專利名稱：基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)發(fā)電機失步保護方案，特別涉及一種基于發(fā) 電機運動軌跡幾何特征的失步保護系統(tǒng)及方法。
背景技術：
早期發(fā)電機的失步保護較廣泛的是利用間接反映機組穩(wěn)定性的狀態(tài)變 量啟動切機命令，如視在阻抗、振蕩中心電壓及其變化率。這種控制方式
簡單可靠；然而，由于啟動門檻值的整定與電網(wǎng)的接線方式、潮流狀況、 故障方式及保護動作情況等多種因素有著非常復雜的非線性關系，簡單的 定值設置已不能適應電網(wǎng)結構和運行方式的變化。
上世紀90年代初，隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，Phadke等人提 出了基于全球同步時鐘(GPS)和相量量測技術的數(shù)字式微機式發(fā)電機失步 保護系統(tǒng)。遺憾的是，限制于判別發(fā)電機組失步的理論和判據(jù)缺失，這一 想法并沒有能應用于實際。
近年來，微處理器，通信及傳感器等現(xiàn)代技術都有更進一步的發(fā)展，這 些又都為發(fā)電機失步保護賦予新的意義，在保護原理方面，產(chǎn)生了基于實 測軌跡信息的保護原理。該方法利用等面積定則，在故障切除時刻按單機 無窮大模式下的不平衡功率的解析表達式快速計算不平衡功率相對于轉(zhuǎn)子 角度的曲線，并根據(jù)功率一功角相平面上軌跡圍成的加速面積和減速面積 的差值來分析機組首次擺動的穩(wěn)定性。該方法最快能在故障臨界切除時刻預測出系統(tǒng)是否失步，具有清晰的物理概念；然而，實際系統(tǒng)情況要復雜 得多，其存在非哈密頓因素及非自治因素，發(fā)電機組不平衡功率不能寫成 解析的表達式，采用此方法困難很大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于發(fā)電 機運動軌跡幾何特征的失歩保護系統(tǒng)及方法，其檢測原理和判據(jù)指標不需 要整定，避免了以往失步保護由于其動作門檻值與系統(tǒng)運行方式相關、整 定困難的問題，而且能夠快速檢出失步，及早采取抑制措施，以避免發(fā)生 振蕩失步。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的 基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護系統(tǒng)，包括一信息母線2，全
球定位系統(tǒng)1的信息輸出接口連接在信息母線2上，相角測量單元3通過 遠方通信單元4的信息輸出端連接在信息母線2上，失步保護裝置6通過 通信接口連接到信息母線2上，發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5的 數(shù)據(jù)輸出端與信息母線2相連接。
基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護方法，包括以下步驟 第一步全球定位系統(tǒng)1將時間信號通過信息輸出接口發(fā)送到信息母 線2上，相角測量單元3通過遠方通信單元4將信息發(fā)送到信息母線2上， 發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5將信息發(fā)送到信息母線2上；
第二步失步保護裝置6利用通信接口從信息母線2上同步獲得全球
定位系統(tǒng)1的時間信號、發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5和相角測
量單元3的信號；第三步將發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5測得功角數(shù)據(jù)與相 角測量單元3測得相角數(shù)據(jù)之差作為橫坐標，以發(fā)電機組功角及角速度同 步測量單元5測得角速度數(shù)據(jù)作為縱坐標，構成一個相平面，所有的采集 數(shù)據(jù)點構成一個機組軌跡曲線，根據(jù)實際中機組軌跡曲線正向搖擺(Aw〉0) 和反向搖擺(A^<0)失穩(wěn)的情況，結合實測軌跡是逐個時間點進行的，計 算功角一角速度相平面內(nèi)軌跡斜率增量指標(r)的負、正性變化作為機組 失步的判別依據(jù)，計算公式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
式中《<formula>formula see original document page 6</formula>
(0為發(fā)電廠第/臺機組在y時刻的轉(zhuǎn)子角速度； 《C/)為發(fā)電廠第,臺機組在)時刻的轉(zhuǎn)子角度； A(O為選定的參考母線在Z時刻的相角；
第四步判斷機組失步，即理論上，當某臺機組對應的相軌跡判據(jù)指 標r由負變成正時，即</)>0時，該機組失步；在實際操作中，如果檢測 到某臺機組軌跡呈現(xiàn)出凸的特征，并連續(xù)保持三個計算點，都有"力>0， 則表明該機組將會失步。
本發(fā)明能夠為發(fā)電廠中任意機組失步時提供保護，發(fā)電機失步檢測準 確度和靈敏性與發(fā)電廠的具體結構無關，適應發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的各種運 行方式和故障類型，失步檢出速度快，構成簡單，易于實現(xiàn)。


圖l是本發(fā)明的結構示意圖。
圖2是具體實施方式
中計阻尼因素(￡> = 0.02)影響時，點Fl處三相短路故障后發(fā)電機功角和轉(zhuǎn)子角速度的相平面響應曲線NRB為不返回邊 界，爿為初始狀態(tài)點為(2.2,-0.022)的相軌跡，B為初始狀態(tài)點(2.735,-0.015)的 相軌跡；
圖3是相軌跡^在正向搖擺過程中穿越不返回邊界時判據(jù)指標r的變 化曲線，其中，橫坐標表示時間/秒，縱坐標表示功角一角速度相平面內(nèi)軌 跡斜率增量指標"
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
參見圖1，基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護系統(tǒng)，包括一信息 母線2，全球定位系統(tǒng)1的信息輸出接口連接在信息母線2上，相角測量單 元3通過遠方通信單元4的信息輸出端連接在信息母線2上，失步保護裝 置6通過通信接口連接到信息母線2上，發(fā)電機組功角及角速度同步測量 單元5的數(shù)據(jù)輸出端與信息母線2相連接。
