CN112260596A - 一种发电机定子电流过流控制方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机定子电流过流控制方法及相关装置，方法包括：获取发电机机组运行中的定子电流；若有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；若有功分量在预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与预置有功分量最大值的乘积，增益过流限制值为初始过流限制值与预置增益量之和；若有功分量大于增益有功分量最大值，则将无功分量的给定值置零，并根据增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。解决现有技术并未将定子电流进行有功和无功区分，励磁调节范围受限，导致过流限制环节稳定性较差的技术问题。

Description

一种发电机定子电流过流控制方法及相关装置

技术领域

本发明涉及电力***控制技术领域，尤其涉及一种发电机定子电流过流控制方法及相关装置。

背景技术

电网在某些特定运行工况以及故障下，存在***动态稳定性问题。例如，机组发生功率振荡引起功率振荡监控告警，经验证发现，故障直接原因是励磁***的定子电流过流控制存在问题，导致机组的功率振荡。

现有的发电机定子电流有效值闭环控制方法，并没有区分发电机定子电流的有功分量和无功分量，导致一旦发电机处理超过额定功率就必然引起发电机组振荡，而此时，励磁调节器能调节的范围非常小，导致过流限制的稳定性较差。

发明内容

本发明提供了一种发电机定子电流过流控制方法及相关装置，用于解决现有技术并未将定子电流进行有功和无功区分，励磁调节范围受限，导致过流限制环节稳定性较差的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种发电机定子电流过流控制方法，包括：

获取发电机机组运行中的定子电流有效值，所述定子电流有效值包括有功分量和无功分量；

若所述有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；

若所述有功分量在所述预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，所述增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与所述预置有功分量最大值的乘积，所述增益过流限制值为所述初始过流限制值与预置增益量之和；

若所述有功分量大于所述增益有功分量最大值，则将所述无功分量的给定值置零，并根据所述增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

可选的，所述定子电流有效值为：

其中，i_d为所述有功分量，i_q为所述无功分量。

可选的，所述增益过流限制值的计算过程为：

根据增益公式、所述有功分量和所述预置有功分量最大值计算所述预置增益量，所述增益公式为：

ΔI＝K_p×(i_d-i_{d max})；

其中，ΔI为所述预置增益量，K_p为第二增益系数，i_d为所述有功分量，i_{d max}为所述预置有功分量最大值；

将所述初始过流限制值与所述预置增益量求和，得到增益过流限制值。

本发明第二方面提供了一种发电机定子电流过流控制装置，包括：

获取模块，用于获取发电机机组运行中的定子电流有效值，所述定子电流有效值包括有功分量和无功分量；

第一判断模块，用于若所述有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；

第二判断模块，用于若所述有功分量在所述预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，所述增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与所述预置有功分量最大值的乘积，所述增益过流限制值为所述初始过流限制值与预置增益量之和；

第三判断模块，用于若所述有功分量大于所述增益有功分量最大值，则将所述无功分量的给定值置零，并根据所述增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

可选的，所述定子电流有效值为：

其中，i_d为所述有功分量，i_q为所述无功分量。

可选的，所述增益过流限制值的计算过程为：

根据增益公式、所述有功分量和所述预置有功分量最大值计算所述预置增益量，所述增益公式为：

ΔI＝K_p×(i_d-i_{d max})；

其中，ΔI为所述预置增益量，K_p为第二增益系数，i_d为所述有功分量，i_{d max}为所述预置有功分量最大值；

将所述初始过流限制值与所述预置增益量求和，得到增益过流限制值。

本发明第三方面提供了一种发电机定子电流过流控制设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的发电机定子电流过流控制方法。

本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的发电机定子电流过流控制方法。

本发明第五方面提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面所述的发电机定子电流过流控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种发电机定子电流过流控制方法，包括：获取发电机机组运行中的定子电流有效值，定子电流有效值包括有功分量和无功分量；若有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；若有功分量在预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与预置有功分量最大值的乘积，增益过流限制值为初始过流限制值与预置增益量之和；若有功分量大于增益有功分量最大值，则将无功分量的给定值置零，并根据增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

