CN114280385B - 一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法，涉及发电厂三相电压技术领域。该方法首先计算燃气蒸汽联合循环机组两种不同运行方式下发电厂厂用电功率波动对三相负载的影响因子；再计算燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电输出功率对三相负载电压的影响因子；进而计算厂用电三相电压平衡稳定性参数指标和燃气蒸汽联合循环机组一拖一和二拖一运行状态下外送功率变换影响因素指标，进而根据三相电压平衡稳定性参数指标判断厂用电三相电压是否平衡；根据外送功率变换影响因素指标判断燃气蒸汽联合循环机组的运行能耗。该方法可以快速精准的判断出厂用电三相电压是否平衡，并对燃气蒸汽联合循环机组的运行能耗进行分析。

Description

一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法

技术领域

本发明涉及发电厂三相电压技术领域，尤其涉及一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法。

背景技术

目前，发电厂设备自动化水平高，但存在三相电压不平衡状况。因此，有必要对厂用电三相电压平衡情况进行排查，核实电压平衡状况。如果不平衡时，会造成交流电流谐波含量高、换流损耗增大、性能恶化，因而厂用电能耗损失较大。

由于发电厂中的发电机、变压器、线路等系统元件的参数并不是理想线性或对称的，再加上目前调控手段的不完善、负荷性质各异、负荷变化的随机性、运行操作以及各种故障等原因，这种理想的对称状态实际上并不存在，因此就产生了电能质量的概念。电能质量的定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差，三相电压不平衡度就是电能质量的重要内容之一，三相电不平衡就会造成厂用电能耗大大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法，实时采集厂用电输出功率，针对厂用电三相电压是否平衡进行判断，解决电厂三相电不平衡问题，进而对厂用电能耗分析，有效降低厂用电能耗。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法，包括以下步骤：

步骤1：计算燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行和一拖二运行两种不同运行方式下发电厂厂用电功率波动对A、B、C三相负载的影响因子；

步骤1.1：在燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行状态下，采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h1、厂用电感性负荷P_L1、厂用电容性负荷P_G1以及环境实测温度T_i1，发电机励磁电流I_e1，发电机励磁电压U_e1，发电厂内A、B、C三相负载的瞬时电压u_0A1、u_0B1、u_0C1，发电厂内三相负载的瞬时电流i_0A1、i_0B1、i_0C1，并计算这些参数的标幺值：

其中，P_h,b1和P′_h1分别为发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率的基准值和标幺值，P_L,b1和P′_L1分别为发电厂厂用电感性负荷的基准值和标幺值，P_G,b1和P′_G1分别为发电厂厂用电容性负荷的基准值和标幺值，T_i,b1和T_i1'分别为环境实测温度的基准值和标幺值，I_e,b1和I'_e1分别为发电机的励磁电流的基准值和标幺值，U_e,b1和U'_e1分别为发电机励磁电压的基准值和标幺值，u_0A,b1、u_0B,b1、u_0C,b1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的基准值，u′_0A1、u′_0B1、u′_0C1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的标幺值，i_0A,b1、i_0B,b1、i_0C,b1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的基准值，i′_0A1、i′_0B1、i′_0C1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的标幺值；

进而计算得到发电厂厂用电功率波动对A相负载的影响因子α_A1、发电厂厂用电功率波动对B相负载的影响因子α_B1、发电厂厂用电功率波动对C相负载的影响因子α_C1：

(2)在燃气蒸汽联合循环机组二拖一运行状态下，采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h2、厂用电感性负荷P_L2、厂用电容性负荷P_G2以及环境实测温度为T_i2，发电机励磁电流I_e2，发电机励磁电压U_e2，发电厂内A、B、C三相负载的瞬时电压u_0A2、u_0B2、u_0C2和瞬时电流i_0A2、i_0B2、i_0C2，并计算得到这些参数的标幺值：

