專利名稱：發(fā)電機實時功角的測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用GPS全球定位系統(tǒng)和轉速測量裝置直接測量發(fā)電機實時功角的方法。
在工程中，發(fā)電機實時功角和轉子位置的測量可以分為直接測量和間接測量兩類方法。經(jīng)典的直接測量方法是利用形式各樣的位置傳感器檢測轉子的位置，但是在工程應用中，無論采用何種形式的位置傳感器都普遍具有以下的四點缺陷(1)裝置必須安裝在發(fā)電機機組上，只有在停機停產(chǎn)，如設備大修等特殊條件下才能進行工程施工和設備調試，應用難度較大；(2)檢測精度低、誤差大，有的甚至超過5°；(3)對環(huán)境要求較高，抗干擾能力差，在發(fā)電機這樣的高溫、強電磁的惡劣環(huán)境中，有時甚至無法檢測出正確的位置信號；(4)有些裝置還會引發(fā)機組的徑向震動。在間接測量方法中，通過采集發(fā)電機出口端的電壓相量和電流相量，再利用已知的發(fā)電機本身參數(shù)和等效電路，計算出轉子位置。該方法在穩(wěn)態(tài)過程時的測量精度主要地依賴于電路參數(shù)的測量精度，而且不適用于暫態(tài)過程。
本發(fā)明的技術方案由以下步驟構成1、用GPS信號接收器接收全球定位系統(tǒng)GPS提供的時鐘信號，在廣泛范圍內得到一個精確的完全同步的時鐘基準。
2、用電壓電流相量測量裝置在T0時刻測量發(fā)電機三相母線上的電壓相量0和電流相量 。以測得的電壓電流相量為基礎，通過等效電路模型計算在T0時刻的發(fā)電機功角δ0和發(fā)電機轉子位置θ0，作為后續(xù)測量實時功角的基準。這個T0時刻必須滿足的條件是發(fā)電機處于穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。
3、利用發(fā)電機測速裝置測量發(fā)電機任意時刻轉子轉速ωr(t)。
4、對發(fā)電機轉子轉速ωr(t)求積分，得到任意時刻下發(fā)電機轉子位置θ(t)。
5、將發(fā)電機轉子位置θ(t)與發(fā)電機母線電壓相位角(t)相減，得出發(fā)電機在任意時刻的功角值δ(t)。
通過上述步驟，實現(xiàn)了直接測量發(fā)電機實時功角和轉子位置的目的。
在本方法中，利用發(fā)電機機組自有的測速裝置測量發(fā)電機功角和和轉子位置，克服了現(xiàn)有方法中必須在機組上安裝探測元件的缺陷，在設備的安裝及調校過程中不會對電網(wǎng)的正常運行造成任何的影響；以GPS系統(tǒng)提供的時鐘信號為時間基準，實現(xiàn)了功角的全網(wǎng)高精度同步測量，為構建基于相角測量的全網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)視和控制系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的技術條件。測量得到的功角信息，可以被用于電網(wǎng)運行過程中的穩(wěn)定狀態(tài)分析，尤其是故障條件下的動態(tài)安全分析，使調度人員能夠實時地了解系統(tǒng)的安全程度，必要時采取預防控制，如切機、甩負荷、投電氣制動等手段，以防止系統(tǒng)失穩(wěn)。同時，發(fā)電機功角信息還可以用于電網(wǎng)事件分析，以及暫態(tài)穩(wěn)定計算中數(shù)學模型的校核，對電網(wǎng)分析產(chǎn)生積極的影響。另外，還可以直接用于發(fā)電機勵磁、調速系統(tǒng)或其它FACTS元件如SVC和TCSC的控制。
具體實施方式
本發(fā)明發(fā)電機實時功角和轉子位置測量方法的具體實施方式
如下1、用GPS時鐘信號接收器接收全球定位系統(tǒng)GPS提供的時鐘信號，在廣泛范圍內得到一個精確的完全同步的時鐘基準。
2、用電壓電流相量測量裝置在T0時刻測量發(fā)電機三相母線上的電壓相量0和電流相量 。以測得的電壓電流相量為基礎，通過等效電路模型計算在T0時刻的發(fā)電機功角δ0和發(fā)電機轉子位置θ0，作為后續(xù)測量實時功角的基準。這個T0時刻必須滿足的條件是發(fā)電機處于穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。
