CN116207758A - 一种电力供应系统中发电设备控制系统及方法 - Google Patents

一种电力供应系统中发电设备控制系统及方法 Download PDF

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关志柱
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Abstract

本发明涉及发电设备领域，具体提供一种电力供应系统中发电设备控制系统及方法，该系统包括：发电设备、励磁绕组、过电流继电器或电流抑制控制装置、电压设定器、断路器、负载装置、电压反馈变压器。本发明技术方案的实施，当产生三相不平衡电压时，在不影响发电设备继续正常运转的情况下，通过设置过电流继电器或电流抑制控制装置，实现抑制三相不平衡电压。

Description

一种电力供应系统中发电设备控制系统及方法
技术领域
本发明涉及发电设备领域，具体涉及一种电力供应系统中发电设备控制系统及方法。
背景技术
在现有技术中，引起三相电压不平衡的原因有多种，如：单相接地、断线谐振等，比较常见的包括断线故障，如一相断线但未接地，或断路器、隔离开关一相未接通，电压互感器保险丝熔断等均会造成三相参数不对称。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三相电压都降低，且其中一相较低，另两相较高但二者电压值接近。本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。还包括接地故障，当线路一相断线并单相接地时，虽引起三相电压不平衡，但接地后电压值不改变。
在生产、生活用电中，三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态。造成变压器的损耗增大（包括空载损耗和负载损耗）。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。另外，三相电压不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种电力供应系统中发电设备控制系统和方法，通过本发明技术方案的实施，当产生三相不平衡电压时，在不影响发电设备继续正常运转的情况下，通过过电流继电器或电流抑制控制装置的设置实现抑制不平衡电压。
一种电力供应系统中发电设备控制系统，包括：发电设备、断路器、负载装置；其中，发电设备通过断路器与负载装置连接，所述断路器包括第一断路器和第二断路器；所述负载包括第一负载装置和第二负载装置；第一断路器和第二断路器依次设置在所述发电设备与所述第一负载装置之间；还包括过电流继电器或电流抑制控制装置，其中：
过电流继电器包括第一变流器、继电器电路；在发电设备与第一断路器之间设置第一变流器，所述第一变流器为三个，分别设置在发电设备与第一断路器之间的三相电路上，所述继电器电路与三个所述第一变流器共同构成了过电流继电器；
电流抑制控制装置包括第二变流器、电流检测电路、电流显示器；在发电设备与第一断路器之间设置第二变流器，所述第二变流器为三个，分别设置在发电设备与第一断路器之间的三相电路上，所述第二变流器与电流检测电路三相连接，电流检测电路与控制电路连接，设置电流显示器连接到电流检测电路上，三个所述第二变流器、所述电流检测电路、所述控制电路以及所述电流显示器共同构成了电流抑制控制装置。
优选的，所述过电流继电器为反向过电流继电器。
优选的，电流抑制控制装置为反向电流抑制控制装置。
优选的，在发电设备与第一负载装置之间三相电路上，在发电设备与断路器之间三相连接电压反馈变压器，所述电压反馈变压器与自动电压调节器连接，所述自动电压调节器还分别连接励磁绕组和电压设定器。
优选的，系统电源通过第三断路器三相连接到第一断路器和第二断路器之间，在所述系统电源与所述第三断路器之间设置第二负载装置。
一种应用于所述电力供应系统中发电设备控制系统的方法，包括，发电设备的输出电力和来自系统电源的系统电力在第一断路器和第二断路器之间的三相节点合流，并通过第二断路器供给到第一负载装置，发电设备的输出端电压由过电流继电器或电流抑制控制装置控制，以使输出端电压与由系统电源的线间电压保持一致，所述线间电压为第一断路器和第二断路器之间的三相电压。
本发明的电力供应系统中发电设备控制系统及方法，可以由矢量值表示的反向电流的大小通过变更发电设备输出端电压而增加/减少，手动或自动地变更电压设定器的设定电压，以使由矢量值表示的反向电流的大小成为表示最小值的发电设备输出端电压。
在本发明的电力供应系统中发电设备控制系统及方法中，在将发电设备与各线间电压不一致的三相不平衡系统电源并联连接并供给电力的系统中，根据发电设备的输出相电流通过运算来计算流入发电设备的反向电流，并进行控制以调节发电设备输出端电压，使得反向电流的大小成为最小值，因此，在系统电源电压变得不平衡的情况下，能够将流入发电设备的反向电流抑制为最小限度，从而保持了三相电压的平衡。
附图说明
图1为本发明的电力供应系统中发电设备控制系统的电路示意图；
图2为本发明发电设备抑制不平衡电压控制方法的原理特性图；
图3为是本发明电力供应系统中发电设备控制方法的矢量图；
图4为本发明电力供应系统中发电设备控制系统另一实施例的电路示意图。
附图标记：
1：发电设备 2：励磁绕组 3：自动电压调节器 4：电压设定器 5：第一断路器 6：第二断路器 7：第一负载装置 8：过电流继电器 9：电压反馈变压器 10：系统电源 11：第三断路器 12：第二负载装置 13：电流检测电流互感器 14：电流检测电路 15：控制电路 16：电流抑制控制装置 17：电流显示器。
具体实施方式
实施例一：如图1所示，一种电力供应系统中发电设备控制系统，包括：发电设备1、断路器、负载装置；其中，发电设备1通过断路器与负载装置连接，所述断路器包括第一断路器5和第二断路器6；所述负载包括第一负载装置7和第二负载装置12（L1、L2、L3）；第一断路器5和第二断路器6依次设置在所述发电设备1与所述第一负载装置7之间。还包括第一变流器、继电器电路8a；在发电设备1与第一断路器5之间设置第一变流器，所述第一变流器为三个（8-1、8-2、8-3），分别设置在发电设备1与第一断路器5之间的三相电路上，所述继电器电路8a与三个所述第一变流器共同构成了过电流继电器8。所述过电流继电器8为反向过电流继电器。
