适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器

摘要

本发明公开了一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器。本发明的励磁变过负荷限制器包括励磁变过负荷信号检测回路、励磁变过负荷状态判断回路和励磁变过负荷动作回路；励磁变过负荷信号检测回路用于检测励磁变压器负荷运行状态的信号，并将信号传送给励磁变过负荷状态判断回路；励磁变过负荷状态判断回路利用检测得到的信号对励磁变压器是否超过设备允许的过负荷运行状态进行计算判断，得到励磁变过负荷限制动作信号，并将励磁变过负荷限制动作信号传送给励磁变过负荷动作回路；励磁变过负荷动作回路控制柔性励磁系统的控制过程变量。本发明在发挥柔性励磁系统强励能力的同时，将励磁变压器运行状态限制在设备允许的过负荷运行范围内。

说明书

技术领域

本发明属于发电机励磁系统领域，具体地说是一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器。

背景技术

近年来，电网面临高比例清洁能源、高比例电力电子装置的“双高”发展挑战，安全稳定运行压力大增，新形势下电力系统应对极端风险的弹性调节能力亟待提升。在常规发电机组被新能源大量替代后，电网稳定支撑能力下降，电网运行风险增加、控制手段匮乏。上述问题的解决，若在一次系统采取措施成本高，难度大，如能通过改进大型同步发电机励磁控制系统及其控制策略实现，效果将会更加显著，同时成本也大幅度降低。

目前，常规发电机励磁系统是基于半控器件晶闸管整流的方式实现，仅可以控制器件开通无法控制关断，导致常规励磁系统仅可通过相控降压整流来控制发电机励磁电压，当电网电压跌落时，发电机组的顶值强励输出能力有限，不利于高比例新能源电网的电压稳定控制。柔性励磁装置通过应用全控电力电子器件IGBT，创新拓扑结构和控制方法，从底层实现对发电机励磁系统这一涉及电网稳定控制核心设备性能的本质提升。

但基于IGBT元件的AC-DC和DC-DC功率变换回路组成的柔性励磁装置应用于发电励磁系统时，由于柔性励磁具有主动提升强励能力，常规励磁已有的限制控制功能无法完全覆盖新拓扑励磁系统的安全运行需求。在励磁系统强励状态下，常规励磁由于仅能降压整流控制，励磁变的交流电流与转子侧直流电流几乎成线性正比例关系，因此只要通过转子过励限制器就能等效限制励磁变的过负荷问题。但柔性励磁具备升压强励功能，在强励状态下励磁变电流与机端电压成反比，与转子电流不维持在线性比例关系，因此无法再利用原有的过励限制器对励磁变的过负荷运行状态进行限制保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器，其在发挥柔性励磁系统动态强励能力的同时，限制励磁变压器运行状态在设备允许的过负荷运行范围内。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器，所述柔性励磁系统包括柔性励磁功率单元和柔性励磁控制单元；

所述柔性励磁功率单元包含一个前级双向交流-直流换流器和一个后级双向直流-直流换流器两级电路，前级双向交流-直流换流器与后级双向直流-直流换流器经中间直流电容回路相连；所述前级双向交流-直流换流器的三相交流输入侧为柔性励磁功率单元的输入侧；所述后级双向直流-直流换流器的直流输出侧为柔性励磁功率单元的输出侧；所述柔性励磁功率单元的输入侧与励磁变压器的三相交流低压侧相连，励磁变压器的三相交流高压侧与发电机机端相连；所述柔性励磁功率单元的输出侧与发电机励磁绕组相连；

所述柔性励磁控制单元包含励磁变过负荷限制器，该所述的励磁变过负荷限制器包括励磁变过负荷信号检测回路、励磁变过负荷状态判断回路和励磁变过负荷动作回路；所述励磁变过负荷信号检测回路用于检测励磁变压器负荷运行状态的信号，并将信号传送给励磁变过负荷状态判断回路；所述励磁变过负荷状态判断回路利用检测得到的信号对励磁变是否超过设备允许的过负荷运行状态进行计算判断，得到励磁变过负荷限制动作信号，并将励磁变过负荷限制动作信号传送给励磁变过负荷动作回路；所述励磁变过负荷动作回路在收到励磁变过负荷限制动作信号后，通过控制柔性励磁系统的控制过程变量，将励磁变压器运行状态限制在设备允许的过负荷运行范围内。

励磁变过负荷是指励磁变超过额定负载运行，励磁变过负荷运行范围可采用运行电流与对应的允许运行时间来表征，其中运行电流与允许运行时间一般呈现反时限特性，也可用励磁变最大允许运行温度来表征。

进一步地，所述励磁变过负荷信号检测回路通过温度测量装置得到励磁变压器温度；所述励磁变过负荷状态判断回路通过比较励磁变压器温度和励磁变压器温度过热定值得到励磁变过负荷限制动作信号。

进一步地，所述励磁变过负荷信号检测回路通过电流测量装置获得励磁变压器电流；所述励磁变过负荷状态判断回路通过励磁变压器电流计算励磁变绕组积累热量，与励磁变绕组过负荷热量定值比较得到励磁变过负荷限制动作信号。

