CN112751318B - 一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法及系统,属于电力系统及其自动化技术领域。本发明方法,包括:确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,失磁保护启动;失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,失磁保护动作。本发明通过无功变化量启动,利用机端电压的相对变化,以及机端电压与励磁电压、无功功率的稳态关系,识别调相机全失磁故障和部分失磁故障,启动失磁保护动作。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化技术领域,并且更具体地,涉及一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法及系统。
背景技术
调相机可以为直流系统送、受端提供无功支撑,提高动态无功储备,有效解决换相失败引起暂态过电压问题。目前国网公司已全面启动特高压直流换流站的调相机工程建设。
调相机的励磁系统为励磁线圈提供励磁电流,从而为调相机组提供建立机端电压及调相机组无功功率所需的同步旋转磁场。调相机励磁系统是保证调相机组及电网安全稳定运行所需的重要调节控制系统。大容量调相机组的励磁系统比较复杂,故障率相对较高。励磁系统故障,如励磁线圈及引出线故障、可控硅故障、励磁调节器故障等,会导致调相机失磁,调相机失磁后机端电压下降,调相机转为进相运行,将从系统吸收大量无功,导致系统电压降低。同步调相机的失磁故障可分为两种情况:完全失磁和部分失磁。完全失磁指调相机完全失去励磁电流,部分失磁指调相机的励磁电流异常下降,导致调相机运行状况受到破坏。对于大型隐极调相机而言,失磁故障对机组本身并无危害,其危害主要是由于出现相当大的无功功率差额,使系统电压下降,若系统无功功率储备不足,可能导致系统稳定运行的破坏,因此需要为调相机配置安全可靠的失磁保护。
原调相机的失磁保护方案分为I段和II段,其中I段采用母线低电压或机端低电压与调相机轻微进相运行的与逻辑,针对失磁故障造成调相机进相运行、母线或机端低电压的异常状况。但是经研究分析发现,原失磁保护对部分失磁故障灵敏度不足,且原失磁保护I段在调相机受AVC控制条件下进相运行且机端电压处于动作边界的情况,当发生区外故障扰动时存在误动风险。为防范此风险,目前大部分投运的调相机保护已退出失磁保护I段,造成的结果是调相机励磁系统发生部分失磁故障时保护不能及时动作,可能对系统运行不利。
发明内容
针对上述问题本发明,本发明提出了一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法,包括:
确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;
根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;
确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,失磁保护启动;
失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,失磁保护动作。
可选的,额定参数包括:额定无功功率Qn、机端电压Un及额定空载励磁电压Ufn。
可选的,电气量信息包括:无功功率Qyx、当前时刻前△t1时间的无功功率Qyx-△t1、当前时刻前△t2时间的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3及励磁电压Ufyx;
△t1大于△t2。
可选的,失磁保护启动判据为无功变化率启动判据,判据如下:
Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,
其中,k1为无功变化率系数,0<k1<1。
可选的,失磁保护动作判据,包括:
无功进相判据,判据如下:
Qyx<-k2Qn
其中,k2为无功进相系数,0<k2<1;
相对低电压判据,判据如下:
Uyx<k3 Uqd-△t3
其中,k3为相对低电压系数,0<k3<1;
励磁电压判据,判据如下:
Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5
其中,k4和k5为励磁电压系数,k4和k5为固定值,或根据Qyx/Qn或者Qqd-△t4/Qn确定的变化值,其中Qyx-△t4为启动时刻前△t4时间的无功功率;
无功功率判据,判据如下:
Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7
其中,k6和k7为无功系数,为固定值,或根据Ufyx/Ufn或者Ufqd-△t5/Ufn确定的变化值,其中,Ufqd-△t5为启动时刻前△t5时间的励磁电压。
本发明还提出了一种基于多维度电气量的调相机失磁保护系统,包括:
采集单元,确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;
判据确定单元,根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;
控制启动单元,确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,控制失磁保护启动;
控制动作单元,确定失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,控制失磁保护动作。
可选的,额定参数包括:额定无功功率Qn、机端电压Un及额定空载励磁电压Ufn。
可选的,电气量信息包括:无功功率Qyx、当前时刻前△t1时间的无功功率Qyx-△t1、当前时刻前△t2时间的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3及励磁电压Ufyx;
△t1大于△t2。
可选的,失磁保护启动判据为无功变化率启动判据,判据如下:
Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,
其中,k1为无功变化率系数,0<k1<1。
可选的,失磁保护动作判据,包括:
无功进相判据,判据如下:
Qyx<-k2Qn
其中,k2为无功进相系数,0<k2<1;
