專利名稱：抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法，使抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電滯相運(yùn)行、發(fā)電進(jìn)相運(yùn)行、電動(dòng)滯相運(yùn)行、電動(dòng)進(jìn)相運(yùn)行工況下均能夠被限制在安全穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，屬于電力系統(tǒng)勵(lì)磁控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
抽水蓄能機(jī)組既能在負(fù)荷高峰時(shí)作為發(fā)電機(jī)發(fā)電，也能在負(fù)荷低谷時(shí)作為電動(dòng)機(jī)抽水蓄能，具備調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用和蓄洪補(bǔ)枯等多種用途，具有啟動(dòng)快、反應(yīng)靈敏、負(fù)荷跟蹤迅速的特點(diǎn)。與常規(guī)電源相比，抽水蓄能電站能夠適應(yīng)負(fù)荷的快速變化，對(duì)提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、電網(wǎng)供電質(zhì)量和可靠性起到了重要作用，同時(shí)還可以優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，達(dá)到電力系統(tǒng)的總體節(jié)能降耗，提高總體的經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)今核電、風(fēng)電和光伏等清潔能源大規(guī)模建設(shè)的同時(shí)，必須配套建設(shè)一定比例的調(diào)峰電源已成為行業(yè)共識(shí)，抽水蓄能發(fā)電就是最佳選擇之一。過勵(lì)限制和欠勵(lì)限制都是同步電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的附加功能，過勵(lì)限制的目的是將勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電流限制在允許值之內(nèi)，保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不至于過熱而損壞，欠勵(lì)限制的目的是在減少勵(lì)磁電流時(shí)限制同步電機(jī)不超越靜態(tài)穩(wěn)定極限，或不超越由定子端部鐵心發(fā)熱而要求的圓柱轉(zhuǎn)子型電機(jī)的熱容量。電機(jī)無功功率控制通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)，因此為保證電機(jī)在安全穩(wěn)定范圍內(nèi)運(yùn)行，要通過欠勵(lì)限制和過勵(lì)限制來控制電機(jī)無功功率。長(zhǎng)期以來，我國(guó)大型抽水蓄能電站控制系統(tǒng)設(shè)備一般采用與主機(jī)捆綁招標(biāo)的方式從國(guó)外引進(jìn)，國(guó)內(nèi)的研究單位和設(shè)備廠商參與甚少。因此，國(guó)內(nèi)在抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)方面的研究較少，尤其在四象限無功功率控制器方面，國(guó)內(nèi)尚無文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
為保證抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電工況和電動(dòng)工況下均能夠運(yùn)行在安全穩(wěn)定范圍之內(nèi)， 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法，包括如下步驟 過勵(lì)限制的步驟，具體為過勵(lì)限制參考值Qlref減去機(jī)組無功功率Qts，差值乘以比例放大倍數(shù)Kql，通過由時(shí)間常數(shù)Tqll、Tql2構(gòu)成的超前滯后環(huán)節(jié)移相后，經(jīng)過勵(lì)限制輸出下限QlMirTO限幅，最后變?yōu)檫^勵(lì)限制輸出Uoel ；
欠勵(lì)限制的步驟，欠勵(lì)限制參考值Qcref減去機(jī)組無功功率Qts，差值乘以比例放大倍數(shù)Kqc，通過由時(shí)間常數(shù)TqCl、TqC2構(gòu)成的超前滯后環(huán)節(jié)移相后，經(jīng)0 欠勵(lì)限制輸出上限 QcMax限幅，最后變?yōu)榍穭?lì)限制輸出U·；