其中，P_h,b2和P′_h2分别为发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率的基准值和标幺值，P_L,b2和P′_L2分别为发电厂厂用电感性负荷的基准值和标幺值，P_G,b2和P′_G2分别为发电厂厂用电容性负荷的基准值和标幺值，T_i,b2和T_i2'分别为环境实测温度的基准值和标幺值，I_e,b2和I'_e2分别为发电机的励磁电流的基准值和标幺值，U_e,b2和U'_e2分别为发电机励磁电压的基准值和标幺值，u_0A,b2、u_0B,b2、u_0C,b2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的基准值，u′_0A2、u′_0B2、u′_0C2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的标幺值，i_0A,b2、i_0B,b2、i_0C,b2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的基准值，i′_0A2、i′_0B2、i′_0C2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的标幺值；

进而计算得到发电厂厂用电功率波动对A相负载影响因子α_A2、发电厂厂用电功率波动对B相负载影响因子α_B2、发电厂厂用电功率波动对C相负载影响因子α_C2：

步骤2：计算燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电输出功率对A、B、C三相负载电压的影响因子；

实时采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电的频率f_u、发电厂厂内电压U_L、发电厂厂内电流I_L，发电厂厂内的总有功负荷P_W，发电厂厂内的总无功负荷Q_W以及发电厂厂用电系统电阻R，并计算得到这些参数的标幺值：

其中，f_u,b和f_u′分别为发电厂厂用电频率的基准值和标幺值，U_L,b和U_L′分别为发电厂厂内电压的基准值和标幺值，I_L,b和I_L′分别为发电厂厂内电流的基准值和标幺值，P_W,b和P_W′分别为发电厂内的总有功负荷的基准值和标幺值，Q_W,b和Q′_W分别为发电厂内的总无功负荷的基准值和标幺值，R_b和R′分别为厂用电系统电阻的基准值和标幺值；

进而计算得到发电厂厂用电输出功率对A相负载电压的影响因子β_A，发电厂厂用电输出功率对B相负载电压的影响因子β_B，发电厂厂用电输出功率对C相负载电压的影响因子β_C：

步骤3：计算厂用电三相电压平衡稳定性参数指标δ，进而判断厂用电三相电压是否平衡；

所述厂用电三相电压平衡稳定性参数指标δ如下公式所示：

当δ在0.5-4.2范围内，说明厂用电三相电压是平衡的；当δ小于0.5时或者大于4.2时，厂用电三相电压处于不平衡状态；

步骤4：计算燃气蒸汽联合循环机组一拖一和二拖一运行状态下外送功率变换影响因素指标λ，并根据外送功率变换影响因素指标λ判断燃气蒸汽联合循环机组的运行能耗；

所述外送功率变换影响因素指标λ如下公式所示；

当λ在0.5～4.7范围内，一拖一和二拖一两种运行状态下，燃气蒸汽联合循环机组运行能耗是符合能耗损失的；当λ小于0.5时，燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行状态下的运行能耗高于设定值；当λ大于4.7时，燃气蒸汽联合循环机组二拖一运行状态下的运行能耗高于设定值，需要对设备进行替换或检修。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法，该方法可以快速精准的判断出厂用电三相电压是否平衡，并对厂用电能耗进行分析，为制定合理的节能策略(包括对能耗高的设备进行改造、替换)提供数据支撑。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某发电厂为例，采用本发明的一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡计算方法对厂用电三相电压是否平衡进行判断。

一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：计算燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行和一拖二运行两种不同运行方式下发电厂厂用电功率波动对A、B、C三相负载的影响因子；

步骤1.1：在燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行状态下，采用实时采集装置采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h1，厂用电感性负荷P_L1、厂用电容性负荷P_G1以及环境实测温度T_i1，发电机励磁电流I_e1，发电机励磁电压U_e1，发电厂内A、B、C三相负载的瞬时电压u_0A1、u_0B1、u_0C1，发电厂内三相负载的瞬时电流i_0A1、i_0B1、i_0C1，并计算这些参数的标幺值：

其中，P_h,b1和P′_h1分别为发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率的基准值和标幺值，P_L,b1和P′_L1分别为发电厂厂用电感性负荷的基准值和标幺值，P_G,b1和P′_G1分别为发电厂厂用电容性负荷的基准值和标幺值，T_i,b1和T_i1'分别为环境实测温度的基准值和标幺值，I_e,b1和I'_e1分别为发电机的励磁电流的基准值和标幺值，U_e,b1和U'_e1分别为发电机励磁电压的基准值和标幺值，u_0A,b1、u_0B,b1、u_0C,b1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的基准值，u′_0A1、u′_0B1、u′_0C1 u′_0C,b1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的标幺值，i_0A,b1、i_0B,b1、i_0C,b1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的基准值，i′_0A1、i′_0B1、i′_0C1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的标幺值；