相对低电压判据,判据如下:
Uyx<k3Uqd-△t3
其中,k3为相对低电压系数,0<k3<1;
励磁电压判据,判据如下:
Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5
其中,k4和k5为励磁电压系数,k4和k5为固定值,或根据Qyx/Qn或者Qqd-△t4/Qn确定的变化值,其中Qyx-△t4为启动时刻前△t4时间的无功功率;
无功功率判据,判据如下:
Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7
其中,k6和k7为无功系数,为固定值,或根据Ufyx/Ufn或者Ufqd-△t5/Ufn确定的变化值,其中,Ufqd-△t5为启动时刻前△t5时间的励磁电压。
本发明通过无功变化量启动,利用机端电压的相对变化,以及机端电压与励磁电压、无功功率的稳态关系,识别调相机全失磁故障和部分失磁故障,启动失磁保护动作。
附图说明
图1为本发明一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法的流程图;
图2为本发明一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法的动作原理图;
图3为本发明一种基于多维度电气量的调相机失磁保护系统的结构图。
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。
本发明提出了一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法,如图1所示,包括:
确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;
根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;
确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,失磁保护启动;
失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,失磁保护动作。
其中,额定参数包括:额定无功功率Qn、机端电压Un及额定空载励磁电压Ufn。
其中,电气量信息包括:无功功率Qyx、当前时刻前△t1时间的无功功率Qyx-△t1、当前时刻前△t2时间的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3及励磁电压Ufyx;
△t1大于△t2。
其中,失磁保护启动判据为无功变化率启动判据,判据如下:
Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,
其中,k1为无功变化率系数,0<k1<1。
其中,失磁保护动作判据,包括:
无功进相判据,判据如下:
Qyx<-k2Qn
其中,k2为无功进相系数,0<k2<1;
相对低电压判据,判据如下:
Uyx<k3Uqd-△t3
其中,k3为相对低电压系数,0<k3<1;
励磁电压判据,判据如下:
Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5
其中,k4和k5为励磁电压系数,k4和k5为固定值,或根据Qyx/Qn或者Qqd-△t4/Qn确定的变化值,其中Qyx-△t4为启动时刻前△t4时间的无功功率;
无功功率判据,判据如下:
Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7
其中,k6和k7为无功系数,为固定值,或根据Ufyx/Ufn或者Ufqd-△t5/Ufn确定的变化值,其中,Ufqd-△t5为启动时刻前△t5时间的励磁电压。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明:
(1)获取调相机额定参数,所述调相机额定参数包括:额定额定无功功率Qn、机端电压Un、额定空载励磁电压Ufn;
(2)采集调相机运行状态下的电气量信息,所述调相机电气量信息包括:无功功率Qyx、△t1时间以前的无功功率Qyx-△t1、△t2时间以前的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻以前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3、励磁电压Ufyx;
下面进行判据的判断,如图2所示:
(3)判断是否满足无功变化率启动判据:Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,k1为无功变化率系数,取0.15,满足条件则失磁保护启动,启动后不要求持续满足该条件;
(4)判断是否满足无功进相判据:Qyx<-k2Qn,k2为无功进相系数,取0.1;
(5)判断是否满足相对低电压判据:Uyx<k3Uqd-△t3,k3为相对低电压系数,取0.98;
(6)判断是否满足励磁电压判据:Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5,k4和k5为励磁电压系数,k4取1.43,k5取2;
(7)判断是否满足无功功率判据:Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7,k6和k7为无功系数,k4取1,k5取0.8;
(8)步骤3失磁保护启动后,若在预设延时阈值2s内持续满足步骤(4)~步骤(7)的动作判据,则失磁保护动作,发出告警信号或者切除故障调相机。
本发明还提出了一种基于多维度电气量的调相机失磁保护系统200,如图3所示,包括:
采集单元201,确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;
判据确定单元202,根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;
控制启动单元203,确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,控制失磁保护启动;
控制动作单元204,确定失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,控制失磁保护动作。
