专利名称：发电机组励磁系统特性监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型关发电机组励磁系统，特别是关于发电机组励磁系统特性，具体的讲是一种发电机组励磁系统特性监测系统。
背景技术：
现有技术中，发电机励磁性能精细化在线分析系统，能够实现励磁系统运行状态的监测录波、记录数据的图形化显示和数据转换等功能，实现对发电机励磁系统的稳态性能进行定性分析。现有技术中的发电机励磁性能分析系统，调度运行人员只能定性了解发电机励磁系统的运行状态和相关性能指标，不能准确的掌握发电机励磁系统的动态响应性能指标， 同时，现有的发电机励磁系统的动态分析方式在获得数据的时候需要大量的人员参与，由于故障录波器的时间基准差别较大，运行人员在查找故障数据的时候费时费力，进行数据分析时，需要分析人员进行数据标么值转换，编程计算相关动态指标，效率较低。
实用新型内容本实用新型实施例提供了一种发电机组励磁系统特性监测系统，该系统包括同步相量测量装置，励磁特性监测主机以及励磁特性显示装置；同步相量测量装置通过励磁特性监测主机与励磁特性显示装置相连接；其中，同步相量测量装置采集发电机组励磁系统的状态变量，并将采集的发电机组励磁系统的状态变量发送到励磁特性监测主机；励磁特性监测主机根据接收到的同步相量测量装置发送的发电机组励磁系统的状态变量，生成监测数据；励磁特性显示装置显示励磁特性监测主机生成的监测结果。为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型发电机组励磁系统的结构示意图；图2为本实用新型实施例中的监测主机的结构框图；图3为本实用新型实施例中的监测数据生成装置的结构框图；图4为本实用新型实施例中的扰动信息生成模块的结构框图；图5为本实用新型又一实施例中的监测主机的结构框图；图6为本实用新型一实施例的系统结构图；图7A为调节器自动方式年投入率的报表格式；[0014]图7B为PSS投/退的年投入率的报表格式；图8为本实用新型实施例中的三个动态特性指标的图示定义；图9为发电机P/Q运行状态边界；图10为励磁系统的状态变量的工作范围。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。配有自动励磁调节器(AVR)和电力系统稳定器(PSS)的发电机励磁系统对于电力系统的安全稳定运行具有重要的作用。励磁系统在运行中，电厂运行人员主要在中控室通过监视发电机电压、磁场电压和磁场电流等状态量监视励磁系统的工作状态。本实用新型中的电网系统内的子站同步相量测量装置除测量发电机组相关状态量之外，还测量包括发电机磁场电压、磁场电流、手/自动状态以及PSS投/退状态等反应励磁系统调节动态过程的信号。如图1所示，为本实用新型公开了一种发电机组励磁系统特性监测系统，该系统包括同步相量测量装置101，励磁特性监测主机102以及励磁特性显示装置103 ；同步相量测量装置101通过励磁特性监测主机102与所述的励磁特性显示装置103相连接；同步相量测量装置101采集发电机组20的励磁系统的状态变量，并将采集的发电机组20的励磁系统的状态变量发送到励磁特性监测主机102 ；励磁特性监测主机102根据接收到的状态变量，生成监测数据；励磁特性显示装置103显示所述的励磁特性监测主机生成的监测结果。如图2所示，本实用新型中的监测主机102包括监测数据生成装置1021，根据同步相量测量装置101采集的发电机组励磁系统的状态变量，生成包括励磁系统性能指标数据和扰动数据的监测数据；励磁特性数据存储装置1022，存储监测数据生成装置1021生成的励磁系统性能指标数据，扰动信息数据存储装置1023，存储所述的监测数据生成装置 1021生成的扰动数据。如图3所示，监测数据生成装置1021进一步包括励磁性能计算模块301和扰动信息生成模块302。其中，如图4所示，扰动信息生成模块302包括扰动判断单元3021，根据发电机组励磁电压的扰动量生成扰动判断结果；扰动数据生成单元3022， 根据所述的判断结果记录扰动事件信息，生成扰动数据。扰动判断单元根据发电机磁场电压与预设的励磁电压阈值进行比较，根据发电机磁场的变化量生成扰动数据。