进而计算得到发电厂厂用电功率波动对A相负载的影响因子α_A1、发电厂厂用电功率波动对B相负载的影响因子α_B1、发电厂厂用电功率波动对C相负载的影响因子α_C1：

本实施例中，实时采集的该发电厂的厂用电相关数据为：发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h1＝598.8MW，燃气蒸汽联合循环机组发出的功率基准值为600MW；厂用电感性负荷P_L1＝349.6MW，厂用电感性负荷的基准值为350MW；厂用电容性负荷P_G1＝249.3MW，厂用电容性负荷的基准值为250MW；环境实测温度为T_i1＝29.9℃，环境实测温度的基准值为30℃；发电机励磁电流I_e1＝1996.2A，发电机励磁电流的基准值为2000A；发电机励磁电压U_e1＝385V，发电机励磁电压的基准值为380V；发电厂内A、B、C三相瞬时电压u_0A1＝386V、u_0B1＝379V、u_0C1＝382V，发电厂内A、B、C三相瞬时电压的基准值为380V；发电厂内三相瞬时电流i_0A1＝1980A、i_0B1＝2010A、i_0C1＝2003A，发电厂内三相瞬时电流的基准值为2000A。

对以上物理量进行标幺值计算得：

由此，根据公式计算发电厂厂用电功率波动对A、B、C三相负载的影响因子为：α_A1≈1.028，α_B1≈1.041，α_C1≈1.016。

(2)在燃气蒸汽联合循环机组二拖一运行状态下，采用实时采集装置采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h2、厂用电感性负荷P_L2、厂用电容性负荷P_G2以及环境实测温度为T_i2，发电机励磁电流I_e2，发电机励磁电压U_e2，发电厂内A、B、C三相负载的瞬时电压u_0A2、u_0B2、u_0C2和瞬时电流i_0A2、i_0B2、i_0C2，并计算得到这些参数的标幺值：

其中，P_h,b2和P′_h2分别为发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率的基准值和标幺值，P_L,b2和P′_L2分别为发电厂厂用电感性负荷的基准值和标幺值，P_G,b2和P′_G2分别为发电厂厂用电容性负荷的基准值和标幺值，T_i,b2和T_i2'分别为环境实测温度的基准值和标幺值，I_e,b2和I'_e2分别为发电机的励磁电流的基准值和标幺值，U_e,b2和U'_e2分别为发电机励磁电压的基准值和标幺值，u_0A,b2、u_0B,b2、u_0C,b2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的基准值，u′_0A2、u′_0B2、u′_0C2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的标幺值，i_0A,b2、i_0B,b2、i_0C,b2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的基准值，i′_0A2、i′_0B2、i′_0C2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的标幺值；

进而计算得到发电厂厂用电功率波动对A相负载影响因子α_A2、发电厂厂用电功率波动对B相负载影响因子α_B2、发电厂厂用电功率波动对C相负载影响因子α_C2：

本实施例中，实时采集的该发电厂的厂用电相关数据为：发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h2＝897.8MW，燃气蒸汽联合循环机组发出的功率基准值为900MW；厂用电感性负荷P_L2＝348.5MW，厂用电感性负荷的基准值为350MW；厂用电容性负荷P_G2＝249.8MW，厂用电容性负荷的基准值为250MW；环境实测温度为T_i2＝29.7℃，环境实测温度的基准值为30℃；发电机励磁电流I_e2＝1998.5A，发电机励磁电流的基准值为2000A；发电机励磁电压U_e2＝374V，发电机励磁电压的基准值为380V；发电厂内A、B、C三相瞬时电压u_0A2＝378V、u_0B2＝376V、u_0C2＝378V，发电厂内A、B、C三相瞬时电压的基准值为380V；发电厂内三相瞬时电流i_0A2＝1988A、i_0B＝2005A、i_0C＝2000A，发电厂内三相瞬时电流的基准值为2000A。