過欠勵(lì)限制輸出與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)控制給定電壓toef、機(jī)端電壓Ut疊加，然后經(jīng)PID 運(yùn)算并限幅后，輸出勵(lì)磁電壓Uf，控制勵(lì)磁電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過欠勵(lì)限制。所述比例放大倍數(shù)Kql、比例放大倍數(shù)Kqc、時(shí)間常數(shù)Tqll、時(shí)間常數(shù)Tql2、時(shí)間常數(shù)Tqcl、時(shí)間常數(shù)Tqc2由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定獲得。本發(fā)明的有益效果在于，使抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電滯相運(yùn)行、發(fā)電進(jìn)相運(yùn)行、電動(dòng)滯相運(yùn)行、電動(dòng)進(jìn)相運(yùn)行工況下均能夠?qū)﹄姍C(jī)無功功率進(jìn)行限制。該控制器集成在勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)，成為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的一種附加功能。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制運(yùn)行圖。圖2過勵(lì)限制器模型。圖3欠勵(lì)限制器模型。圖4勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)控制模型。圖5抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖。
具體實(shí)施例方式抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制如圖1所示，圖中外圍半徑為1的大圓是同步電機(jī)功率圓，中間十字線為PQ坐標(biāo)軸，橫軸代表電機(jī)無功功率，縱軸代表電機(jī)有功功率。與無功功率坐標(biāo)軸平行的兩條直線，上面一條橫線為發(fā)電機(jī)額定有功線，下面一條橫線為電動(dòng)機(jī)額定有功線。右半邊點(diǎn)劃線折線是過勵(lì)限制曲線，左半邊虛線折線是欠勵(lì)限制曲線，折線范圍可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況在線整定。圖中數(shù)字為標(biāo)么值，其基值為電機(jī)額定容量。坐標(biāo)軸右上方第一象限代表電機(jī)在發(fā)電滯相運(yùn)行，左上方第二象限代表電機(jī)在發(fā)電進(jìn)相運(yùn)行，左下方第三象限代表電機(jī)在電動(dòng)進(jìn)相運(yùn)行，右下方第四象限代表電機(jī)在電動(dòng)滯相運(yùn)行。過欠勵(lì)限制折線構(gòu)成的多邊形分布在四個(gè)象限之內(nèi)，描述了抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的四象限無功功率控制功能。過勵(lì)限制模型如圖2所示，過勵(lì)限制參考值Qlref減去機(jī)組無功功率Qts，差值乘以比例放大倍數(shù)Kql (需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定)，通過由時(shí)間常數(shù)Tqll、Tql2構(gòu)成的超前滯后環(huán)節(jié)(時(shí)間常數(shù)需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定)移相后，經(jīng)QlMirTO限幅，最后變?yōu)檫^勵(lì)限制輸出Uoelo其中 QlMin為過勵(lì)限制輸出最小值，s為微分算子。欠勵(lì)限制模型如圖3所示，欠勵(lì)限制參考值Qcref減去機(jī)組無功功率Qts，差值乘以比例放大倍數(shù)Kqc (需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定)，通過由時(shí)間常數(shù)Tqcl、Tqc2構(gòu)成的超前滯后環(huán)節(jié) (時(shí)間常數(shù)需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定)移相后，經(jīng)0 QcMax限幅，最后變?yōu)榍穭?lì)限制輸出U·。其中 QcMax為欠勵(lì)限制輸出最大值。過欠勵(lì)限制輸出與圖4中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)控制給定toef、機(jī)端電壓Ut等信號(hào)疊加，然后經(jīng)PID運(yùn)算并限幅(勵(lì)磁電壓上下限URMAX、URMIN可在線設(shè)置)后，輸出勵(lì)磁電壓 Uf,控制勵(lì)磁電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過欠勵(lì)限制。該控制器集成在勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)，成為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的一種附加功能，如圖5所示。抽水蓄能機(jī)組經(jīng)換相開關(guān)接入電網(wǎng)，通過換相開關(guān)切換相序，決定蓄能機(jī)組工作在發(fā)電工況還是抽水工況。電網(wǎng)電源經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓之后，經(jīng)陽極開關(guān)接入整流柜，功率柜內(nèi)部的晶間管整流器將三相交流電變?yōu)橹绷麟?，為機(jī)組轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。