同时本实用新型公开的监测主机还包括发电机信息存储装置IOM及模型参数存储装置1025，如图5 所示，下面以具体的实施例对本实用新型做进一步详细说明。本实用新型公开的实施例，发电机励磁性能在线分析系统研究内容包括在线分析模块、历史故障数据库和离线高级应用分析模块。具有励磁系统运行状态的监测录波、记录数据的图形化显示和数据转换等功能，主要包括以下方面(1)主站系统应能够显示励磁系统的运行状态和基本运行数据，并能根据接收到的数据生成运行趋势图。[0025](2)主站系统应能够将接收到的现场记录数据按照时间坐标、机组标么值方式或用户要求的形式进行图形显示，并提供一定的专家分析处理手段。(3)主站系统应能够将记录数据进行数据格式转换，以利于使用电网现有的仿真手段对其录波波形进行回放和仿真分析处理。(4)主站系统应能够提供对记录数据的计算分析及显示等技术处理功能，以满足用户对数据的重点分析处理及保存的要求。发电机组调节器特性实时监测系统的应用，实现对机组调节性能的实时监测和在线评价，督促在运机组设备达标，为监督管理的提供有效技术手段，实现了技术创新和管理创新。实时动态监测系统(WAMS)能够实时捕捉电力系统在故障扰动、低频振荡和人工试验等情况下电网的动态过程。本实用新型在现有的WAMS系统全部功能的基础上，进一步开发全网发电机励磁调节器性能在线监测系统，通过建立全网发电机励磁系统数据库，实现对电网所辖发电机组励磁调节器性能的高级应用分析。本实用新型需要实现与原有WAMS平台的实时数据交换，通过建立新的平台实现发电机励磁系统精细化分析计算和展示，系统架构如图6所示包括:WAMS平台601，监测主机602及显示装置603。本实用新型实施例的系统按功能分主要包括数据库的建立、在线数据分析评价以及画面展示三部分内容。通过WAMS平台采集状态变量，在监测主机中建立数据库并对采集的状态变量进行分析评价，生成分析结果，通过画面展示部分显示分析结果。1、在监测主机的励磁特性存储装置中建立数据库，主要存储发电机的基础信息， 与励磁系统相关扰动信息以及计算出的机组相关性能指标等。数据库中的具体内容如下1)发电机的基本信息发电机的基本信息表包括发电机组名，录属公司，容量，励磁系统类型，励磁方式寸。该内容前期手工录入，后期应与数字化支撑平台接口，直接读取相关内容。2)发电机组励磁系统模型参数发电机组的励磁系统模型参数主要指各发电机组经过现场参数测试归并到BPA 下的模型和参数。该内容前期手工录入，即通过监测主机的输入装置输入，后期可与数字化支撑平台接口，直接读取相关内容。3)扰动相关信息当电网发生较大扰动或者机组本身故障发生较大扰动时(如发电机励磁调节器运行状态超出边界或者某一发电机状态变量如励磁电压跃变量超过5%)，则在扰动数据存储装置中记录此刻起所有扰动事件信息。扰动事件信息包括启动事件变量名、变量幅值、受扰机组名、GPS时标等。4)相关性能指标主要存取以下内容根据扰动计算出的励磁系统相关性能指标，记录相关统计信息，记录稳态下的各种投入率等。2、通过监测主机对励磁系统特性进行在线监测和分析部分，对发电机励磁系统的特性进行分析包括对发电机的投入状态、机组空载试验下相关性能指标、负载试验下相关性能指标进行分析监测，具体的计算如下(I)AUTO ON投入状态监测及统计根据《汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》的要求，自动电压调节器应保证投入率不低于99%。根据国调励磁调度管理规定，国调要求投入的机组，机组运行时其AVR 必须投入。调节器自动方式年投入率按下式计算
=励磁调节器自动方式运行小时数 (。)_ ^励磁系统年运行小时数^报表格式如图7A所示。(2) PSS ON投入状态的监测及统计根据《汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》的要求PSS投入率不低于 90%。根据国调相关文件规定，国调要求投入PSS功能的，其PSS投入率必须100%。PSS投/退的年投入率按下式计算