在发电设备1与第一断路器5之间三相电路上，在发电设备1与断路器之间三相连接电压反馈变压器9，所述电压反馈变压器9与自动电压调节器3连接，所述自动电压调节器3还分别连接励磁绕组2和电压设定器4。
系统电源10通过第三断路器11三相连接到第一断路器5和第二断路器6之间，在所述系统电源10与所述第三断路器11之间设置第二负载装置12。
应用于上述电力供应系统中发电设备控制系统的方法：发电设备1的输出电力和来自系统电源10的系统电力在各受电端（用第一断路器5和第二断路器6之间的三相节点a、b以及c表示）合流，通过第二断路器6供给到第一负载装置7。发电设备1的输出端电压由自动电压调整装置来控制，以使输出端电压与由矢量值表示的系统电源10的线间电压Vab、Vbc、Vca保持一致。所述自动电压调整装置采用过电流继电器8，从而抑制三相不平衡电压。自动电压调节器3接收由电压设定器4（例如电位计在远程设定用继电器触点向增大或减小方向旋转的电动设定式设定器）设定的电压设定信号Er和由电压反馈变压器9检测出的发电设备电压反馈信号Vf，从而由自动电压调整装置进行调整，将发电设备1调整为设定恒定的电压所需的励磁电流供给至励磁绕组2。
另外，系统电源10的受电端a、b以及c处的用向量值表示的各线间电压Vab、Vbc以及Vca一般全部是大小一致的三相平衡电压，其矢量图为包括a、b、c那样的正三角形。但是，由于从电力供应到受电端的输电路径中的各种负载（如第二负载装置12）的影响等，在受电端，例如有时仅（由图2所示的）三角形a1、b1、c1所示那样的矢量值表示的线间电压Vca成为极端降低的三相不平衡电压。 在这样的不平衡电压的系统电源10上并联连接发电设备1时，会导致反向电流流入发电设备1。众所周知，用向量值表示的不平衡三相电流Ia、Ib及Ic能分解为用向量值表示的零相电流量I0、作为2组平衡三相电流的用向量值表示的正向电流量I1及用向量值表示的反向电流量I2。流入所述发电设备1的反向电流相当于由该矢量值表示的反向电流量I2。
反向电流量I2通过下式进行计算：
I2=1/3(Ia+α2Ib+αIc)
其中，α=-1/2+(√3/2)j，Ia、Ib及Ic为不平衡三相电流Ia、Ib及Ic的测量值，j为电流密度。
实施例二：在本发明实施例中，如图4所示，在实施例一电路结构上，替换掉了过电流继电器，设置电流抑制控制装置16：在发电设备1与第一断路器5之间设置第二变流器，所述第二变流器为三个（13-1、13-2、13-2），分别设置在发电设备1与第一负载装置7之间的三相电路上，所述第二变流器与电流检测电路14三相连接，电流检测电路14与控制电路15连接，设置电流显示器17连接到电流检测电路14上，三个所述第二变流器、所述电流检测电路14、所述控制电路15以及所述电流显示器17共同构成了电流抑制控制装置16。
电流抑制控制装置16检测第二变流器的电流，由于当三相电压不平衡时，通常会产生一定的反向电流，因此，可以将电流控制装置16设置为反向电流控制装置，根据这些电流信号来检测反向电流的大小（反向电流量I2绝对值）的反向电流检测电路14、以及使反向电流最小的方式来控制发电设备1输出端电压的控制电路15。在这种情况下，在自动地控制发电设备1输出端电压而进行手动控制的情况下，如图4中虚线所示，设置显示反向电流的当前值的反向电流显示器17。
如图2、3所示，表示出了矢量图（图2）中的三角形a1、b1以及c1所示的不平衡电压的情况下，电压设定信号Er与发电设备输出端电压Vg以及反向电流的关系的特性关系。关于电压设定信号Er与发电设备1输出端电压Vg的关系，例如在电压设定信号Er从-10V变化至+10V时，发电设备1输出端电压Vg从6.0 kV变化至7.2 kV，通常运转在电压设定信号Er为0V且发电设备1输出端电压Vg为6.6 kV的状态下进行。在这样的运转状态下，系统电源10提供上述的不平衡电压的情况下，反向电流增大。此时，随着使电压设定信号Er从0V下降而使发电设备1输出端电压Vg下降，反向电流量I2减少，若进一步使发电设备1输出端电压Vg继续下降，则这次反向电流量I2开始向增加的方向转变。如图3所示，在发电设备1输出端电压Vg相对于电压设定信号Er低于0V的E的设定信号时，反向电流示出最小值。
如果用图2的矢量图对此进行说明，则在系统电源10电压从平衡时的三角形a、b、c变为不平衡时的三角形a1、b1、c1时，通过将发电设备1输出端电压Vg从三角形a、b、c变更为三角形a2、b2、c2，能够减少反向电流，使其得到最小值。
本发明可以手动或自动地控制发电设备1输出端电压Vg以使反向电流最小化。在图4中，将由第二变流器检测的用矢量值表示的三相电流Ia、Ib和Ic输入到电流检测电路14，用矢量值表示的所述反向电流的计算式通过运算来检测反向电流量I2的绝对值。在通过手动进行控制的情况下，定期地确认能够目视当前的反向电流的电流显示器17的显示值，通过手动将电压设定器4的设定值向增大或减小方向变更，在显示值成为最小的位置固定设定值。即使在该调整时三相电压不平衡以及反向电流暂时上升，也不会对发电设备1造成异常、损伤。
在自动地使反向电流最小的情况下，通过删除了手动控制所需的图4中虚线所示的电流显示器17的发电设备1的反向电流抑制电流抑制控制装置16来进行控制。在这种情况下，在控制电路15中，接收反向电流的信号，利用电压设定器4内的设定值增加/减少用继电器的励磁信号Ex使各继电器发挥作用，扫描电压设定信号Er，使发电设备1输出端电压Vg增加/减少，使反向电流变化，在检测到反向电流量I2成为最小值的时刻停止电压设定信号Er的扫描，并且保持最小值的反向电流量I2。因此，能够进行使反向电流减少到最小限度的状态下的发电设备1运转。反向电流根据系统电源10的电压不平衡率的状态而变动，因此，每当发生反向电流的变动时，进行上述控制，能够进行始终将反向电流抑制从而最大程度维持三相电压的平衡。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (6)

