励磁调节器的过励限制优化方法及系统

摘要

本发明提供一种励磁调节器的过励限制优化方法及系统。该励磁调节器的过励限制优化方法包括：确定惯性时间常数；采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果；当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及励磁调节领域，具体地，涉及一种励磁调节器的过励限制优化方法及系统。

背景技术

严重故障冲击下的电压无功支撑能力不足可能诱发系统电压失稳事故。故障中长期过程中发电机过励限制(OEL，Over Excitation Limiter)的动作行为对维持电网稳定，防御大面积停电事故发生具有重要作用。

目前针对过励限制对连锁大停电事故的影响，以及过励保护配合等问题已开展大量研究。现有设计中的反时限时间与励磁电流的初值无关，只与强励时的励磁电流数值有关，导致在发电机的初始励磁电流低于额定励磁电流时，发电机的强励能力或过电流潜在能力远大于目前的常规励磁设计，不能充分发挥机组对电网的支撑能力；在发电机的初始励磁电流高于额定励磁电流时，发电机的强励能力又小于目前的常规励磁设计，可能危及机组安全。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种励磁调节器的过励限制优化方法及系统，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种励磁调节器的过励限制优化方法，包括：

确定惯性时间常数；

采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

本发明实施例还提供一种励磁调节器的过励限制优化系统，包括：

确定单元，用于确定惯性时间常数；

第一计算单元，用于采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较单元，用于比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果；

输出结果单元，用于根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

过励限制调节单元，用于启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

确定惯性时间常数；

采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

确定惯性时间常数；

采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

本发明实施例的励磁调节器的过励限制优化方法及系统，先确定惯性时间常数，然后采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果，最后比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果，当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中励磁调节器的过励限制优化方法的流程图；

图2是本发明实施例中S104的具体流程图；

图3是本发明实施例中励磁调节器的过励限制优化方法的逻辑示意图；

图4是电压阶跃试验的励磁电流录波图；

图5是不同励磁电流下的过励限制反时限动作时间表；

图6是连锁故障试验下的机端电压录波图；

图7是连锁故障试验下的励磁电流录波图；

图8是本发明实施例中励磁调节器的过励限制优化系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

鉴于现有技术不能充分发挥机组对电网的支撑能力，可能危及机组安全，本发明实施例提供一种励磁调节器的过励限制优化方法，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例中励磁调节器的过励限制优化方法的流程图。如图1所示，励磁调节器的过励限制优化方法包括：

S101：确定惯性时间常数。

S102：采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果。

S103：比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果。

S104：根据第一比较结果确定输出结果，其中，输出结果为第一数值或第二数值。

S105：当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

图1所示的励磁调节器的过励限制优化方法的执行主体可以为励磁调节器。由图1所示的流程可知，本发明实施例的励磁调节器的过励限制优化方法先确定惯性时间常数，然后采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果，最后比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果，当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

一实施例中，通过如下公式确定惯性时间常数：

其中，T为惯性时间常数，t为时刻，I_f(∞)为正无穷时刻的励磁电流，I_f(0_-)为0时刻的励磁电流，I_fth为1.1倍额定励磁电流。

一实施例中，S102具体包括：

对励磁电流进行拉普拉斯变换；根据经过拉普拉斯变换的励磁电流和惯性时间常数，计算第一计算结果。

其中，通过如下公式计算第一计算结果：

其中，为第一计算结果，I_f(s)为经过拉普拉斯变换的励磁电流，T为惯性时间常数，s为拉普拉斯算子。

图2是本发明实施例中S104的具体流程图。如图2所示，S104包括：

S201：对第一比较结果进行增益处理和限幅处理，得到限幅结果。

S202：根据限幅结果和条件参数得到第二计算结果。

S203：比较第二计算结果与第二预设值的大小得到输出结果。

一实施例中，条件参数为第三数值或第四数值。S202具体包括：

当机端电压满足二次强励调节条件时，条件参数为第三数值，根据限幅结果和第三数值得到第二计算结果；当机端电压不满足二次强励调节条件时，条件参数为第四数值，根据限幅结果和第四数值得到第二计算结果。

其中，将限幅结果和条件参数相乘可以得到第二计算结果，第三数值为0，第四数值为1，限幅结果为0或1。

一实施例中，当第二计算结果小于第二预设值时，输出结果为第一数值；当第二计算结果大于或等于第二预设值时，输出结果为第二数值。其中，第二预设值为0.99。第二计算结果为0或1，第一数值为0，第二数值为1。