在等效電路模型中，計算T0時刻發(fā)電機功角δ0和發(fā)電機轉子位置θ0的計算原理為在穩(wěn)態(tài)情況下，利用發(fā)電機母線的電壓相量0、電流相量 以及發(fā)電機電路參數(shù)在發(fā)電機的等效電路模型中計算發(fā)電機的空載電勢 對于火力發(fā)電廠中的汽輪發(fā)電機E.0=U.0+I.0r+JI.0X]]>對于水力發(fā)電廠中的水輪發(fā)電機E.0=U.0+I.0r+jIdXd+jIqXq]]>上式中r—發(fā)電機電樞繞組的直流電阻X—汽輪發(fā)電機的同步電抗Xd—水輪發(fā)電機的直軸同步電抗Xq—水輪發(fā)電機的交軸同步電抗Id—電樞電流的直軸分量Iq—電樞電流的交軸分量 —電樞電流相量0—母線電壓相量在計算出 后，進一步可得 與T0時刻電壓相量0的相位差，即發(fā)電機在T0時刻的功角δ0δ0=ctg-1Re(E.0)Im(E.0)-ctg-1Re(U(0).)Im(U(0).)]]>式中Re表示取有關相量的實部，Im表示取有關相量的虛部。
為便于計算，方法選擇發(fā)電機出口端A相電壓正向過零的時刻T0為測量點，此時A相電壓相位角為 ，則該時刻轉子位置是θ0=δ0+π2]]>3、利用發(fā)電機測速裝置測量發(fā)電機任意時刻轉子轉速ωr(t)。
4、對發(fā)電機轉子轉速ωr(t)求積分，得到任意時刻下發(fā)電機轉子位置θ(t)。對發(fā)電機轉子轉速求積分，計算任意時刻下發(fā)電機轉子位置θ(t)的計算原理為在確定轉子轉速ωr(t)后，轉子位置θ(t)由下式確定θ(t)=∫0tωr(t)dt+θ0]]>5、再將發(fā)電機轉子位置θ(t)與測量得到的發(fā)電機母線電壓相位角(t)相減，得出發(fā)電機在任意時刻的功角值，從而實現(xiàn)直接測量發(fā)電機實時功角的目的。
發(fā)電機在任意時刻的功角值δ(t)的計算原理如下 式中(t)是發(fā)電機母線電壓實時相位角，按下式計算 本方法中所使用的發(fā)電機測速裝置可以是轉速表、測速發(fā)電機和鍵相測量裝置。
權利要求
1.一種發(fā)電機實時功角和轉子位置的測量方法，其步驟為(1)用GPS信號接收器接收全球定位系統(tǒng)GPS提供的時鐘信號，在廣泛范圍內得到一個精確的完全同步的時鐘基準，(2)用電壓電流相量測量裝置在T0時刻測量發(fā)電機三相母線上的電壓相量U0和電流相量I0，以測得的電壓電流相量為基礎，通過等效電路模型計算在T0時刻的發(fā)電機功角δ0和發(fā)電機轉子位置θ0，作為后續(xù)測量實時功角的基準，這個T0時刻必須滿足的條件是發(fā)電機處于穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，(3)利用發(fā)電機測速裝置測量發(fā)電機任意時刻轉子轉速ωr(t)，(4)對發(fā)電機轉子轉速ωr(t)求積分，得到任意時刻下發(fā)電機轉子位置θ(t)，(5)將發(fā)電機轉子位置θ(t)與發(fā)電機母線電壓相位角(t)相減，得出發(fā)電機在任意時刻的功角值δ(t)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用GPS全球定位系統(tǒng)和發(fā)電機測速裝置測量發(fā)電機實時功角和轉子位置的方法。本方法采用GPS系統(tǒng)提供的時鐘信號為時間基準,利用發(fā)電機本身具有的測速裝置準確測量發(fā)電機轉速,以對轉速求積分的方式計算發(fā)電機轉子位置的變化情況,在等效電路模型中計算積分常數(shù)(即:初始功角),進而得出發(fā)電機的實時功角和轉子位置。方法主要優(yōu)點是:工程上易于實現(xiàn)、現(xiàn)場抗干擾能力強、且能通用于汽輪發(fā)電機機組和水輪發(fā)電機組,在設備的安裝與調試過程中對正常的生產(chǎn)無任何影響,滿足了諸如進相運行、參數(shù)辨識、大規(guī)模的電網(wǎng)動態(tài)安全穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)等工程的實際需要。
文檔編號G01R31/34GK1380553SQ0211286
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月9日 優(yōu)先權日2002年4月9日
發(fā)明者嚴登俊, 鞠平, 吳峰, 韓敬東 申請人:河海大學