一种励磁系统中定子电流限制器的实现方法

摘要

本发明公开了一种励磁系统中定子电流限制器的实现方法，将同步电机励磁控制系统中定子电流限制器控制目标中的定子电流参考值I

说明书

技术领域

本发明涉及一种励磁系统中定子电流限制器的实现方法，属于电机励磁控 制技术领域。

背景技术

随着励磁控制技术的进步，现代大型机组的励磁控制系统具有多项辅助功 能，除主环机端电压控制外，还有许多辅环控制环节，例如转子电流控制、调 差、伏赫兹限制、欠励限制、过励限制、过无功限制、PSS(电力系统稳定器) 等，都主要用来保护同步电机转子和定子的安全。

受同步发电机散热及绝缘耐热等因素以及使用寿命的影响，电机运行需对 定子电流进行限制，对应在励磁系统中相应的即为定子电流限制(SCL)环节。 励磁系统中的定子电流限制具有显著的特点，由于励磁系统的任务是控制同步 电机的无功功率，励磁系统只能对定子电流中的无功电流分量进行限制，无法 影响主要决定于原动机出力或负荷的有功电流分量。同步电机需要承受外部短 路的冲击，没有最大定子电流瞬时限制，一般情况下，同步电机定子绕组由于 结构、工艺和运行状态等方面的因素，在相同过电流倍数下承受能力略强于转 子绕组，因此允许的过电流持续时间长于后者。定子电流限制器区分为过励侧 定子电流限制和欠励侧定子电流限制，过励侧针对同步电机的感性电流过流， 欠励侧针对同步电机容性电流过流。

目前，没有行业标准对励磁系统中的定子电流限制环节有具体的规定，关 于同步电机定子电流限制器的投入和退出都以同步电机定子过电流耐受力、一 定的发热时间常数为基准来实现，而鉴于定子电流的大小不全由励磁系统决 定，当进入定子电流限制环节后如何实现对定子电流的控制有许多不同的实现 方式。但是，现有技术中的实现方式一般都不能精确快速实现定子电流限制， 存在定子电流振荡的问题，控制可靠性还有待提高。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种励磁系统中定 子电流限制器的实现方法，解决现有技术中同步电机励磁系统定子电流限制器 不能精确快速实现定子电流限制，以及克服定子电流振荡等技术问题，不仅提 高定子电流限制器的控制性能，还加强励磁系统对电力系统稳定的支撑作用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种励磁系统中定子电流限制器的实现方法，包括以下步骤：

1)实时测量同步电机机端电压U，获取同步电机励磁控制系统中定子电 流限制器控制目标中的定子电流参考值I_Gref；按照公式(1)计算同步电机励磁 控制系统中定子电流限制器的定子电流控制参考值对应的视在功率S；

S＝UI_Gref(1)

2)实时测量同步电机有功功率P，结合步骤1)计算所得的视在功率S， 按照公式(2)计算定子电流限制器控制目标对应的过励侧定子电流限制无功 功率参考值Q_scloelref和欠励侧定子电流限制无功功率参考值Q_scluelref；

$\left(\begin{array}{c}{Q}_{scloelref}=\sqrt{S^2-P^2}\\ Q_{scluelref}=-\sqrt{S^2-P^2}\end{array}\right)---\left(2\right)$

3)实时测量同步电机无功功率Q，结合步骤2)计算所得的过励侧定子电 流限制无功功率参考值Q_scloelref和欠励侧定子电流限制无功功率参考值Q_scluelref，对 同步电机进行励磁系统控制；

当同步电机处于滞相状态时，取过励侧定子电流限制无功功率参考值 Q_scloelref与同步电机无功功率Q进行比较，得出过励侧定子电流限制器的输出 U_scloel；若|Q_scloelref|＜|Q|，即U_scloel＜0，则在过励侧降低同步电机定子电流来减小同 步电机无功功率Q，使同步电机无功功率Q达到过励侧定子电流限制无功功率 参考值Q_scloelref；若|Q_scloelref|≥|Q|，则定子电流限制器不动作；

当同步电机处于进相状态时，取欠励侧定子电流限制无功功率参考值 Q_scluelref与同步电机无功功率Q进行比较，得出欠励侧定子电流限制器的输出 U_scluel；若|Q_scluelref|＜|Q|，即U_scluel＞0，则在欠励侧降低同步电机定子电流来增加同 步电机无功功率Q，使同步电机无功功率Q达到欠励侧定子电流限制无功功率 参考值Q_scluelref；若|Q_scluelref|≥|Q|，则定子电流限制器不动作。

