一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别方法及装置与流程

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别方法及装置。

背景技术：

电力系统根据电网负载和发电容量的占比不同，在实际运行生产中存在大网和小网两种基本状态和工况，一般两者的定义为，当电力系统中发电总有功功率小于电网负荷总量的8％，即可认为是大网，否则为小网，这种定义或原则区分是明确的。由于大网有天然的自身稳定性，也是电力主流的一种电网结构，所以我国大部分地区和区域电网，多是以大网状态存在着，所有电力控制设备的控制模式和参数也与之相匹配，完成电力系统的适时的有功负荷、无功负荷、电压和频率等调节。

但在发电机组和电网实际运行中，不可避免会出现一些电力事故，比如雷击导致的事故跳闸，电网的实际结构会在瞬间由大网转换为小网，这时就需要电力系统的核心控制设备之一的水电厂调速器的控制模式和参数与之匹配，即准确、正确转入小网模式，否则机组将会因调速器控制不当造成导水机构抽动，导致频率、电压的波动过大，小网运行状态差，以致机组停机，系统失稳，引起大面积停电。

同样的，当需要事故恢复且已满足从小网转入大网的条件，此时也需要水电厂调速器的控制模式和参数及时切换到大网模式。

故大网、小网的转换均需要水电厂调速器具备大网小网工况相互转换的科学、精准的自动判别方法和与之对应的控制模式、参数。水电厂调速器作为机组侧的现地控制单元，原则上讲，电网的工况变化、变换，应该由判别小网的专用装置进行判断，然后将明确的信号发送给调速器。但是，国内还没有专门的小网判别装置，当系统转入小网后，最核心的控制设备又是调速器，调速器承担着小网稳定控制的根本任务。为此，判断电网变化的任务被动地由调速器自身承担，问题的难点在于，调速器仅仅是水轮机的控制设备，它依据自身的收到的有限外部信息，如果没有科学的判断方法，很难对电网结构变化做出准确的判断。

目前行业内，对大网转入小网的判断方法，通常是简单的对断路器位置、机组频率进行判断，经过一定的延时，若条件满足，即认为电网从大网转入小网，图1为水电厂调速器对电网由大网转入小网的常规判断方法判断逻辑图。判断逻辑可描述为，当发电机出口断路器处在合闸位置，认为机组并列在电网运行，此时机组频率与电网频率同步，适时检测机组频率，如果机组频率数值大于51hz，延时大于1s(部分电厂将该延时定义为θ1，可灵活设置)，即判定电网由大网转入小网，输出转入小网模式指令y1。保留手动切换到小网模式的把手。

同样的，针对小网转入大网的判断方法，通常是对机组频率的范围做一个简单延时判断，即认为电网从小网转入大网，水电厂调速器对电网由小网转入大网的常规判断方法判断逻辑如图2所示。判断逻辑可描述为，当发电机出口断路器处在合闸位置，认为机组并列在电网运行，此时机组频率与电网频率同步，检测机组频率，如果机组频率数值在49.98hz～50.02hz之间的时间持续超过30s(部分电厂将该延时定义为θ2，可灵活设置)，即判定电网由小网转入大网，输出转入大网模式指令y2。同样的，保留手动切换到大网模式的把手。

上述判断方法被广泛采用是由于其简单且有一定的有效性，但随着国内巨型电站的建设，单机容量越来越大，机组电气主接线也越来越复杂，对于复杂多变的电网，上述判断方法存在误判、拒动的可能性。

首先，仅仅靠机端出口断路器位置来判断是否与电网并列运行是不合适的，某电厂机组电气主线简图如图3所示，5gcb是5号机组机端出口断路器，但在主变压器的高压侧也存在5051和5052断路器，由此可知，当5gcb在合闸位置时，但5051和5052断路器为分闸位置，这时发电机组并未和电网并列运行，而是处于空载运行状态。所以单纯依靠机端出口断路器判断机组的运行工况，会失之偏颇。

其次，大网转入小网的判断方法中，判断机组频率大于51hz且延时1s，这样的判断也并非严谨。因为目前采用的测频是对电压互感器二次侧电压信号进行测频，如果测频回路存在严重的干扰，如图4所示的频率干扰就会造成误判，错误进入小网模式。小网转入大网的判断方法中，判断机组频率在

49.98～50.02hz之间，且需始终满足直至超过30s，这样的判断很容易导致无法正常转入大网。因为在机组实际运行中，尤其是小网模式下运行，频率波动非常频繁，且存在偶然的跳动(测频回路干扰或电压互感器的原因等)，一旦频率超过±0.02hz，图2中的计时器t2就会重新计时，这样有可能导致t2永远无法大于30s，即无法转入大网模式。

目前也有很多电站是手动切换水电厂调速器的大小网模式，但针对电网由大网转入小网的情况，手动切换往往难以满足及时切换的需求，甚至可能造成严重后果。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别方法及装置，实现大网和小网之间转换的决策输出，解决目前调速器对于大网和小网之间转换判断不准确和不及时的技术问题。