本发明提供的发电机定子电流过流控制方法，将定子电流有效值进行有功分量和无功分量的区分，并针对性的对有功分量进行多重判定，在有功分量处于不同大小的情况下，采用不同的过流限制值进行不同的闭环控制，合理的利用了无功分量的调节限制，从而应对***中不同的功率变化情况，使得***更加稳定可靠。因此，本发明解决了现有技术并未将定子电流进行有功和无功区分，励磁调节范围受限，导致过流限制环节稳定性较差的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种发电机定子电流过流控制方法的一个流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种发电机定子电流过流控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电网PMU记录的机组功率振荡曲线图

图4为本发明实施例提供的电厂机组监控录波图(水位、导叶开度、有功)；

图5为本发明实施例提供的发动机定子电流限制主控制环结构示意图；

图6为本发明实施例提供的发动机定子电流限制切换逻辑示意图；

图7为本发明实施例提供的发动机定子电流过流限制值自动调整逻辑结构示意图；

图8为本发明应用例提供的旧发电机定子电流限制控制逻辑的仿真试验结果；

图9为本发明应用例提供的本发明实施例的发电机定子电流限制控制逻辑的仿真试验结果。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

案例分析：

请参阅图3，以贵州天生桥二级站的发电机组为例，在某天发生功率振荡，振荡频率为1.11Hz，峰峰值为59MW，振荡持续时间3分17秒，电网调度员在PMU功率振荡监控告警发出后立即要求将引起振荡的发电机退出，并将处理快速减至零后解列。随后故障机组作一次调频动作，一次调频动作后闭锁功率闭环调节，机组主接开度固定在81.5％，一次调频叠加量叠加值给定开度，调速器运行在开度模式，此时调压井水头为632米，请参阅图4，此时调压井处于最低水头，机组固定在主接开度81.5％运行，机组出力随调压井水头上升而不断增加，一段时间后，机组有功功率增至241MW，无功在励磁装置AVR调节下由-50MVar增至-46MVar。机组在功率振荡过程中，调速器处于开度控制模式，机组导叶开度基本保持不变，因此，机组功率振荡不是由调速器直接引起的。现场调查发现，故障机组的励磁调节器不断发出“定子电流过流限制动作报警”与复归，报警动作频率与机组功率振荡频率一致，通过测试重现故障得出故障的直接原因是励磁***的定子电流过流限制存在缺陷，导致机组的功率振荡。这就是定子电流过流控制存在的技术问题的发现过程。

请参阅图5，发电机定子电流过流控制的主控制环的结构即如图5所示，根据发电机的设计标准，发电机的定子电流需要在1.1倍额定定子电流下长期连续运行，当发电机的定值电流大于1.1倍的额定定子电流时，会产生热量累加，发电机组允许热量累加满足一定条件：

其中，I_a为发电机定子电流实际值，I_N为发电机定子电流额定值，t为运行时间。发电机定子电流过流限制动作后，发电机励磁***切换到发电机定子电流闭环控制方式。

为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种发电机定子电流过流控制方法的实施例一，包括：

步骤101、获取发电机机组运行中的定子电流有效值，定子电流有效值包括有功分量和无功分量。

需要说明的是，定子电流有效值为：

其中，i_d为有功分量，i_q为无功分量。

定子电流有效值的有功分量i_d是由发电机组的调速***控制，而无功分量i_q是由励磁***控制，因此，励磁***仅可以控制发电机定子电流的无功分量i_q，当发电机有功功率超过额定有功功率发电时，发电机的定子电流有效值的有功分量已经超过了定子电流限制值，无论励磁***怎么调节相应的无功分量，都不可能将发电机的定子电流有效值调整至限制值以下，必然引发机组振荡。现有设计方案仅考虑机组出力不会超过额定功率的工况，但实际上水电机组出力超过额定功率的情况时有发生，况且，当发电机组的有功分量较大时，励磁调节器能够调节的范围已经非常小，调节品质较大程度降低。因此，需要针对影响较大的有功分量进行不同层面的分析，给出不同的控制调整模式，从而保证***的稳定性。

