勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定方法、系統(tǒng)及pss協(xié)調(diào)方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定方法、系統(tǒng)及PSS 協(xié)調(diào)方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 調(diào)差指同步發(fā)電機(jī)在功率因數(shù)等于零的情況下，無功電流從零變化到額定值時(shí)， 發(fā)電機(jī)端電壓變化的變化率。國內(nèi)對(duì)調(diào)差的極性規(guī)定為：向下傾斜的特性曲線（即電壓隨 無功負(fù)荷增加而下降）的調(diào)差系數(shù)為正，稱為正調(diào)差；反之，向上傾斜的特性曲線的調(diào)差系 數(shù)為負(fù)，稱為負(fù)調(diào)差。
[0003] 目前電廠的發(fā)電機(jī)普遍采用單元接線方式，即一臺(tái)發(fā)電機(jī)配一臺(tái)升壓變掛網(wǎng)運(yùn) 行，而新投運(yùn)機(jī)組的主變壓器短路電抗一般達(dá)到20%以上，因此發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的聯(lián)系 變?nèi)?，?dǎo)致發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的電壓跌落感知的靈敏度變小，對(duì)電網(wǎng)的無功支撐力度也相對(duì)減 弱，電網(wǎng)穩(wěn)定性降低。因此，電網(wǎng)需要發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)采用負(fù)調(diào)差，抵消一部分主變壓 器短路電抗，使得一個(gè)發(fā)電單元（發(fā)電機(jī)+升壓變掛網(wǎng)）的總調(diào)差減小，以增強(qiáng)發(fā)電機(jī)對(duì)電 網(wǎng)的無功支撐力度，提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。
[0004] 勵(lì)磁系統(tǒng)中設(shè)有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的PSS(power system stabilization 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）與調(diào)差系數(shù)均對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生作用。一般情況下，調(diào)差系數(shù)的選擇以 "并列點(diǎn)的電壓調(diào)差率宜按照5%~10%整定，在無功分配穩(wěn)定的情況下取小值，同母線下 的電壓調(diào)差率應(yīng)相同"為原則，但是具體選擇多少往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，缺乏理論計(jì)算，且隨 意性較大。因此，傳統(tǒng)的選取調(diào)差系數(shù)方法對(duì)提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種高效率提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的勵(lì)磁系統(tǒng) 調(diào)差整定方法、系統(tǒng)及PSS協(xié)調(diào)方法和系統(tǒng)。
[0006] -種勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定方法，包括如下步驟：
[0007] 獲取發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，根據(jù)所述功率因數(shù)計(jì)算第一負(fù)調(diào)差系數(shù)，其中，所述第一 負(fù)調(diào)差系數(shù)為發(fā)電機(jī)的無功電流由零變化到額定無功電流時(shí)，引起發(fā)電機(jī)的電壓升高預(yù)設(shè) 電壓值對(duì)應(yīng)的調(diào)差系數(shù)；
[0008] 獲取所述發(fā)電機(jī)的主變壓器的短路電抗值，計(jì)算預(yù)設(shè)比例的所述短路電抗值對(duì)應(yīng) 的第二負(fù)調(diào)差系數(shù)；
[0009] 根據(jù)所述短路電抗值計(jì)算發(fā)電單元的總調(diào)差保留預(yù)設(shè)裕度下對(duì)應(yīng)的第三負(fù)調(diào)差 系數(shù)；
[0010] 比較所述第一負(fù)調(diào)差系數(shù)、所述第二負(fù)調(diào)差系數(shù)和所述第三負(fù)調(diào)差系數(shù)，將其中 的最大值更新為當(dāng)前運(yùn)行調(diào)差系數(shù)。
[0011] -種PSS協(xié)調(diào)方法，包括如下步驟：
[0012] 獲取勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的初始運(yùn)行調(diào)差系數(shù)，將上述勵(lì)磁系統(tǒng)整定方法的當(dāng)前運(yùn)行調(diào)差 系數(shù)減去所述初始運(yùn)行調(diào)差系數(shù)，得到調(diào)差變化值；
[0013] 查詢PSS的有補(bǔ)償特性曲線數(shù)據(jù)，根據(jù)所述有補(bǔ)償特性曲線數(shù)據(jù)獲取預(yù)設(shè)范圍內(nèi) 的當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的初始矢量；
[0014] 根據(jù)所述調(diào)差變化值和所述PSS空間力矩的所述初始矢量，計(jì)算所述當(dāng)前頻率下 所述PSS空間力矩的矢量變化值；
[0015] 根據(jù)所述PSS空間力矩的所述矢量變化值判斷所述調(diào)差變化值對(duì)所述當(dāng)前頻率 下所述PSS空間力矩的矢量的影響是否在預(yù)設(shè)的可控范圍內(nèi)；