本发明采用如下技术方案，一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别方法，包括以下步骤：

1)判断是否满足由大网工况转入小网工况的条件，若满足条件，则判定电网由大网工况转入小网工况；

电网由大网工况转入小网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，系统频率超过预设频率，且发电机组未出现频率跳变故障；

2)判断是否满足由小网工况转入大网工况的条件，若满足条件，则判定电网由小网工况转入大网工况；

电网由小网工况转入大网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，发电机组频率稳定。

一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别装置，包括大网工况转入小网工况判别模块和小网工况转入大网工况判别模块，其中：

所述大网工况转入小网工况判别模块用于判断判断是否满足由大网工况转入小网工况的条件，若满足条件，则判定电网由大网工况转入小网工况；电网由大网工况转入小网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，系统频率超过预设频率，且发电机组未出现频率跳变故障；

所述小网工况转入大网工况判别模块用于判断是否满足由小网工况转入大网工况的条件，若满足条件，则判定电网由小网工况转入大网工况；电网由小网工况转入大网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，发电机组频率稳定。

发明所达到的有益效果：本发明是一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别方法及装置，实现大网和小网之间转换的决策输出，解决目前调速器对于大网和小网之间转换判断不准确和不及时的技术问题。本发明在大网和小网转换的判断方法上，增加了限制条件，首先针对大网转入小网的判断，增加了频率有效性判断，无频率跳变故障且满足频率波动条件经过延时，则判断大网转入小网，这种判断方法可以防止由于频率干扰导致的误判；针对小网转入大网的判断，首次采用频率的概率统计方法判断电网是否恢复大网工况，能够快速、准确地使调速器转入大网，这种判断方法可以克服由于频率采样偶尔出现的坏点所导致的计时器重新计时问题，解决调速器无法正常进入大网工况的问题；其次断路器位置信号可以更准确的帮助调速器判断自身所处的状态，避免并网运行的误判断。

附图说明

图1是水电厂调速器对电网由大网转入小网的常规判断方法示意图；

图2是水电厂调速器对电网由小网转入大网的常规判断方法示意图；

图3是某电站5#机组电气主接线简图；

图4是频率干扰波动示意图；

图5是本发明实施例的一种发电机组频率斜率计算方法示意图；

图6是本发明实施例的一种小网工况下发电机组频率稳定性判断方法示意图；

图7是本发明实施例的一种水电厂调速器对电网由大网转入小网的判断方法示意图；

图8是本发明实施例的一种水电厂调速器对电网由小网转入大网的判断方法示意图。

具体实施方式

下面根据附图并结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别方法，充分利用外部数据信息，并对信息进行有效性提取、处理，提出合理的逻辑判断，具体步骤如下：

1)判断是否满足由大网工况转入小网工况的条件，若满足条件，则判定电网由大网工况转入小网工况；

电网由大网工况转入小网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，系统频率超过预设频率，且发电机组未出现频率跳变故障；

2)判断是否满足由小网工况转入大网工况的条件，若满足条件，则判定电网由小网工况转入大网工况；

电网由小网工况转入大网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，发电机组频率稳定。

实施例2：

在实施例1的基础上，判断发电机组是否出现频率跳变故障的方法为，计算发电机组频率曲线的斜率，若斜率超过设定斜率值，则判定频率采样失真，累积失真次数，若次数超过门槛预设数值θ，判定为出现频率跳变故障。该方法能够对频率跳变进行有效性筛选，剔除无效数据，吸取有效数据。具体方法为：

在发电机组频率曲线上采集两点，计算两点频率之间的斜率，如果该斜率大于设定斜率值，则计数一次；如此循环，若计数值在设定时间内大于门槛预设数值θ，即判定为出现频率跳变故障，人工复位故障的同时清零计数值重新计数，若计数值在设定时间内未达到门槛预设数值θ，则判定为未出现频率跳变故障，自动清零计数值重新计数。

如图5所示，本实施例中，频率的采样周期为20ms，在频率曲线上采集两点f1和f2，两点之间相隔5个采样周期，即每100ms采集一个点，计算两点频率差的绝对值，即图5中|f1-f2|的值，如果该绝对值kr大于0.5hz(即两点之间的斜率大于设定斜率值5hz/s，事实上任何机组不可能上升这么快)，则计数一次。如此循环，若计数值在设定时间内大于门槛预设数值θ，即判定为出现频率跳变故障，人工复位故障的同时清零计数值重新计数，若计数值在设定时间内未达到门槛预设数值θ，则判定为未出现频率跳变故障，自动清零计数值重新计数。计数值的设定时间为180分钟。需要注意的是，采集两点之间的时间间隔、设定斜率值、计数值的设定时间和门槛预设值θ均可自行设定。设定斜率值至少不低于3hz/s。

频率跳变故障判断的程序实现方法如下：

作为一种较佳的实施例，电网由大网工况转入小网工况的条件还包括，任意一个主变压器高压侧断路器置于合闸位置。断路器位置信号可以更准确的帮助调速器判断自身所处的状态，避免并网运行的误判断。