步骤102、若有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制。

需要说明的是，预置有功分量最大值即为定子电流有功分量的最大值，有功分量i_d小于预置有功分量最大值i_{d max}时，不需要进行特殊的调整或者控制操作，直接采用设定的初始过流限制值I_set进行恒电压闭环控制即可，定子电流过流限制器正常工作，假设定子电流限制环的输出为I_exout，请参阅图6，Q_out输出为0，在将两个输出进行比较后，取较小值输出即为定子电流限制输出。I_exout的具体计算过程，请参阅图7，有功分量i_d小于预置有功分量最大值i_{d max}时，i_d-i_{d max}经过K_p环节后小于0，图7中的限幅环节输出限制为0，初始过流限制值的给定值叠加为0，不影响初始过流限制的正确动作。

步骤103、若有功分量在预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与预置有功分量最大值的乘积，增益过流限制值为初始过流限制值与预置增益量之和。

需要说明的是，用k_i表示第一增益系数，那么增益有功分量最大值i'_{d max}可以表示为i'_{d max}＝k_i×i_{d max}，有功分量在预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间即为i_{d max}≤i_d≤i'_{d max}，此时图6中的Q_out输出为0，此时的增益过流限制值并非初始过流限制值，而是通过计算得到的更新的过流限制值，此时，增益计算提高了发电机定子电流过流限制值，不足以切换控制方式，且图7中增益过流限制值与I_set和I计算后仍然小于0，所以定子电流限制输出是I_exout，仍然采用正常工作过程中的恒电压闭环控制方式，但是限制值的提高可以确保定子电流过流限制不误动。

进一步地，增益过流限制值的计算过程为：

根据增益公式、有功分量和预置有功分量最大值计算预置增益量，增益公式为：

ΔI＝K_p×(i_d-i_{d max})；

其中，ΔI为预置增益量，K_p为第二增益系数，i_d为有功分量，i_{d max}为预置有功分量最大值；将初始过流限制值与预置增益量求和，得到增益过流限制值。也就是说，增益过流限制值为I'_set＝ΔI+I_set；通过合理的设置K_p可以确保最后输出的I_exout为0，从而不影响控制方式。

步骤104、若有功分量大于增益有功分量最大值，则将无功分量的给定值置零，并根据增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

需要说明的是，当i_d＞i'_{d max}时，请参阅图6，令恒无功功率闭环Q_ref＝0，将控制模式切换到恒无功功率闭环控制，将无功分量的给定值i_q控制为零，这样可以得到

这一结果是通过励磁调节器能够实现的最小无功调节得到的，无功达到最小能够使得发电机定子电流过流后积累的热量充分耗散。I'_set＝ΔI+I_set增大，且无功调节到最小，即I达到最小，此时经过PID得到的控制量I_exout较大，也就是I_exout＞Q_out，定子电流过流限制将控制模式切换至恒无功功率闭环控制，此时的定子电流限制输出为Q_out。

本发明实施例提供的发电机定子电流过流控制方法，将定子电流有效值进行有功分量和无功分量的区分，并针对性的对有功分量进行多重判定，在有功分量处于不同大小的情况下，采用不同的过流限制值进行不同的闭环控制，合理的利用了无功分量的调节限制，从而应对***中不同的功率变化情况，使得***更加稳定可靠。因此，本发明实施例解决了现有技术并未将定子电流进行有功和无功区分，励磁调节范围受限，导致定子电流过流控制环稳定性较差的技术问题。

为了便于理解，本发明提供了一种发电机定子电流过流控制方法的应用例，以天生桥二级站的发电机组为例，针对其发电机组功率振荡事件进行了RTDS闭环仿真测试，采用旧的发电机定子电流限制逻辑的仿真试验结果如图8所示，重现故障，其中IA为发电机定子电流有效值，PGEN1为发电机有功功率，QGEN1为发电机无功功率，VMGEN1为发电机定子电压有效值，EFGEN1为发电机励磁电压。采用本发明实施例中的控制方法进行仿真计算，可以得到图9所示的结果，其中，IA为发电机定子电流有效值，PGEN1为发电机有功功率，QGEN1为发电机无功功率，VMGEN1为发电机定子电压有效值，EFGEN1为发电机励磁电压。励磁***在有功功率超过增益有功分量最大值时，将控制模式切换至恒无功功率闭环控制，控制机组的无功功率为0，确保***的稳定性，这样并未出现功率振荡现象。