一实施例中，输出结果为第二数值时，比较当前时刻的第一计算结果与第二比较值的大小，当当前时刻的第一计算结果小于第二比较值时，输出结果为第一数值，此时启动过励限制反时限复位。

一实施例中，当当前时刻的第一计算结果大于或等于第二比较值且机端电压满足二次强励调节条件时，启动强励调节以增大励磁电流。

其中，二次强励调节条件为：U_t为t时刻发电机的机端电压。

图3是本发明实施例中励磁调节器的过励限制优化方法的逻辑示意图。如图3所示，本发明实施例的具体流程如下：

1、通过如下公式确定惯性时间常数：

其中，I_fn为额定励磁电流。当本发明能够满足初始励磁电流为I_fn，以2倍I_fn持续10s强励的要求时，t＝10s，此时

2、对励磁电流I_f进行拉普拉斯变换；根据经过拉普拉斯变换的励磁电流和惯性时间常数，计算第一计算结果

3、在初始的正常时刻，输出结果S_OEL＝0，此时比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果。其中，第一比较结果为第一计算结果与第一比较值的差，第一比较值为1.21。当第一计算结果大于或等于第一比较值时，第一比较结果大于0。当第一计算结果小于第一比较值时，第一比较结果小于0。

4、对第一比较结果进行增益处理和限幅处理，得到限幅结果。如图3所示，增益K的数值极大，当第一比较结果大于0时，第一比较结果与K相乘后的值大于1，经过限幅处理得到的限幅结果△I_f²为1；当第一比较结果小于0时，第一比较结果与K相乘后的值小于0，经过限幅处理得到的限幅结果△I_f²为0。

5、根据限幅结果和条件参数得到第二计算结果。在正常工况下，机端电压不满足二次强励调节条件，此时条件参数S_Ut为1。将第二计算结果与第二预设值(0.99)作比较，当第二计算结果为0时，输出结果为0，系统正常；当第二计算结果为1时，输出结果为1。

6、当输出结果S_OEL为1时，表明反时限计时满足过励限制动作条件，此时启动过励限制调节环节减小励磁电流I_f至第一预设值1.1p.u.以保护发电机设备；同时，将第一比较值切换至第二比较值第二比较值为1.12，此时第一计算结果大于或等于第二比较值，输出结果S_OEL保持为1。

7、当故障恢复时，励磁电流I_f变小，进而第一计算结果变小，当第一计算结果小于第二比较值时，输出结果为0，此时启动过励限制反时限复位，将第二比较值切换至第一比较值

当原系统故障未恢复并再次发生故障(连锁故障)时，第一计算结果大于或等于第二比较值且机端电压满足二次强励调节条件，此时条件参数S_Ut由1变为0，输出结果为0，将第二比较值切换至第一比较值，从过励限制反时限调节切回强励调节以增大励磁电流I_f。当第一计算结果大于或等于第一比较值且机端电压不满足二次强励调节条件时，输出结果由0变为1，再次启动过励限制反时限调节，重复步骤6。

以PSASP仿真软件为例，搭建单机无穷大仿真系统以验证本发明的优越性。图4是电压阶跃试验的励磁电流录波图。如图4所示，初始励磁电流分别为1.05I_fn、1.0I_fn、0.75I_fn、0.5I_fn(I_fn对应图4中的纵坐标2.7p.u.)，在同一时刻进行电压阶跃试验，使得励磁电流均上升至2.0I_fn。由图4可知，经过不同的反时限时间后，过励限制反时限均正常调节，将励磁电流限制至1.1I_fn。图5是不同初始励磁电流下的过励限制反时限动作时间表。如图5所示，在相同励磁电流过励倍数下，本发明实施例的实际动作时间取决于初始励磁电流，相比现有技术的理论反时限动作时间均10s的方案，本发明充分考虑不同励磁电流下发电机转子的过热能力，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

