一种励磁调节器定子过电流限制的实现方法与流程

本发明涉及电力系统运行与安全相关技术领域，具体地说，涉及一种励磁调节器定子过电流限制的实现方法，为了解决现有同步发电机运行过程中，励磁调节器定子过电流限制器在某些情况下误动作而导致机组功率振荡的问题，提供一种励磁调节器定子过电流限制的实现方法。

背景技术：

在现代化的电力系统中，提高和维持同步发电机运行的稳定性，是保证电力系统安全、经济运行的主要条件之一。而同步发电机运行对电力系统稳定的贡献主要通过调节励磁系统和调速系统来实现。一般情况下，励磁系统在发电机暂态、静态稳定是发挥主要的手段，无论是系统电压调节、系统故障后的恢复、故障时减少故障影响、电力系统稳定计算均主要靠励磁系统。可以说励磁是电力系统的灵魂，是电力系统分析的基础。

从20世纪50年代开始，自动电压调节器的主要功能是维持发电机电压恒定。为了提高电网暂态稳定性，在之后出现了具备强励功能的励磁调节器，使得励磁调节器在电网发生瞬时断路故障时，能及时地通过强励维持系统电压在合理范围内。随着制造工艺的进步，励磁调节器在经历了机械式和电子式之后，现在数字式励磁调节器得到了广泛的应用。数字式励磁调节器的应用使得业内很多关于励磁调节器附加控制的设想得到了实现，其中，定子过电流限制(Stator Current Limiter，SCL)是其中的一个典型附加控制功能。

随着技术进步，电网规模及发电模式的不断变化，电力系统对于同步发电机励磁系统的功能也提出了更多的要求，国家电力调度中心于2012年专门调研了励磁调节器的定子过电流限制的定值整定问题，2015年，某机组在基建阶段因定子过电流定值整定问题导致机组跳机，经济损失很大。

定子过电流限制最先由国外厂家提出，由于机组在滞相或进相时均可能会发生定子过电流，所以其动作行为应不简单的是单纯减磁或增磁，其设计思路较为复杂。

技术实现要素：

本发明为了解决现有同步发电机运行过程中，励磁调节器定子过电流限制器在某些情况下误动作而导致机组功率振荡的问题，提供一种励磁调节器定子过电流限制的实现方法。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种励磁调节器定子过电流限制的实现方法，其特征在于，包括：

在同步发电机运行过程中，定子过电流限制器积分计算定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl，

当定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl的差值大于定子发热时间常数C，且定子电流的无功分量绝对值abs(Igq)大于定子过电流限制器无功电流启动阀值Iqmin时，定子过电流限制器输出定子过电流限制信号。

本发明中，所述定子发热常数其中，Ign为同步发电机定子电流额定值。

当同步发电机定子电流Ig大于定子过电流限制器启动值Igthn时，定子过电流限制器开始积分计算定子发热常数Cf。

本发明中，所述定子冷却常数其中，KE为同步发电机定子发热冷却系数。

当同步定子电流Ig小于同步发电机定子电流额定值Ign时，定子过电流限制器开始积分计算定子冷却常数Cl。

本发明中，所述定子过电流限制器的输出信号为Ignq-Igq，其中，Ignq为同步发电机运行工况下的定子额定电流值的无功分量，Igq为同步发电机定子电流的无功分量。

本发明中，通过对同步发电机定子电流进行矢量分解得到定子电流的有功分量和无功分量，其中与定子电压同相位的为定子电流的有功分量，正交于定子电压的为定子电流的无功分量，滞相的无功分量为正值，进相的无功分量为负值。

本发明中，当同步发电机定子电流Ig大于定子过电流限制器启动值Igthn，且当定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl的差值大于定子发热时间常数C，分解当前工况下定子过电流限制和定子电流，得出定子过电流限制的调节目标无功电流值Iqref，其中，Q为当前工况下同步发电机的无功功率，Ip为当前工况下的定子电流的有功分量。

对定子电流的无功分量Iq进行实时控制，以ΔIq＝Iqref-Iq为控制偏差，将定子电流限制在允许范围内。

所述Ip＝P/U，Iq＝Q/U，其中P为当前工况下同步发电机的有功功率，U为当前工况下同步发电机的电压值。

本发明励磁调节器定子过电流限制的实现方法，解决了现有发电机运行过程中，励磁调节器定子过电流限制器在某些情况下误动作而导致机组功率振荡的问题，且无需区分机组在进相还是滞相工况，该定子过电流限制器具备以下优点：