对以上物理量进行标幺值计算得：

由此，根据公式计算发电厂二拖一运行状态下厂用电功率波动对A、B、C三相负载的影响因子为：α_A2≈1.034，α_B2≈1.0311，α_C2≈1.026。

步骤2：计算燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电输出功率对A、B、C三相负载电压的影响因子；

实时采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电的频率f_u、发电厂厂内电压U_L、发电厂厂内电流I_L，发电厂厂内的总有功负荷P_W，发电厂厂内的总无功负荷Q_W以及发电厂厂用电系统电阻R，并计算得到这些参数的标幺值：

其中，f_u,b和f_u'分别为发电厂厂用电频率的基准值和标幺值，U_L,b和U'_L分别为发电厂厂内电压的基准值和标幺值，I_L,b和I'_L分别为发电厂厂内电流的基准值和标幺值，P_W,b和P′_W分别为发电厂内的总有功负荷的基准值和标幺值，Q_W,b和Q'_W分别为发电厂内的总无功负荷的基准值和标幺值，R_b和R'分别为厂用电系统电阻的基准值和标幺值；

进而计算得到发电厂厂用电输出功率对A相负载电压的影响因子β_A，发电厂厂用电输出功率对B相负载电压的影响因子β_B，发电厂厂用电输出功率对C相负载电压的影响因子β_C：

采集发电厂厂用电的频率f_u＝49.8Hz，发电厂厂用电的频率的基准值为50Hz；发电厂厂内电压U_L＝5.42kV，发电厂厂内电压的基准值为5.5kV；发电厂厂内电流I_L＝198A，发电厂厂内电流的基准值为200A；发电厂内的总有功负荷P_W＝49MW，发电厂内的总有功负荷的基准值为50MW；发电厂内的总无功负荷Q_W＝19.5Mvar，发电厂内的总无功负荷的基准值为20Mvar；厂用电系统电阻R＝998.4Ω，厂用电系统电阻的基准值为1000Ω。

通过对以上物理量进行标幺值计算：

根据以上数据，对发电厂厂用电输出功率对A相电压的影响因子β_A，发电厂厂用电输出功率对B相电压的影响因子β_B，发电厂厂用电输出功率对C相电压的影响因子β_C进行计算得：β_A≈1.035，β_B≈1.014，β_C≈1.028。

步骤3：计算厂用电三相电压平衡稳定性参数指标δ，进而判断厂用电三相电压是否平衡；

所述厂用电三相电压平衡稳定性参数指标δ如下公式所示：

厂用电三相电压平衡稳定性参数指标δ与厂用电三相电压平衡状态如表1所示，当δ在0.5-4.2范围内，说明厂用电三相电压是平衡的；当δ小于0.5时或者大于4.2时，厂用电三相电压处于不平衡状态，需要进行调节，以免造成危害；

表1厂用电三相电压平衡状态

δ>4.2	厂用电三相电压不平衡
		0.5<δ<4.2	厂用电三相电压平衡
δ<0.5	厂用电三相电压不平衡

本实施例中，计算得出δ≈1.045，说明厂用电三相电压为平衡状态。

步骤4：计算燃气蒸汽联合循环机组一拖一和二拖一运行状态下外送功率变换影响因素指标λ，并根据外送功率变换影响因素指标λ判断燃气蒸汽联合循环机组的运行能耗；

外送功率变换影响因素指标λ如下公式所示；

当λ在0.5～4.7范围内，一拖一和二拖一两种运行状态下，燃气蒸汽联合循环机组运行能耗是符合能耗损失的；当λ小于0.5时，燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行状态下的运行能耗高于设定值；当λ大于4.7时，燃气蒸汽联合循环机组二拖一运行状态下的运行能耗高于设定值，需要对设备进行替换或检修。

本实施例中，计算得出λ≈1.665，该燃气蒸汽联合循环机组运行能耗符合能耗损失要求。

最后应说明的是：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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：计算燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行和一拖二运行两种不同运行方式下发电厂厂用电功率波动对A、B、C三相负载的影响因子；

步骤2：计算燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电输出功率对A、B、C三相负载电压的影响因子；

步骤3：根据步骤1和步骤2的影响因子计算厂用电三相电压平衡稳定性参数指标，进而判断厂用电三相电压是否平衡；

步骤4：根据步骤1和步骤2的影响因子计算燃气蒸汽联合循环机组一拖一和二拖一运行状态下外送功率变换影响因素指标，并根据外送功率变换影响因素指标判断燃气蒸汽联合循环机组的运行能耗；