为了便于理解，请参阅图2，本发明提供了一种发电机定子电流过流控制装置的实施例，包括：

获取模块201，用于获取发电机机组运行中的定子电流有效值，定子电流有效值包括有功分量和无功分量；

第一判断模块202，用于若有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；

第二判断模块203，用于若有功分量在预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与预置有功分量最大值的乘积，增益过流限制值为初始过流限制值与预置增益量之和；

第三判断模块204，用于若有功分量大于增益有功分量最大值，则将无功分量的给定值置零，并根据增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

进一步地，定子电流有效值为：

其中，i_d为有功分量，i_q为无功分量。

进一步地，增益过流限制值的计算过程为：

根据增益公式、有功分量和预置有功分量最大值计算预置增益量，增益公式为：

ΔI＝K_p×(i_d-i_{d max})；

其中，ΔI为预置增益量，K_p为第二增益系数，i_d为有功分量，i_{d max}为预置有功分量最大值；

将初始过流限制值与预置增益量求和，得到增益过流限制值。

本发明还提供了一种发电机定子电流过流控制设备，设备包括处理器以及存储器：

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的发电机定子电流过流控制方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中的发电机定子电流过流控制方法。

本发明还提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法实施例中的发电机定子电流过流控制方法。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种发电机定子电流过流控制方法，其特征在于，包括：

获取发电机机组运行中的定子电流有效值，所述定子电流有效值包括有功分量和无功分量；

若所述有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；

若所述有功分量在所述预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，所述增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与所述预置有功分量最大值的乘积，所述增益过流限制值为所述初始过流限制值与预置增益量之和；

若所述有功分量大于所述增益有功分量最大值，则将所述无功分量的给定值置零，并根据所述增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

2.根据权利要求1所述的发电机定子电流过流控制方法，其特征在于，所述定子电流有效值为：

其中，i_d为所述有功分量，i_q为所述无功分量。

3.根据权利要求1所述的发电机定子电流过流控制方法，其特征在于，所述增益过流限制值的计算过程为：

根据增益公式、所述有功分量和所述预置有功分量最大值计算所述预置增益量，所述增益公式为：

ΔI＝K_p×(i_d-i_dmax)；

其中，ΔI为所述预置增益量，K_p为第二增益系数，i_d为所述有功分量，i_dmax为所述预置有功分量最大值；

将所述初始过流限制值与所述预置增益量求和，得到增益过流限制值。

4.一种发电机定子电流过流控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取发电机机组运行中的定子电流有效值，所述定子电流有效值包括有功分量和无功分量；

第一判断模块，用于若所述有功分量小于预置有功分量最大值，则根据初始过流限制值进行恒电压闭环控制；

第二判断模块，用于若所述有功分量在所述预置有功分量最大值和增益有功分量最大值之间，则根据增益过流限制值进行恒电压闭环控制，所述增益有功分量最大值为大于1的第一增益系数与所述预置有功分量最大值的乘积，所述增益过流限制值为所述初始过流限制值与预置增益量之和；

第三判断模块，用于若所述有功分量大于所述增益有功分量最大值，则将所述无功分量的给定值置零，并根据所述增益过流限制值将控制模式切换至恒无功功率闭环控制。

5.根据权利要求4所述的发电机定子电流过流控制装置，其特征在于，所述定子电流有效值为：

其中，i_d为所述有功分量，i_q为所述无功分量。

6.根据权利要求4所述的发电机定子电流过流控制装置，其特征在于，所述增益过流限制值的计算过程为：

根据增益公式、所述有功分量和所述预置有功分量最大值计算所述预置增益量，所述增益公式为：

ΔI＝K_p×(i_d-i_dmax)；

其中，ΔI为所述预置增益量，K_p为第二增益系数，i_d为所述有功分量，i_dmax为所述预置有功分量最大值；

将所述初始过流限制值与所述预置增益量求和，得到增益过流限制值。

7.一种发电机定子电流过流控制设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-3任一项所述的发电机定子电流过流控制方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-3任一项所述的发电机定子电流过流控制方法。

9.一种包括指令的计算机程序产品，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1-3任一项所述的发电机定子电流过流控制方法。

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