專利名稱：同步發(fā)電機功角測量方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于 一種功角測量方法，且特別是一種同步發(fā)電機功角測量方法。
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，輸電線路電壓等級越來越高，輸電距離越來越 長，因而線間及對地的電容加大，加之有的配電網絡使用了電纜線路，從而引 起了電力系統(tǒng)電容電流以及容性無功功率的增加。遇夜間或節(jié)假日負荷處于低 谷時，線^^斤產生的無功功率過剩，過剩的無功功率會使電力系統(tǒng)的電壓升高, 甚至超過允許的規(guī)定值，嚴重地影響到電能質量和設備安全。因此，吸收電網 中的無功功率，降低偏高的電網電壓就成了電網的當務之急。而將發(fā)電機進相 運行就是調節(jié)系統(tǒng)電壓最經濟、有效、便利的措施之一。
功角M應發(fā)電機穩(wěn)定運行及穩(wěn)定運行余量的重要標志，功角在時間上表 示端電壓向量和勵i茲磁勢之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場軸線與轉子 磁場軸線之間夾角。發(fā)電機進相運行時，為防止發(fā)電機失穩(wěn)及觀測其穩(wěn)定余度, 發(fā)電機功角的監(jiān)視是必要的，同時，也能為勵磁系統(tǒng)低勵限制的安全深度提供 可靠依據。另外，對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的監(jiān)視，發(fā)電機系統(tǒng)功角的測量 也是不可缺少的。
傳統(tǒng)的功角測量方法一是利用計算公式， "/"，其中^d為發(fā)
電機的同步電抗，《為感應電勢與端電壓U間的相位夾角(稱為發(fā)電機的功率角 或功角)，？為有功功率，2為無功功率，采集發(fā)電機有功、無功和機端電壓，
背景技術：
輸入計算公式，給出發(fā)電機功角。方法二是利用發(fā)電機轉速信號進行分頻處理 成一個脈沖，與機端電壓進行比較，得到一個相對電角度作為監(jiān)視值。由于計
算公式中發(fā)電機"d是隨發(fā)電機進相工況不同而變化的值，試驗很難得到準確 值，故功角值一般有3度以上的誤差；而利用轉速測到的功角因為是相對值， 作為進相控制值比較難確定。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種同步發(fā)電機功角測量方法，以解決傳統(tǒng)技術的缺失。
本發(fā)明提出一種功角測量方法，適用于同步發(fā)電機，同步發(fā)電機裝有電壓 互感器，上述電壓互感器二次側輸出發(fā)電機端電壓信號。
功角測量方法包含下列步驟擷取轉軸位置信號；同步上述位置信號與市 電，得到一個頻率與市電頻率相等、且與市電保持固定的相位差值的同步信號; 以及相位比較上述同步信號與上述發(fā)電機端電壓信號。
綜上所述，本發(fā)明的功角測量裝置與傳統(tǒng)方法相比，是直接利用4建相測量 單元或光電信號轉換器直接得到轉軸位置信號，得到真實的發(fā)電機功角，測量 精度高，方便作為機組進相運行控制值或保護值，可防止發(fā)電機進相時失步不 穩(wěn)定運行。
為讓本發(fā)明的特征和優(yōu)點更清楚的被了解，本發(fā)明特舉具體實施例并配合
如下。
圖1所示為本發(fā)明直接測量功角的原理圖。
圖2所示為根據本發(fā)明一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的流程圖。 圖3所示為應用本發(fā)明一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的裝置示意圖。 圖4所示為根據本發(fā)明另 一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的流程圖。圖5所示為應用本發(fā)明另一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的裝置示意圖。
具體實施例方式
-圖1所示為本發(fā)明直接測量功角的原理圖。
假設同步發(fā)電機為三相二極式，有一個定子繞組、 一個勵磁繞組。假設定 子繞組三相對稱，氣隙中磁通按正弦規(guī)律分布，忽略磁飽和的影響，將同步電 機磁場轉化為d、 q軸空間向量圖。
請參考圖1，功角5為發(fā)電才幾的感應電勢Eo和端電壓U之間的時間相角。 在轉軸上確定一個固定位置，如《(與q軸的相角為P)，則q'可間接代表了 Eo的方向，Eo與q'間相角差為50=90° +P(S0為定位相角差)。將轉軸上固定位 置q'轉化為電信號，測得固定位置q'與發(fā)電機端電壓U的相角差&^o+5， 根據已經確定的&，就可求出發(fā)電機的功角5。
圖2所示為根據本發(fā)明一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的流程圖。圖3 所示為根據本發(fā)明一實施例的同步發(fā)電機功角測量裝置的示意圖。
本實施例中同步發(fā)電機為汽輪發(fā)電機2，在其他實施例中同步發(fā)電機可為其 他類型的同步發(fā)電機，本發(fā)明對此不加限制。