其中,额定参数包括:额定无功功率Qn、机端电压Un及额定空载励磁电压Ufn。
其中,电气量信息包括:无功功率Qyx、当前时刻前△t1时间的无功功率Qyx-△t1、当前时刻前△t2时间的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3及励磁电压Ufyx;
△t1大于△t2。
可选的,失磁保护启动判据为无功变化率启动判据,判据如下:
Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,
其中,k1为无功变化率系数,0<k1<1。
其中,失磁保护动作判据,包括:
无功进相判据,判据如下:
Qyx<-k2Qn
其中,k2为无功进相系数,0<k2<1;
相对低电压判据,判据如下:
Uyx<k3Uqd-△t3
其中,k3为相对低电压系数,0<k3<1;
励磁电压判据,判据如下:
Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5
其中,k4和k5为励磁电压系数,k4和k5为固定值,或根据Qyx/Qn或者Qqd-△t4/Qn确定的变化值,其中Qyx-△t4为启动时刻前△t4时间的无功功率;
无功功率判据,判据如下:
Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7
其中,k6和k7为无功系数,为固定值,或根据Ufyx/Ufn或者Ufqd-△t5/Ufn确定的变化值,其中,Ufqd-△t5为启动时刻前△t5时间的励磁电压。
本发明通过无功变化量启动,利用机端电压的相对变化,以及机端电压与励磁电压、无功功率的稳态关系,识别调相机全失磁故障和部分失磁故障,启动失磁保护动作。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现,例如,面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种基于多维度电气量的调相机失磁保护方法,所述方法包括:
确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;
根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;
所述失磁保护启动判据为无功变化率启动判据,判据如下:
Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,
其中,k1为无功变化率系数,0<k1<1;
所述失磁保护动作判据,包括:
无功进相判据,判据如下:
Qyx<-k2Qn
其中,k2为无功进相系数,0<k2<1;
相对低电压判据,判据如下:
Uyx<k3Uqd-△t3
其中,k3为相对低电压系数,0<k3<1;
励磁电压判据,判据如下:
Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5
其中,k4和k5为励磁电压系数,k4和k5为固定值,或根据Qyx/Qn或者Qqd-△t4/Qn确定的变化值,其中Qyx-△t4为启动时刻前△t4时间的无功功率;
无功功率判据,判据如下:
Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7
其中,k6和k7为无功系数,为固定值,或根据Ufyx/Ufn或者Ufqd-△t5/Ufn确定的变化值,其中,Ufqd-△t5为启动时刻前△t5时间的励磁电压;
确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,失磁保护启动;
失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,失磁保护动作。
2.根据权利要求1所述的方法,所述额定参数包括:额定无功功率Qn、机端电压Un及额定空载励磁电压Ufn。
3.根据权利要求1所述的方法,所述电气量信息包括:无功功率Qyx、当前时刻前△t1时间的无功功率Qyx-△t1、当前时刻前△t2时间的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3及励磁电压Ufyx;
△t1大于△t2。
4.一种基于多维度电气量的调相机失磁保护系统,所述系统包括:
采集单元,确定调相机的额定参数,并采集调相机当前运行状态下的电气量信息;
判据确定单元,根据额定参数建立失磁保护启动判据及失磁保护动作判据;
所述失磁保护启动判据为无功变化率启动判据,判据如下:
Qyx-2Qyx-△t1+Qyx-△t2<-k1Qn,
其中,k1为无功变化率系数,0<k1<1;
所述失磁保护动作判据,包括:
无功进相判据,判据如下:
Qyx<-k2Qn
其中,k2为无功进相系数,0<k2<1;
相对低电压判据,判据如下:
Uyx<k3Uqd-△t3
其中,k3为相对低电压系数,0<k3<1;
励磁电压判据,判据如下:
Ufyx/Ufn+k4 Uyx/Un<k5
其中,k4和k5为励磁电压系数,k4和k5为固定值,或根据Qyx/Qn或者Qqd-△t4/Qn确定的变化值,其中Qyx-△t4为启动时刻前△t4时间的无功功率;
无功功率判据,判据如下:
Qyx/Qn+k6 Uyx/Un<k7
其中,k6和k7为无功系数,为固定值,或根据Ufyx/Ufn或者Ufqd-△t5/Ufn确定的变化值,其中,Ufqd-△t5为启动时刻前△t5时间的励磁电压;
控制启动单元,确定调相机当前运动状态下的电气量信息是否满足失磁保护启动判据,若满足,控制失磁保护启动;
控制动作单元,确定失磁保护启动后,若调相机当前运动状态下的电气量信息在预设延时阈值内满足失磁保护动作判据,控制失磁保护动作。
5.根据权利要求4所述的系统,所述额定参数包括:额定无功功率Qn、机端电压Un及额定空载励磁电压Ufn。
6.根据权利要求4所述的系统,所述电气量信息包括:无功功率Qyx、当前时刻前△t1时间的无功功率Qyx-△t1、当前时刻前△t2时间的无功功率Qyx-△t2、机端电压正序基波有效值Uyx、启动时刻前△t3时间的机端电压正序基波有效值Uqd-△t3及励磁电压Ufyx;
△t1大于△t2。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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