=励磁调节器7 入运行小时数 (。卜^励磁系统年运行小时数^报表格式如图7B所示。(3)空载试验下相关性能指标发电机空载励磁调节器“自动方式”下电压扰动响应，包括超调量、上升时间和调节时间等，可以在发电机空载试验阶段检查励磁系统动态特性是否满足要求；根据DL-T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》，励磁控制系统电压给定阶跃响应应满足以下要求调节时间不大于k ；振荡次数不大于3次；a、超调量Mp定义为阶跃扰动中，被控量的最大值与最终稳态值之差对于阶跃量之比的百分数。超调量不大于阶跃量的30% ；
u P0-U1计算公式Mi =
U1-U0b、上升时间tup定义为阶跃扰动中，被控量从10%到90%阶跃量的时间。上升时间不大于0. 6s ；tup = t (B) -t0C、调节时间ts定义为从阶跃信号或起励信号发生起，到被控量达到与最终稳态值之差的绝对值不超过5%稳态改变量(途中C点)的时间。ts = t (C) -t0图8给出了三个动态特性指标的图示定义，其中，Uo为初始值，Ui为最终稳态值。(4)负载试验下相关性能指标a、扰动量大小判断[0070]对同步相量测量装置采集的状态变量中的励磁电压的变化量进行监测，当发电机磁场电压20ms内的变化量超过0. Ip. U.，启动监测主机内的对应程序。同时，对上述监测主机内对应程序的启动变量还可以从上传的其它数据中进行选取，如发电机机端电压、有功功率等，定值可以修改。b、相关性能指标计算阶跃量为发电机额定电压的2% 4%，有功功率波动次数不大于5次，阻尼比大于0. 1，调节时间不大于10s。负载情况下，主要计算阻尼比。阻尼比的计算分两种方法方法一根据负载时的机组有功功率受扰曲线，计算阻尼比，分析评估PSS投入时的阻尼效果。阻尼比的计算公式为ζ ~ ln(~^~—~) LW'‘」 ’ 2Νπ P -P
V/i2N+1 1 2N+2式中N——计算周期数；PpP2——为第一个和第二个功率峰值，见下图，单位为兆瓦(MW)；P2N+1、P2N+2——为第QN+1)个和第QN+2)个功率峰值，单位为兆瓦(MW)取多个振荡周期按下式频率的平均值
权利要求1.一种发电机组励磁系统特性监测系统，其特征在于，所述的系统包括同步相量测量装置，励磁特性监测主机以及励磁特性显示装置；所述的同步相量测量装置通过所述的励磁特性监测主机与所述的励磁特性显示装置相连接；其中，所述的同步相量测量装置采集所述的发电机组励磁系统的状态变量，并将采集的发电机组励磁系统的状态变量发送到所述的励磁特性监测主机；所述的励磁特性监测主机根据接收到的所述的同步相量测量装置发送的发电机组励磁系统的状态变量，生成监测数据； 所述的励磁特性显示装置显示所述的励磁特性监测主机生成的监测结果。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的励磁特性监测主机还包括 发电机信息存储装置，存储所述的发电机组励磁系统中的发电机基本信息。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的励磁特性监测主机还包括 模型参数存储装置，存储发电机组励磁系统模型参数。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的励磁特性监测主机还包括 输入装置，用于接收输入的所述发电机基本信息、发电机组励磁系统模型参数。
专利摘要本实用新型公开一种发电机组励磁系统特性监测系统，该系统包括同步相量测量装置，励磁特性监测主机以及励磁特性显示装置；同步相量测量装置通过励磁特性监测主机与励磁特性显示装置相连接；其中，同步相量测量装置采集发电机组励磁系统的状态变量，并将采集的发电机组励磁系统的状态变量发送到励磁特性监测主机；励磁特性监测主机根据接收到的同步相量测量装置发送的发电机组励磁系统的状态变量，生成监测数据；励磁特性显示装置显示励磁特性监测主机生成的监测结果。
文档编号G01R31/34GK202166727SQ201120007368
公开日2012年3月14日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者史扬, 姚谦, 李胜, 汪鸿, 苏为民, 谢欢 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司, 华北电网有限公司