請參考圖3，汽輪發(fā)電機裝有電壓互感器2，電壓互感器21二次側輸出汽 輪發(fā)電機端電壓信號。汽輪發(fā)電機功角測量裝置1包含鍵相測量單元11,鎖相 環(huán)路12,以及相位比較器13。鎖相環(huán)路12電性連接于鍵相測量單元U，相位 比較器13電性連接于鎖相環(huán)路12和電壓互感器21的二次側。
請同時參考圖2和圖3，首先在步驟S101中，電壓互感器21的二次側輸出 汽輪發(fā)電機的端電壓信號至相位比較器13。
在步驟S103中，4建相測量單元11擷取轉軸的位置信號。鍵相測量單元11 包括通過在轉軸上設置一個凹槽或凸鍵、探頭、以及傳感器。當這個凹槽或凸 鍵轉到探頭安裝位置時，相當于探頭與被測面間距突變或有反光，傳感器會產步驟S107中，相位比較器13電性連接于鎖相環(huán)路12和電壓互感器21的 二次側。相位比較器13相位比較鎖相環(huán)路12輸出的同步信號以及發(fā)電機端電 壓信號，得到一個電角度。在汽輪發(fā)電機并網前空栽運行狀態(tài)下，測量位置信號與感應電勢Eo間的夾 角作為功角零位。將相位比較器13得到的電角度減去功角零位，即得到汽輪發(fā) 電機進相運行實時的功角。圖4所示為根據本發(fā)明另 一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的流程圖。 圖5所示為應用本發(fā)明另 一實施例的同步發(fā)電機功角測量方法的裝置示意圖。在本實施例中同步發(fā)電機為水輪發(fā)電機4，再其他實施例中同步發(fā)電機可為 其他類型的同步發(fā)電機，本發(fā)明對此不加限制。請參考圖5，同步發(fā)電機功角測量裝置3適用于水輪發(fā)電機4。水輪發(fā)電機 4裝有電壓互感器41，電壓互感器41 二次側輸出發(fā)電機端電壓信號。水輪發(fā)電 機功角測量裝置3包含光電信號轉換器31，鎖相環(huán)路32,以及相位比較器33。 鎖相環(huán)路32電性連接于光電信號轉換器31，相位比較器33電性連接于鎖相環(huán) 路32與電壓互感器41 二次側。請同時參考圖4和圖5，首先在步驟S101中，電壓互感器21的n次側輸出 汽輪發(fā)電機的端電壓信號至相位比較器33。在步驟S303中，光電信號轉換器31擷取轉軸的位置信號。光電信號轉換 器31可通過在水輪發(fā)電機4的轉軸上涂上反光漆或反光紙，得到轉軸的位置信 號。在步驟S305中，鎖相環(huán)路32接收鍵相測量單元31輸出的位置信號，并輸 出一個頻率與市電的頻率相同、且與市電(例如，頻率為50Hz)保持固定的相 位差值的同步信號。步驟S307中，相位比較器33相位比較鎖相環(huán)路32輸出的同步信號以及水 輪發(fā)電機4的端電壓信號，得到一個電角度。在水輪發(fā)電機4并網前空載運行狀態(tài)下，測量位置信號與感應電勢Eo間的 夾角作為功角零位。將相位比較器33得到的角電度減去功角零位，即得到水輪 發(fā)電機進相運行實時的功角。綜上所述，本發(fā)明的功角測量裝置與傳統(tǒng)方法相比，是直接利用鍵相測量 單元或光電信號轉換器直接得到轉軸位置信號，得到真實的發(fā)電機功角，測量 精度高，方便作為機組進相運行控制值或保護值，可防止發(fā)電機進相時失步不 穩(wěn)定運行。雖然本發(fā)明已以具體的較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 任何熟習此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，仍可作些許更動與潤 飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種功角測量方法，適用于同步發(fā)電機，同步發(fā)電機裝有電壓互感器，上述電壓互感器二次側輸出發(fā)電機端電壓信號，其特征在于，上述功角測量方法包含下列步驟擷取轉軸的位置信號；同步上述位置信號與市電，得到一個頻率與市電頻率相同、且與市電保持固定的相位差值的同步信號；以及相位比較上述同步信號與上述發(fā)電機端電壓信號。
2. 根據權利要求l所述的功角測量方法，其中上述擷取轉軸位置信號的步 驟為利用4建相測量單元擷取轉軸位置信號。
3. 根據權利要求l所述的功角測量方法，其中上述擷取轉軸位置信號的步 驟為利用光電信號轉換器擷取轉軸位置信號
4. 根據權利要求1所述的功角測量裝置，其中上述同步上述位置信號與市 電的步驟為利用鎖相環(huán)路同步上述位置信號與市電。
5. 才艮據權利要求1所述的功角測量裝置，其中上述市電的頻率為50赫茲。
全文摘要
本發(fā)明提出一種功角測量方法，適用于同步發(fā)電機。同步發(fā)電機裝有電壓互感器，上述電壓互感器二次側輸出發(fā)電機端電壓信號。同步發(fā)電機功角測量方法包含下列步驟擷取轉軸位置信號；同步上述位置信號與市電，得到一個頻率與市電頻率相同、且與市電保持固定的相位差值的同步信號；以及相位比較上述同步信號與上述發(fā)電機端電壓信號。
文檔編號G01R31/34GK101661082SQ20081004210
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2008年8月27日
發(fā)明者李福興 申請人:華東電力試驗研究院有限公司