模擬量輸入板采集由定子電壓互感器送來的電壓信號(hào)和定子電流互感器送來的電流信號(hào)，計(jì)算出定子電壓值、定子電流值、頻率值、輸出有功和無功功率值，采集由轉(zhuǎn)子電流互感器送來的電流信號(hào)，折算出轉(zhuǎn)子電流值。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器和四象限無功控制器協(xié)調(diào)工作，根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)輸出脈沖信號(hào)相位，從而控制晶閘管觸發(fā)角，調(diào)整勵(lì)磁電流的大小， 實(shí)現(xiàn)機(jī)組機(jī)端電壓調(diào)節(jié)和無功功率的限制。 比如以實(shí)際有功和無功為坐標(biāo)的當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)(圖1中實(shí)心黑點(diǎn))在第一象限，代表機(jī)組在發(fā)電滯相工況運(yùn)行，若增大勵(lì)磁電流以增加發(fā)電機(jī)無功輸出，當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)將向右移動(dòng)，在到達(dá)過勵(lì)限制線的時(shí)候，過勵(lì)限制動(dòng)作，阻止勵(lì)磁電流進(jìn)一步增大，從而限制無功輸出。若持續(xù)減小勵(lì)磁電流，當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)將進(jìn)入第二象限，電機(jī)吸收電網(wǎng)無功功率，進(jìn)一步減小勵(lì)磁電流，當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)繼續(xù)向左移動(dòng)，在到達(dá)欠勵(lì)限制線的時(shí)候，欠勵(lì)限制動(dòng)作，阻止勵(lì)磁電流進(jìn)一步減小，從而限制無功輸入。電動(dòng)工況與發(fā)電工況動(dòng)作機(jī)理相似，實(shí)現(xiàn)了抽水蓄能機(jī)組四象限無功功率控制的功能。
權(quán)利要求
1.抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法，其特征在于，包括如下步驟 過勵(lì)限制的步驟，具體為過勵(lì)限制參考值Qlref減去機(jī)組無功功率Qts，差值乘以比例放大倍數(shù)Kql，通過由時(shí)間常數(shù)Tqll、Tql2構(gòu)成的超前滯后環(huán)節(jié)移相后，經(jīng)過勵(lì)限制輸出下限QlMirTO限幅，最后變?yōu)檫^勵(lì)限制輸出Uoel ；欠勵(lì)限制的步驟，欠勵(lì)限制參考值Qcref減去機(jī)組無功功率Qts，差值乘以比例放大倍數(shù)Kqc，通過由時(shí)間常數(shù)TqCl、TqC2構(gòu)成的超前滯后環(huán)節(jié)移相后，經(jīng)0 欠勵(lì)限制輸出上限 QcMax限幅，最后變?yōu)榍穭?lì)限制輸出U·；過欠勵(lì)限制輸出與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)控制給定電壓toef、機(jī)端電壓Ut疊加，然后經(jīng)PID 運(yùn)算并限幅后，輸出勵(lì)磁電壓Uf，控制勵(lì)磁電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過欠勵(lì)限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法，其特征在于，比例放大倍數(shù)Kql、比例放大倍數(shù)Kqc、時(shí)間常數(shù)Tqll、時(shí)間常數(shù)Tql2、時(shí)間常數(shù)Tqcl、時(shí)間常數(shù)Tqc2由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定獲得。
全文摘要
抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)四象限無功功率控制方法，包括如下步驟過勵(lì)限制的步驟，欠勵(lì)限制的步驟，過欠勵(lì)限制輸出與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)控制給定電壓Uref、機(jī)端電壓Ut疊加，然后經(jīng)PID運(yùn)算并限幅后，輸出勵(lì)磁電壓Uf，控制勵(lì)磁電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過欠勵(lì)限制。本發(fā)明的有益效果在于，使抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電滯相運(yùn)行、發(fā)電進(jìn)相運(yùn)行、電動(dòng)滯相運(yùn)行、電動(dòng)進(jìn)相運(yùn)行工況下均能夠?qū)﹄姍C(jī)無功功率進(jìn)行限制。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102364801SQ20111011393
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者劉國(guó)華, 華光輝, 呂宏水, 朱曉東, 許其品, 赫衛(wèi)國(guó), 陳梅 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院