压灵敏度分析确定与目标换流站母线电压强相关的发电机组，根据仿真效果从强相关发电机组中选取N个发电机的励磁系统增加针对目标换流站母线电压的换流站母线电压控制环；
(2)引入目标换流站母线电压作为控制目标和启动信号，启动后励磁电压由正常电压闭环的输出切换为换流站母线电压控制环的输出；具体为：在发电机励磁系统正常电压闭环的基础上，增加一个换流站母线电压控制环，检测换流站母线电压，比较换流站母线电压实际值与参考值，将控制目标值与实际值的偏差进行PID运算，将其输出作为励磁控制电压；
(3)当电网发生故障或扰动，换流站母线电压降低到设定的启动值以下，且定子电流、转子电流发热量不超过限制值时，励磁控制电压由正常的电压闭环输出切换为换流站母线电压控制环的输出；换流站母线电压控制环启动后输出当前机组的最大励磁电压对发电机进行强励；
(4)在换流站母线电压控制环作用了设定的时间后，励磁系统输出重新切换为正常电压闭环的输出；具体为，换流站母线电压控制环的持续的时间通过参数进行设置；在切换到换流站母线电压控制环输出的过程中，若因定子电流、转子电流发热超过限制值而对定子电流、转子电流进行限制时，励磁控制电压的输出切换回原有的正常调相机闭环控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108631350A (zh) * 2018-04-27 2018-10-09 南瑞集团有限公司 一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法
CN109167378A (zh) * 2018-07-31 2019-01-08 中国电力科学研究院有限公司 一种评估多回直流同时换相失败风险的方法和系统

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