本发明进一步设置为：所述步骤2)还包括对实时测量到的同步电机有功 功率P在按照公式(2)计算前进行惯性运算。

本发明进一步设置为：所述惯性运算采用惯性函数为进行运算，其 中，s为算子，T_scl为有功功率滤波时间常数。

本发明进一步设置为：所述步骤3)中对同步电机进行励磁系统控制，采 用定子电流限制器输入电压调节器的方式实现。

本发明进一步设置为：所述定子电流限制器输入电压调节器的方式采用在 定子电流限制器动作后由电压环切换到定子电流限制器的方式。

本发明进一步设置为：所述定子电流限制器输入电压调节器的方式采用将 定子电流限制器的输出叠加到电压调节器参考电压上的方式。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

将同步电机励磁控制系统中定子电流限制器控制目标中的定子电流参考 值I_Gref与当前实时测量到的同步电机机端电压U进行运算得到视在功率S，根据 实时测量到的同步电机有功功率P，按照将定子电流的控制目标 变换为同步电机无功功率的实时控制目标，以计算所得的无功功率参考值为控 制目标进行闭环控制实现励磁系统控制。从而精确快速地实现定子电流限制， 可靠地克服定子电流振荡，同时提高了定子电流限制器的控制性能，以及加强 励磁系统对电力系统稳定的支撑作用。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手 段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明一种励磁系统中定子电流限制器的实现方法的原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种励磁系统中定子电流限制器的实现方法，包括以下步骤：

1)实时测量同步电机机端电压U，获取同步电机励磁控制系统中定子电 流限制器控制目标中的定子电流参考值I_Gref；按照公式(1)计算同步电机励磁 控制系统中定子电流限制器的定子电流控制参考值对应的视在功率S；

S＝UI_Gref(1)

2)实时测量同步电机有功功率P，结合步骤1)计算所得的视在功率S， 按照公式(2)计算定子电流限制器控制目标对应的过励侧定子电流限制无功 功率参考值Q_scloelref和欠励侧定子电流限制无功功率参考值Q_scluelref；

$\left(\begin{array}{c}{Q}_{scloelref}=\sqrt{S^2-P^2}\\ Q_{scluelref}=-\sqrt{S^2-P^2}\end{array}\right)---\left(2\right)$

3)实时测量同步电机无功功率Q，结合步骤2)计算所得的过励侧定子电 流限制无功功率参考值Q_scloelref和欠励侧定子电流限制无功功率参考值Q_scluelref，对 同步电机进行励磁系统控制；

当同步电机处于滞相状态时，取过励侧定子电流限制无功功率参考值 Q_scloelref与同步电机无功功率Q进行比较，得出过励侧定子电流限制器的输出 U_scloel；若|Q_scloelref|＜|Q|，即U_scloel＜0，则在过励侧降低同步电机定子电流来减小同 步电机无功功率Q，使同步电机无功功率Q达到过励侧定子电流限制无功功率 参考值Q_scloelref；若|Q_scloelref|≥|Q|，则定子电流限制器不动作；

当同步电机处于进相状态时，取欠励侧定子电流限制无功功率参考值 Q_scluelref与同步电机无功功率Q进行比较，得出欠励侧定子电流限制器的输出 U_scluel；若|Q_scluelref|＜|Q|，即U_scluel＞0，则在欠励侧降低同步电机定子电流来增加同 步电机无功功率Q，使同步电机无功功率Q达到欠励侧定子电流限制无功功率 参考值Q_scluelref；若|Q_scluelref|≥|Q|，则定子电流限制器不动作。

如图1所示，将实时测量同步电机有功功率P结合视在功率S按照公式(2) 计算前，对实时测量到的同步电机有功功率P进行惯性运算，惯性运算采用惯 性函数为其中，s为算子，T_scl为有功功率滤波时间常数。

将过励侧定子电流限制无功功率参考值Q_scloelref或欠励侧定子电流限制无功 功率参考值Q_scluelref与同步电机无功功率Q进行比较，得到过励侧定子电流限制器 的输出U_scloel或欠励侧定子电流限制器的输出U_scluel，从而对同步电机进行励磁系 统控制。而定子电流限制器输入电压调节器的方式有多种选择，可以采用在定 子电流限制器动作后由电压环切换到定子电流限制器的方式，也可以采用将定 子电流限制器的输出叠加到电压调节器参考电压上的方式。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人 员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只 是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求 保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。