1)从定子过电流最根本的原理出发设计了该限制器，能有效通过励磁系统调节发电机定子电流在允许范围内；

2)避免了当发电机功率因素接近于1时定子过电流限制器的动作，因为在发电机功率因素接近于1时，励磁系统无法减少定子电流；

3)限制器能准确的区分感性定子过流还是容性定子过流，在感性定子过流工况下，限制器动作于减磁，容性定子过流工况下，限制器动作于增磁；

4)相对于传统的定子过电流限制器，限制器的计算数据均为无功分量，调节更加精确、更加可靠。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明定子过电流限制器的模型图。

图2为本发明实现方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的主旨在于，通过对现有励磁调节器定子过电流限制情况的分析，发现现有同步发电机运行过程中，存在励磁调节器定子过电流限制器在某些情况下误动作而导致机组功率振荡的问题，通过本发明提供一种励磁调节器定子过电流限制的实现方法以解决上述问题。

参见图1，本发明的励磁调节器定子过电流限制的实现方法，在同步发电机运行过程中，通过定子过电流限制器积分计算定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl，当定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl的差值大于定子发热时间常数C，且定子电流的无功分量绝对值abs(Igq)大于定子过电流限制器无功电流启动阀值Iqmin时，定子过电流限制器输出定子过电流限制信号。

本发明的主要改进在于，除了对定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl与定子发热时间常数C的关系进行判断，增加了定子电流的无功分量绝对值abs(Igq)与定子过电流限制器无功电流启动阈值Iqmin关系的判断，这样避免了励磁系统只能调节发电机电流的无功分量，定子过电流限制也是通过调节定子电流的无功分量的方式调节定子电流的大小，如果定子电流超过了定子电流的限制值，励磁系统需要减小abs(Igq)，当abs(Igq)较小时，励磁系统对定子电流的可调范围很小，严重的时候是调节不了，所以加入了这个判据，只有当两个条件都满足的情况下，定子过电流限制器才会动作。

定子过电流限制器采用如下方式进行积分计算定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl：定子发热常数定子冷却常数其中，Ig为同步发电机定子电流，Ign为同步发电机定子电流额定值，KE为同步发电机定子发热冷却系数。

为了确保定子过电流限制器输出定子过电流信号的可靠性，较好的是，当同步发电机定子电流Ig大于定子过电流限制器启动值Igthn时，定子过电流限制器开始积分计算定子发热常数Cf；当同步定子电流Ig小于同步发电机定子电流额定值Ign时，定子过电流限制器开始积分计算定子冷却常数Cl。

定子过电流限制器的输出信号为Ignq-Igq，其中，Ignq为同步发电机运行工况下的定子额定电流值的无功分量，Igq为同步发电机定子电流的无功分量。定子电流的无功分量以及有功分量，可以通过对同步发电机定子电流进行矢量分解得到，分解后与定子电压同相位的为定子电流的有功分量，正交于定子电压的为定子电流的无功分量，滞相的无功分量为正值，进相的无功分量为负值。

参见图2，发明进一步的发明点是在原有的定子过电流限制器基础上，增加了一个无功电流的判据以及计算过程，也就是将定子电流分解为有功分量和无功分量，其中无功分量作为限制器的一个判据，同时，无功分量也作为限制器输出的控制目标，由于在无功大于零时，限制器应输出减磁，所以，此时的电流无功分量应大于0，这样，控制目标无功电流-实际定子电流无功分量则输出为减磁，反之，限制器输出为增磁，具体方式如下：

当同步发电机定子电流Ig大于定子过电流限制器启动值Igthn，且当定子发热常数Cf和定子冷却常数Cl的差值大于定子发热时间常数C，分解当前工况下定子过电流限制和定子电流，得出定子过电流限制的调节目标无功电流值Iqref，其中，Q为当前工况下同步发电机的无功功率，Ip为当前工况下的定子电流的有功分量。

这里，发热常数Cf和定子冷却常数Cl的差值也称之为发热积累，定子电流超过启动值，按照导体流过电流的发热特性，其会有一个发热积累过程，可以称为热积累，当电流超过启动值短时间，绕组的热积累没有达到发热常数即返回，此时Cf>0,Cf-C1增大；如果之后的定子电流小于额定定磁电流，C1增大，C1>0，Cf-C1减小，如果在这过程中，定子电流又超过了启动值，则其热积累Cf增大，Cf-C1增大，直至Cf-C1>C时，达到了定子过电流限制器的动作的判断依据。

得出定子过电流限制的调节目标无功电流值Iqref后，对定子电流的无功分量Iq进行实时控制，以ΔIq＝Iqref-Iq为控制偏差，将定子电流限制在允许范围内。Ip＝P/U，Iq＝Q/U，其中P为当前工况下同步发电机的有功功率，U为当前工况下同步发电机的电压值。使得定子电流的无功分量Iq成为被调节量，通过控制无功分量Iq，即可实现定子电流限制在允许范围内。

需要指出的是，为了便于计算本发明上述所有参数较好的是采用标幺值进行。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。