[0016] 若否，則調(diào)整所述PSS的參數(shù)，并返回所述查詢PSS的有補(bǔ)償特性曲線數(shù)據(jù)，根據(jù) 所述有補(bǔ)償特性曲線數(shù)據(jù)獲取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的初始矢量的步驟。
[0017] -種勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定系統(tǒng)，包括：
[0018] 第一計(jì)算模塊，用于獲取發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，根據(jù)所述功率因數(shù)計(jì)算第一負(fù)調(diào)差 系數(shù)，其中，所述第一負(fù)調(diào)差系數(shù)為發(fā)電機(jī)的無功電流由零變化到額定無功電流時(shí)，引起發(fā) 電機(jī)的電壓升高預(yù)設(shè)電壓值對(duì)應(yīng)的調(diào)差系數(shù)；
[0019] 第二計(jì)算模塊，用于獲取所述發(fā)電機(jī)的主變壓器的短路電抗值，計(jì)算預(yù)設(shè)比例的 所述短路電抗值對(duì)應(yīng)的第二負(fù)調(diào)差系數(shù)；
[0020] 第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述短路電抗值，計(jì)算發(fā)電單元的總調(diào)差保留預(yù)設(shè)裕度 下對(duì)應(yīng)的第三負(fù)調(diào)差系數(shù)；
[0021] 調(diào)差優(yōu)化模塊，用于比較所述第一負(fù)調(diào)差系數(shù)、所述第二負(fù)調(diào)差系數(shù)和所述第三 負(fù)調(diào)差系數(shù)，將其中的最大值更新為當(dāng)前運(yùn)行調(diào)差系數(shù)。
[0022] 一種PSS協(xié)調(diào)系統(tǒng)，包括：
[0023] 調(diào)差計(jì)算模塊，用于獲取勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的初始運(yùn)行調(diào)差系數(shù)，將上述勵(lì)磁系統(tǒng)整定 系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行調(diào)差系數(shù)減去所述初始運(yùn)行調(diào)差系數(shù)，得到調(diào)差變化值；
[0024] 矢量獲取模塊，用于查詢PSS的有補(bǔ)償特性曲線數(shù)據(jù)，根據(jù)所述有補(bǔ)償特性曲線 數(shù)據(jù)獲取預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的初始矢量；
[0025] 矢量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述調(diào)差變化值和所述PSS空間力矩的所述初始矢量， 計(jì)算所述當(dāng)前頻率下所述PSS空間力矩的矢量變化值；
[0026] 矢量分析模塊，用于根據(jù)所述PSS空間力矩的矢量變化值判斷所述調(diào)差變化值對(duì) 所述當(dāng)前頻率下所述PSS空間力矩的矢量的影響是否在預(yù)設(shè)的可控范圍內(nèi)；
[0027] 參數(shù)調(diào)整模塊，用于在所述調(diào)差變化值對(duì)所述當(dāng)前頻率下所述PSS空間力矩的矢 量的影響不在預(yù)設(shè)的可控范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)整所述PSS的參數(shù)，并返回執(zhí)行所述矢量獲取模塊 的功能。
[0028] 上述勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定方法和系統(tǒng)，通過根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)計(jì)算第一負(fù)調(diào)差 系數(shù)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的主變壓器的短路電抗值計(jì)算第二負(fù)調(diào)差系數(shù)和第三負(fù)調(diào)差系數(shù)，并選 取第一負(fù)調(diào)差系數(shù)、第二負(fù)調(diào)差系數(shù)和第三負(fù)調(diào)差系數(shù)中的最大值更新為當(dāng)前運(yùn)行調(diào)差系 數(shù)，調(diào)差整定后的負(fù)調(diào)差系數(shù)較優(yōu)，提高了發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)電壓降落的敏感度，從而更好地提 高了電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，同時(shí)又不破壞勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了并列發(fā)電機(jī)組之間的無 功合理分配及穩(wěn)定運(yùn)行。
[0029] 上述PSS協(xié)調(diào)方法和系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行調(diào)差系數(shù)和初始運(yùn)行調(diào)差系數(shù)計(jì)算調(diào)差 變化值，根據(jù)調(diào)差變化值和獲取的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的初始矢量計(jì)算 當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的矢量變化值，根據(jù)PSS空間力矩的矢量變化值判斷調(diào)差變化值 對(duì)當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的矢量的影響是否在預(yù)設(shè)的可控范圍內(nèi)，若否，則重新調(diào)成PSS 的參數(shù)，并返回獲取當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的初始矢量。采用優(yōu)化后的負(fù)調(diào)差系數(shù)進(jìn)行 調(diào)差后，對(duì)PSS進(jìn)行檢測(cè)，既考慮電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，又兼顧電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，進(jìn)一步提高電 網(wǎng)的整體穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0030] 圖1為不同情況下發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性曲線圖；