1.一种电力供应系统中发电设备控制系统，其特征在于包括：发电设备（1）、断路器、负载装置；其中，发电设备（1）通过断路器与负载装置连接，所述断路器包括第一断路器（5）和第二断路器（6）；所述负载包括第一负载装置（7）和第二负载装置（12）；第一断路器（5）和第二断路器（6）依次设置在所述发电设备（1）与所述第一负载装置（7）之间；还包括过电流继电器（8）或电流抑制控制装置（16），其中：
过电流继电器（8）包括第一变流器、继电器电路（8a）；在发电设备（1）与第一断路器（5）之间设置第一变流器，所述第一变流器为三个，分别设置在发电设备（1）与第一断路器（5）之间的三相电路上，所述继电器电路与三个所述第一变流器共同构成了过电流继电器（8）；
电流抑制控制装置（16）包括第二变流器、电流检测电路（14）、电流显示器（17）；在发电设备（1）与第一断路器（5）之间设置第二变流器，所述第二变流器为三个，分别设置在发电设备（1）与第一断路器（5）之间的三相电路上，所述第二变流器与电流检测电路（14）三相连接，电流检测电路（14）与控制电路（15）连接，设置电流显示器（17）连接到电流检测电路（14）上，三个所述第二变流器、所述电流检测电路（14）、所述控制电路（15）以及所述电流显示器（17）共同构成了电流抑制控制装置（16）。
2.如权利要求1所述一种电力供应系统中发电设备控制系统，其特征在于：所述过电流继电器（8）为反向过电流继电器。
3.如权利要求1所述一种电力供应系统中发电设备控制系统，其特征在于：电流抑制控制装置（16）为反向电流抑制控制装置。
4.如权利要求1-3任意一项所述一种电力供应系统中发电设备控制系统，其特征在于：在发电设备（1）与第一负载装置（7）之间三相电路上，在发电设备（1）与断路器之间三相连接电压反馈变压器（9），所述电压反馈变压器（9）与自动电压调节器（3）连接，所述自动电压调节器（3）还分别连接励磁绕组（2）和电压设定器（4）。
5.如权利要求4所述一种电力供应系统中发电设备控制系统，其特征在于：系统电源（10）通过第三断路器（11）三相连接到第一断路器（5）和第二断路器（6）之间，在所述系统电源（10）与所述第三断路器（11）之间设置第二负载装置（12）。
6.一种应用于如权利要求1-5任意一项所述电力供应系统中发电设备控制系统的方法，其特征在于：发电设备（1）的输出电力和来自系统电源（10）的系统电力在第一断路器（5）和第二断路器（6）之间的三相节点（a、b、c）合流，并通过第二断路器（6）供给到第一负载装置（7），发电设备（1）的输出端电压由过电流继电器或电流抑制控制装置控制，以使输出端电压与由系统电源（10）的线间电压保持一致，所述线间电压为第一断路器（5）和第二断路器（6）之间的三相电压。
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