作为一种较佳的实施例，电网由大网工况转入小网工况的条件还包括，延时大于设定延时值。

如图7所示：当任一个主变高压侧断路器在合闸位置(1为合闸，0为分闸)，且发电机出口断路器(generatorcircuitbreaker，gcb)处在合闸位置时，如果机组频率超过51hz，且无发电机组频率跳变故障(0为无故障，1为故障)，延时大于θ1(该值可自行设置，一般在0.5s～2s之间)，则判定电网由大网工况转入小网工况。调速器自动由大网工况转入小网工况，调取相应的控制模式和参数。

保留人工把手切入小网的功能。

实施例3：

在实施例1的基础上，判断发电机组频率是否稳定的方法为：对发电机组频率进行预设时间周期的连续采样，在一个预设时间周期内，满足设定条件则判定发电机组频率稳定，否则判定发电机组频率不稳定，并重新进行判断，设定条件为发电机组频率在预设频率范围内的采样点数量占整个预设时间周期内采样点数量的百分比超过设定阈值，即利用概率统计方法判断机组频率稳定性。

本实施例中，依据概率统计的方式，调速器对发电机组频率每三分钟为一个预设时间周期连续采样，在一个预设时间周期内，满足设定条件则判定系统频率已经稳定，具备转入大网的基本条件之一，否则重新进行判断，设定条件为频率在50±0.03hz以内(预设频率范围)的采样点数量占整个预设时间周期内采样点数量的80％(设定阈值)。如图6所示，即图中a区域的数值概率，占整个区域数值的80％以上。利用概率统计方法判断频率稳定性，避免了由于频率偶尔发生的采样的跳变，导致计时器重新计算的问题，能够更加科学地判断频率的稳定性。需要说明的是，预设时间周期、预设频率范围和设定阈值均可自行设定。

频率稳定性判断的程序实现方法如下

作为一种较佳的实施例，电网由小网工况转入大网工况的条件还包括，任意一个主变压器高压侧断路器置于合闸位置。断路器位置信号可以更准确的帮助调速器判断自身所处的状态，避免并网运行的误判断。

如图8所示：当任何一个主变高压侧断路器在合闸位置(1为合闸，0为分闸)，且gcb断路器处在合闸位置，发电机组频率稳定，则判定电网由小网转入大网工况，调速器自动由小网工况转入大网工况，调取相应的控制模式和参数。

保留人工把手切入大网的功能。

实施例4：

一种水电厂调速器对大、小网工况转换的判别装置，其特征在于，包括大网工况转入小网工况判别模块和小网工况转入大网工况判别模块，其中：

所述大网工况转入小网工况判别模块用于判断判断是否满足由大网工况转入小网工况的条件，若满足条件，则判定电网由大网工况转入小网工况；电网由大网工况转入小网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，系统频率超过预设频率，且发电机组未出现频率跳变故障；

所述小网工况转入大网工况判别模块用于判断是否满足由小网工况转入大网工况的条件，若满足条件，则判定电网由小网工况转入大网工况；电网由小网工况转入大网工况的条件为：gcb断路器置于合闸位置，发电机组频率稳定。

作为一种较佳的实施例，所述大网工况转入小网工况判别模块中，判断发电机组是否出现频率跳变故障的方法为，计算发电机组频率曲线的斜率，若斜率超过设定斜率值，则判定频率采样失真，累积失真次数，若次数超过门槛预设数值θ，判定为出现频率跳变故障，具体为：

在发电机组频率曲线上采集两点，计算两点频率之间的斜率，如果该斜率大于设定斜率值，则计数一次；如此循环，若计数值在设定时间内大于门槛预设数值θ，即判定为出现频率跳变故障，人工复位故障的同时清零计数值重新计数，若计数值在设定时间内未达到门槛预设数值θ，则判定为未出现频率跳变故障，自动清零计数值重新计数。

作为一种较佳的实施例，所述小网工况转入大网工况判别模块中，判断发电机组频率是否稳定的方法为：对发电机组频率进行预设时间周期的连续采样，在一个预设时间周期内，满足设定条件则判定发电机组频率稳定，否则判定发电机组频率不稳定，重新进行判断，设定条件为发电机组频率在预设频率范围内的采样点数量占整个预设时间周期内采样点数量的百分比超过设定阈值。

作为一种较佳的实施例，所述大网工况转入小网工况判别模块中，电网由大网工况转入小网工况的条件还包括，任意一个主变压器高压侧断路器置于合闸位置。

作为一种较佳的实施例，所述小网工况转入大网工况判别模块中，电网由小网工况转入大网工况的条件还包括，任意一个主变压器高压侧断路器置于合闸位置。

作为一种较佳的实施例，所述大网工况转入小网工况判别模块中，电网由大网工况转入小网工况的条件还包括，延时大于设定延时值。

名词解释：

小网：在电力系统中，水力或火力发电机组单机或若干台机组容量和整个系统中装机运行容量相比，占比较大的一种电网结构。主要表现为，单机或若干台机组的出力变化，会对整个系统频率有显著改变，整个系统频率改变量一般超过0.1hz以上。业界也称为孤网、孤岛，孤立运行等。

gcb断路器：即发电机出口断路器系统或机端出口断路器，其包含装置执行机构、操作介质和辅助控制系统，常见为sf6断路器。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。