[0031] 圖2為勵(lì)磁系統(tǒng)工作模塊示意圖；
[0032] 圖3為一模擬試驗(yàn)中不同調(diào)差下發(fā)電機(jī)的無功出力曲線圖；
[0033] 圖4為考慮勵(lì)磁系統(tǒng)的附加調(diào)差后的Philips-Heffron模型框圖；
[0034] 圖5為一試驗(yàn)中不同調(diào)差下發(fā)電機(jī)的無補(bǔ)償特性曲線圖；
[0035] 圖6為一實(shí)施例中本發(fā)明勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定方法的流程圖；
[0036] 圖7為一實(shí)施例中本發(fā)明PSS協(xié)調(diào)方法的流程圖；
[0037] 圖8為一實(shí)施例中根據(jù)矢量變化值判斷調(diào)差變化值對(duì)當(dāng)前頻率下PSS空間力矩的 矢量的影響是否在預(yù)設(shè)的可控范圍內(nèi)的具體流程圖；
[0038] 圖9為一實(shí)施例中本發(fā)明勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定系統(tǒng)的模塊圖；
[0039] 圖10為一實(shí)施例中本發(fā)明PSS協(xié)調(diào)系統(tǒng)的模塊圖；
[0040] 圖11為一實(shí)施例中矢量分析模塊的具體單元圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 參考圖1，為不同情況下對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性曲線，調(diào)差表征特性曲線的斜 率。其中，1?表示無功電流，u t表示發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，Ut。為機(jī)組0無功時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)端電壓。 實(shí)際應(yīng)用中，由于無功電流的測(cè)量比較麻煩，所以可以直接采用無功功率代替無功電流。
[0042] 調(diào)差在勵(lì)磁系統(tǒng)主環(huán)中的疊加位置如圖2所示，直接疊加到勵(lì)磁系統(tǒng)主控制環(huán)的 給定值Uref上。其中，a指勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，b指勵(lì)磁變壓器，c指升壓變壓器，d指線路。PID 為勵(lì)磁PID控制算法，Ifd為勵(lì)磁電流，P為有功功率，Q為無功功率，ω為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，G為 發(fā)電機(jī)，PSS為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。
[0043] 運(yùn)行中的同步發(fā)電機(jī)的調(diào)差理論上是指自然調(diào)差和勵(lì)磁系統(tǒng)的附加調(diào)差共同作 用的結(jié)果。由于采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)組的自然調(diào)差系數(shù)近似于0,工程應(yīng)用中 常將其忽略，因此，本方案中的調(diào)差僅指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)定的調(diào)差。
[0044] 調(diào)差可等效為發(fā)電機(jī)內(nèi)部電抗，如果設(shè)定調(diào)差為負(fù)調(diào)差，則發(fā)電機(jī)內(nèi)部電抗等效 為負(fù)值，這樣發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的聯(lián)系電抗將減小，發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)電壓跌落的感知變得更加靈 敏，因此，對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐力度將大大加強(qiáng)。參考圖3,為模擬電網(wǎng)500kV變電站三永中 開關(guān)拒動(dòng)故障，附近一電廠勵(lì)磁系統(tǒng)采用不同調(diào)差系數(shù)下發(fā)電機(jī)的無功出力曲線，其中，Sl 為調(diào)差系數(shù)為-10%對(duì)應(yīng)的無功出力曲線，S2為調(diào)差系數(shù)為-5%對(duì)應(yīng)的無功出力曲線，S3 為無調(diào)差對(duì)應(yīng)的無功出力曲線?？梢缘弥?，采用-10%的負(fù)調(diào)差后，發(fā)電機(jī)的無功出力約為 無調(diào)差的2倍，發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的無功支撐力度大幅提高。
[0045] 綜上所述，勵(lì)磁系統(tǒng)的負(fù)調(diào)差可以提高發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的無功支撐力度，從而可以 提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。本發(fā)明可以提供一種勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差整定方法，根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際 情況綜合考慮多種因素，選取一個(gè)較優(yōu)的負(fù)調(diào)差系數(shù)，可以較大限