图6是连锁故障试验下的机端电压录波图。图7是连锁故障试验下的励磁电流录波图。如图6和图7所示，在发电机满载工况下，在第5s模拟系统电压阶跃，机端电压下降至0.84p.u.，此时励磁系统强励，励磁电流上升至2.0I_fn，经过10.9s后，OEL(过励限制)动作，机端电压降至0.69p.u.，转子电流返回至1.1I_fn。在此基础上模拟第二次故障，即40s时刻某条输电线路80％处发生100ms的三相瞬时短路故障，造成此时从过励限制反时限调节切回强励调节进行二次强励，瞬时短路后机端电压和励磁电流稳定运行；而如果屏蔽二次强励功能，瞬时短路后机端电压和励磁电流振荡发散，造成系统崩溃。由此可见，在发生连锁故障时，本发明能短时间提供强励电流，提升系统的稳定性，保证电网的安全稳定运行。

综上，本发明实施例的励磁调节器的过励限制优化方法先确定惯性时间常数，然后采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果，最后比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果，当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

本发明实施例的励磁调节器的过励限制优化方法在系统发生连锁故障时进行二次强励，令机端电压和励磁电流稳定运行，提升系统的稳定性，保证电网的安全稳定运行。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种励磁调节器的过励限制优化系统，由于该系统解决问题的原理与励磁调节器的过励限制优化方法相似，因此该系统的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图8是本发明实施例中励磁调节器的过励限制优化系统的结构框图。如图8所示，励磁调节器的过励限制优化系统包括：

确定单元，用于确定惯性时间常数；

第一计算单元，用于采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较单元，用于比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果；

输出结果单元，用于根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

过励限制调节单元，用于启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

在其中一种实施例中，通过如下公式确定惯性时间常数：

其中，T为惯性时间常数，t为时刻，I_f(∞)为正无穷时刻的励磁电流，I_f(0_-)为0时刻的励磁电流，I_fth为1.1倍额定励磁电流。

在其中一种实施例中，第一计算单元具体用于：

对励磁电流进行拉普拉斯变换；

根据经过拉普拉斯变换的励磁电流和惯性时间常数，计算第一计算结果；

其中，通过如下公式计算第一计算结果：

其中，为第一计算结果，I_f(s)为经过拉普拉斯变换的励磁电流，T为惯性时间常数，s为拉普拉斯算子。

在其中一种实施例中，输出结果单元包括：

限幅结果子单元，用于对第一比较结果进行增益处理和限幅处理，得到限幅结果；

第二计算子单元，用于根据限幅结果和条件参数得到第二计算结果；

输出结果单元子单元，用于比较第二计算结果与第二预设值的大小得到输出结果。

在其中一种实施例中，条件参数为第三数值或第四数值；

第二计算子单元具体用于：

根据限幅结果和第三数值得到第二计算结果；

根据限幅结果和第四数值得到第二计算结果。

在其中一种实施例中，当第二计算结果小于第二预设值时，输出结果为第一数值；

当第二计算结果大于或等于第二预设值时，输出结果为第二数值。

在其中一种实施例中，还包括：过励限制反时限复位单元；

过励限制调节单元还用于：将第一比较值切换至第二比较值；

比较单元还用于：比较当前时刻的第一计算结果与第二比较值的大小；

过励限制反时限复位单元用于：启动过励限制反时限复位，将第二比较值切换至第一比较值。

在其中一种实施例中，还包括：

强励调节单元，用于启动强励调节以增大励磁电流。

综上，本发明实施例的励磁调节器的过励限制优化系统先确定惯性时间常数，然后采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果，最后比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果，当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

本发明实施例的励磁调节器的过励限制优化系统在系统发生连锁故障时进行二次强励，令机端电压和励磁电流稳定运行，提升系统的稳定性，保证电网的安全稳定运行。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

确定惯性时间常数；

采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

综上，本发明实施例的计算机设备先确定惯性时间常数，然后采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果，最后比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果，当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

确定惯性时间常数；

采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果；

比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果；其中，输出结果为第一数值或第二数值；

当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值。

综上，本发明实施例的计算机可读存储介质先确定惯性时间常数，然后采集发电机的励磁电流，根据惯性时间常数和励磁电流计算第一计算结果，最后比较第一计算结果与第一比较值的大小得到第一比较结果，根据第一比较结果确定输出结果，当输出结果为第二数值时，启动过励限制反时限调节以减小励磁电流至第一预设值，可以根据故障前不同的初始励磁电流调整不同的反时限时间，即在低负荷运行时，使机组具备较高的强励能力，在高负荷运行时，使机组具备较低的强励能力，以保证电网在多次连锁故障时提供充分适当的无功支撑，维持电网安全运行。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。