进一步地，当励磁变过负荷限制动作信号发生时，励磁变过负荷动作回路动作于减小后级双向直流-直流换流器的励磁电压输出限幅，并按如下公式实时调整：所述的励磁电压输出限幅=限制动作保守系数×机端电压标幺值×励磁变二次侧额定电压×励磁变二次侧额定电流÷励磁电流实测值。

进一步地，当励磁变过负荷限制动作信号发生时，励磁变过负荷动作回路动作于减小前级双向交流-直流换流器输入环节的电流限幅，按如下公式进行限制：所述的电流限幅=限制动作保守系数×励磁变二次侧额定电流。

本发明具有以下有益效果：本发明提出的励磁变过负荷限制器能在充分发挥柔性励磁系统高强励能力的同时，将励磁变压器运行状态限制在设备允许的过负荷运行范围内，完善现有励磁限制控制的不足，有效保护励磁变压器。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器的控制框图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图来对本发明进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和变更，都落入本发明的保护范围。

实施例1

本实施方式所提出的一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器如图1所示，所述柔性励磁系统包括柔性励磁功率单元和柔性励磁控制单元。

所述柔性励磁功率单元包含一个前级双向交流-直流换流器和一个后级双向直流-直流换流器两级电路，前级双向交流-直流换流器与后级双向直流-直流换流器经中间直流电容回路相连；所述前级双向交流-直流换流器的三相交流输入侧为柔性励磁功率单元的输入侧；所述后级双向直流-直流换流器的直流输出侧为柔性励磁功率单元的输出侧；所述柔性励磁功率单元的输入侧与励磁变压器的三相交流低压侧相连，励磁变压器的三相交流高压侧与发电机机端相连；所述柔性励磁功率单元的输出侧与发电机励磁绕组相连。

所述柔性励磁控制单元包含励磁变过负荷限制器，将励磁变电流限制控制在设备允许的过负荷运行范围内；

所述的励磁变过负荷限制器由励磁变过负荷信号检测回路、励磁变过负荷状态判断回路和励磁变过负荷动作回路构成；

所述励磁变过负荷信号检测回路通过温度测量装置得到励磁变压器温度；所述励磁变过负荷状态判断回路通过比较励磁变压器温度和励磁变压器温度过热定值得到励磁变过负荷限制动作信号。

当励磁变过负荷限制动作信号发生时，励磁变过负荷动作回路动作于减小后级双向直流-直流换流器的励磁电压输出限幅，并按如下公式实时调整：励磁电压输出限幅=限制动作保守系数×机端电压标幺值×励磁变二次侧额定电压×励磁变二次侧额定电流÷励磁电流实测值，其中限制动作保守系数可按0.8至0.9整定。

实施例2

本实施方式所提出的一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器，其控制框图与实施例1相同，如图1所示。

所述的励磁变过负荷限制器由励磁变过负荷信号检测回路、励磁变过负荷状态判断回路和励磁变过负荷动作回路构成；

所述励磁变过负荷信号检测回路通过温度测量装置得到励磁变压器温度；所述励磁变过负荷状态判断回路通过比较励磁变压器温度和励磁变压器温度过热定值得到励磁变过负荷限制动作信号。

当励磁变过负荷限制动作信号发生时，励磁变过负荷动作回路也可动作于减小前级双向交流-直流换流器输入环节的电流限幅，按如下公式进行限制：三相交流输入电流限幅=限制动作保守系数×励磁变二次侧额定电流，其中限制动作保守系数可按0.8至0.9整定。

实施例3

本实施方式所提出的一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器，其控制框图与实施例1相同，如图1所示。

所述的励磁变过负荷限制器由励磁变过负荷信号检测回路、励磁变过负荷状态判断回路和励磁变过负荷动作回路构成；

所述励磁变过负荷信号检测回路通过电流测量装置获得励磁变压器电流；所述励磁变过负荷状态判断回路再通过励磁变压器电流计算励磁变绕组积累热量，与励磁变绕组过负荷热量定值比较得到励磁变过负荷限制动作信号。

当励磁变过负荷限制动作信号发生时，励磁变过负荷动作回路动作于减小后级双向直流-直流换流器的励磁电压输出限幅，并按如下公式实时调整：励磁电压输出限幅=限制动作保守系数×机端电压标幺值×励磁变二次侧额定电压×励磁变二次侧额定电流÷励磁电流实测值，其中限制动作保守系数可按0.8至0.9整定。

实施例4

本实施方式所提出的一种适用于柔性励磁系统的励磁变过负荷限制器，其控制框图与实施例1相同，如图1所示。

所述的励磁变过负荷限制器由励磁变过负荷信号检测回路、励磁变过负荷状态判断回路和励磁变过负荷动作回路构成；

所述励磁变过负荷信号检测回路通过电流测量装置获得励磁变压器电流；所述励磁变过负荷状态判断回路再通过励磁变电流计算励磁变绕组积累热量，与励磁变绕组过负荷热量定值比较得到励磁变过负荷限制动作信号。

当励磁变过负荷限制动作信号发生时，励磁变过负荷动作回路可动作于减小前级双向交流-直流换流器输入环节的电流限幅，按如下公式进行限制：三相交流输入电流限幅=限制动作保守系数×励磁变二次侧额定电流，其中限制动作保守系数可按0.8至0.9整定。