所述步骤1的具体方法为：

步骤1.1：在燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行状态下，采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h1、厂用电感性负荷P_L1、厂用电容性负荷P_G1以及环境实测温度T_i1，发电机励磁电流I_e1，发电机励磁电压U_e1，发电厂内A、B、C三相负载的瞬时电压u_0A1、u_0B1、u_0C1，发电厂内三相负载的瞬时电流i_0A1、i_0B1、i_0C1，并计算这些参数的标幺值：

进而计算得到发电厂厂用电功率波动对A相负载的影响因子α_A1、发电厂厂用电功率波动对B相负载的影响因子α_B1、发电厂厂用电功率波动对C相负载的影响因子α_C1：

其中，P′_h1为发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率的标幺值，P′_L1为发电厂厂用电感性负荷的标幺值，P′_G1为发电厂厂用电容性负荷的标幺值，T′_i1为环境实测温度的标幺值，I'_e1为发电机的励磁电流的标幺值，U'_e1为发电机励磁电压的标幺值，u′_0A1、u′_0B1、u′_0C1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的标幺值，i′_0A1、i′_0B1、i′_0C1分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的标幺值；

步骤1.2：在燃气蒸汽联合循环机组二拖一运行状态下，采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率P_h2、厂用电感性负荷P_L2、厂用电容性负荷P_G2以及环境实测温度为T_i2，发电机励磁电流I_e2，发电机励磁电压U_e2，发电厂内A、B、C三相负载的瞬时电压u_0A2、u_0B2、u_0C2和瞬时电流i_0A2、i_0B2、i_0C2，并计算得到这些参数的标幺值：

进而计算得到发电厂厂用电功率波动对A相负载影响因子α_A2、发电厂厂用电功率波动对B相负载影响因子α_B2、发电厂厂用电功率波动对C相负载影响因子α_C2：

其中，P′_h2为发电厂燃气蒸汽联合循环机组发出的功率的标幺值，P′_L2为发电厂厂用电感性负荷的标幺值，P′_G2为发电厂厂用电容性负荷的标幺值，T′_i2为环境实测温度的标幺值，I'_e2为发电机的励磁电流的标幺值，U'_e2为发电机励磁电压的标幺值，u′_0A2、u′_0B2、u′_0C2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电压的标幺值，i′_0A2、i′_0B2、i′_0C2分别为发电厂内A、B、C三相负载瞬时电流的标幺值；

所述步骤2的具体方法为：

实时采集发电厂燃气蒸汽联合循环机组运行状态下厂用电的频率f_u、发电厂厂内电压U_L、发电厂厂内电流I_L，发电厂厂内的总有功负荷P_W，发电厂厂内的总无功负荷Q_W以及发电厂厂用电系统电阻R，并计算得到这些参数的标幺值：

进而计算得到发电厂厂用电输出功率对A相负载电压的影响因子β_A，发电厂厂用电输出功率对B相负载电压的影响因子β_B，发电厂厂用电输出功率对C相负载电压的影响因子β_C：

其中，f_u′为发电厂厂用电频率的标幺值，U_L′为发电厂厂内电压的标幺值，I_L′为发电厂厂内电流的标幺值，P_W′为发电厂内的总有功负荷的标幺值，Q′_W为发电厂内的总无功负荷的标幺值，R′为厂用电系统电阻的标幺值；

所述厂用电三相电压平衡稳定性参数指标δ如下公式所示：

当δ在0.5-4.2范围内，说明厂用电三相电压是平衡的；当δ小于0.5时或者大于4.2时，厂用电三相电压处于不平衡状态；

所述外送功率变换影响因素指标λ如下公式所示；

当λ在0.5～4.7范围内，一拖一和二拖一两种运行状态下，燃气蒸汽联合循环机组运行能耗是符合能耗损失的；当λ小于0.5时，燃气蒸汽联合循环机组一拖一运行状态下的运行能耗高于设定值；当λ大于4.7时，燃气蒸汽联合循环机组二拖一运行状态下的运行能耗高于设定值，需要对设备进行替换或检修。