基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護方法，包括以下步驟
第一步將全球定位系統(tǒng)1將時間信號通過信息輸出接口發(fā)送到信息 母線2上，相角測量單元3通過遠方通信單元4將信息發(fā)送到信息母線2 上，發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5將信息發(fā)送到信息母線2上；
第二步失步保護裝置6利用通信接口從信息母線2上同步獲得全球 定位系統(tǒng)1的時間信號、發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5和相角測
量單元3的信號；
第三步將發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5測得功角數(shù)據(jù)與相
角測量單元3測得相角數(shù)據(jù)之差作為橫坐標，以發(fā)電機組功角及角速度同 步測量單元5測得角速度數(shù)據(jù)作為縱坐標，構成一個相平面，所有的采集數(shù)據(jù)點構成一個機組軌跡曲線，圖2給出了系統(tǒng)^4相平面內(nèi)的初始狀態(tài) 相點為」(2.2,-0.022)和B (2.735,-0.015)的相軌跡。初始狀態(tài)相點A(2.2，-0.022) 和B(2.735，-0.015)位于第四象限。計算功角一角速度相平面內(nèi)軌跡斜率增量 指標(r)的負、正性變化作為機組失步的判別依據(jù)，計算公式如下
=(力一A ^c/ _ 1) △ q(y _ 1) — A _ 2) 《(乂-l)《(卜l)-《C/-2)
式中《(J')=《C/)-A(J')
A^C/')為發(fā)電廠第/臺機組在;時刻的轉(zhuǎn)子角速度；
《C0 為發(fā)電廠第,臺機組在y時刻的轉(zhuǎn)子角度； 《C0 選定的參考母線在y時刻的相角；
第四步圖3給出了相軌跡^在正向搖擺過程中穿越不返回邊界時判 據(jù)指標r的變化曲線，判據(jù)做出系統(tǒng)失穩(wěn)判斷時刻的功角為1.74md， g口100 度，相對于故障軌跡翻越功率一功角相平面內(nèi)的不穩(wěn)定平衡點，能夠提前 220,預測出機組失步。
權利要求
1、基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護系統(tǒng)，包括一信息母線(2)，其特征在于，全球定位系統(tǒng)(1)的信息輸出接口連接在信息母線(2)上，相角測量單元(3)通過遠方通信單元(4)的信息輸出端連接在信息母線(2)上，失步保護裝置(6)通過通信接口連接到信息母線(2)上，發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元(5)的數(shù)據(jù)輸出端與信息母線(2)相連接。
2、 基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護方法，其特征在于，包括 以下步驟第一步全球定位系統(tǒng)(1)將時間信號通過信息輸出接口發(fā)送到信息 母線(2)上，相角測量單元(3)通過遠方通信單元(4)將信息發(fā)送到信 息母線(2)上，發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元(5)將信息發(fā)送到 信息母線(2)上；第二步失步保護裝置(6)利用通信接口從信息母線(2)上同步獲 得全球定位系統(tǒng)(1)的時間信號、發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元(5)和相角測量單元(3)的信號；第三步將發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元(5)測得功角數(shù)據(jù)與相角測量單元(3)測得相角數(shù)據(jù)之差作為橫坐標，以發(fā)電機組功角及角速 度同步測量單元(5)測得角速度數(shù)據(jù)作為縱坐標，構成一個相平面，所有的采集數(shù)據(jù)點構成一個機組軌跡曲線，根據(jù)實際中機組軌跡曲線正向搖擺(△&，>())和反向搖擺(紐<0)失穩(wěn)的情況，結合實測軌跡是逐個時間點進行的，計算功角一角速度相平面內(nèi)軌跡斜率增量指標(r)的負、正性變 化作為機組失步的判別依據(jù)，計算公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>式中《(力=《(力一《(力△",(0為發(fā)電廠第,臺機組在7時刻的轉(zhuǎn)子角速度；《C/)為發(fā)電廠第/臺機組在y時刻的轉(zhuǎn)子角度； 為選定的參考母線在z時刻的相角；第四步判斷機組失步，即理論上，當某臺機組對應的相軌跡判據(jù)指 標r由負變成正時，即<力>0時，該機組失步；在實際操作中，如果檢測 到某臺機組軌跡呈現(xiàn)出凸的特征，并連續(xù)保持三個計算點，都有"/)>0， 則表明該機組將會失步。
全文摘要
基于發(fā)電機運動軌跡幾何特征的失步保護系統(tǒng)及方法，包括一信息母線2，全球定位系統(tǒng)1、失步保護裝置6、發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5、相角測量單元3通過遠方通信單元4均連接在信息母線2上，將發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5與相角測量單元3測得的數(shù)據(jù)之差作為橫坐標，以發(fā)電機組功角及角速度同步測量單元5測得的數(shù)據(jù)作為縱坐標，構成相平面，利用實測機組的運動軌跡，并根據(jù)相軌跡的幾何凹凸特征變化快速判別機組失步，本發(fā)明能夠為發(fā)電廠中任意機組失步時提供保護，發(fā)電機失步檢測準確度和靈敏性與發(fā)電廠的具體結構無關，適應發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的各種運行方式和故障類型，失步檢出速度快，構成簡單，易于實現(xiàn)。
文檔編號H02H7/06GK101540495SQ20091002227
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權日2009年4月29日
發(fā)明者安德魯·克萊門克, 張保會, 薄志謙, 歡 謝, 郝治國 申請人:西安交通大學