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Title:
METHOD FOR COORDINATING AND CONTROLLING PRIMARY RING AND AUXILIARY RING OF GENERATOR EXCITED SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/026314
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for coordinating and controlling a primary ring and an auxiliary ring of a generator excited system. An auxiliary ring controller comprises a PSS, a low-excitation limiter, an over-excitation limiter, a stator current limiter, a V/F limiter, a maximum excitation current limiter, and a difference adjuster. The method selects a low-excitation limiter model having robustness. When a power grid has large disturbance, amplification factors of the low-excitation limiter and the PSS are increased, action time of the over-excitation limiter, the stator current limiter, the V/F limiter, the maximum excitation current limiter are delayed, hysteresis is set, and difference adjustment is blocked within a set time; when the power grid has small disturbance, an amplification factor of a primary ring is increased, and an amplification factor of the PSS is decreased. The coordination and controlling method can not only implement rapid excitation controlling during large disturbance, but also ensure stability in stable state.

Inventors:
XU, Qipin (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
SHAO, Yixiang (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
XU, Rong (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
Application Number:
CN2012/080013
Publication Date:
February 20, 2014
Filing Date:
August 13, 2012
Export Citation:
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Assignee:
NARI TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
XU, Qipin (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
SHAO, Yixiang (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
XU, Rong (No.20 Gaoxin Road High-Tech Zone, PukouNanjing, Jiangsu 1, 210061, CN)
International Classes:
H02P9/10
Foreign References:
CN102255594A
CN102280887A
CN1945919A
Attorney, Agent or Firm:
NANJING ZONGHENG INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY LTD. (9 Floor D B seat Jinshan edifice, No.8 Shanxi Road Gulo, Nanjing Jiangsu 9, 210009, CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1.一种发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法, 辅环控制器包括 PSS、 低 励限制器、 过励限制器、 定子电流限制器、 V/F限制器、 最大励磁电流限制器和 调差, 其特征在于: 选择具有鲁棒性的低励限制器模型, 当电网大扰动时, 增 加低励限制器和 PSS的放大倍数, 延迟过励限制器、 定子电流限制器、 V/F限 制器、 最大励磁电流限制器的动作时间并设置滞环, 在设定时间内闭锁调差; 当电网小扰动时增加主环放大倍数, 减小 PSS的放大倍数。

2.根据权利要求 1所述的发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法, 其特征 在于: 在电网小扰动时, 增加主环放大倍数至原来的 1-2倍, 减小 PSS的放大 倍数 0.1-0.8倍; 在电网大扰动引起辅环控制器动作时, 采用增大低励限制器和 PSS的放大倍数至原来的 1.2-15倍或者让过励限制器、定子电流限制器、 V/F限 制器、 最大励磁电流限制器的动作时间延时 0.1-1秒并设置额定值的 0. 1%-1%的 滞环, 在 0.2-5秒内闭锁调差。

3.根据权利要求 1和 2所述的发电机励磁系统主、辅环协调控制方法, 其特

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征在于: 在低励限制器中, 选择低励限制器的模型为 ^ 1 + Τ-2 Χ \ 在电网小 扰动时, 比例放大倍数 K 的取值范围是 5-15, 在电网大扰动时, 比例放大倍数 Kq。的取值范围是 20-60,其中1 ^为超前环节时间常数, τ^为滞后环节时间常数, s为微分算子; 当有功功率低频振荡幅度大于 5%时, 增大 PSS的放大倍数至原 来的 1-2倍, 当有功功率低频振荡幅度小于 0.5%时, 减小 PSS的放大倍数至原 来的 0.2-0.5倍; 当过励限制器、 定子电流限制器或 V/F限制器达到限制启动值 时,让过励限制器、 定子电流限制器或 V/F限制器再延时 0. 1-0.2秒动作, 并在 返回时设置额定值的 0. 2-0.5%的滞环; 当最大励磁电流限制器动作时, 励磁系 统通过直接输出逆变角减小发电机转子电流; 在发电机运行工作点超出安全工 作范围时,闭锁励磁系统的调差功能 1-5秒。

Description:
发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法 技术领域

本发明涉及发电机励磁系统的主要控制功能主 环与辅环、 辅环与辅环间的 协调控制方法, 属于电力系统励磁控制技术领域。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大, 电网稳定问题越来越突出, 电网运行的安 全性越来越引起人们的注意, 电网调度对于励磁系统提出了越来越高的要求 , 并逐步将电网对励磁系统的要求纳入到电网管 理的范畴, 发电机励磁系统已经 不再仅仅是发电厂的励磁, 更是电力系统的励磁, 它对提高电力系统的稳定性 具有至关重要的作用。

电力系统的稳定可以分为小扰动稳定性问题和 大扰动稳定性问题。 小扰动 是指电网负荷的缓慢变化引起的电网电气量的 波动, 作为动态系统的稳定点没 有变化; 大扰动是指电网负荷的快速变化引起的电网电 气量的波动, 稳定点已 发生明显变化, 即从旧的稳定点跃迀至新的稳定点。

励磁系统是发电机组的核心控制部件, 是实时控制系统, 它的性能优劣直 接影响到电厂的安全生产和电网的安全稳定。 所以励磁系统不但需要确保电厂 的安全稳定运行, 还必须为对电网的稳定提供有力的支撑, 不仅仅要考虑电网 小扰动情况时控制性能的要求, 更需要考虑电网发生诸如短路等大扰动情况时 控制的快速性与稳定性的要求, 为此励磁系统不仅需要具有电网故障引起的大 扰动时调节的快速性, 同时要具有电网负荷变动引起小扰动时调节的 稳定性。 而当电网发生大扰动时, 不仅仅是励磁系统的主环在起作用, 还常常伴随着各 种辅助控制环节的作用。 在励磁控制系统中, 除了具有维持发电机机端电压、 实现不同发电机组间 的无功功率的合理分配以及提供发电机组的暂 态和静态稳定性等功能外, 还应 当对发电机起到一定的保护作用。 这就要求励磁系统具有除正常控制中发挥作 用的主环之外, 还必须包含许多限制保护以及为提高电网动态 稳定抑制各种可 能振荡的各种辅助控制环节, 如 PSS、欠励限制、过励限制、定子电流限制、 V/F 限制、 最大励磁电流限制、 最小励磁电流限制、 调差等。 这些限制对主环的控 制性能有着或多或少的影响,从而影响到电网 稳定。由于目前国际标准 IEEE std

421, 特别是国标 GB/T 7409. 2中励磁系统控制模型中辅助环节与主控制环 间 既有采用叠加方式的也有采用高低门方式的, 当采用高低门形式的限制器时, 只需分别考虑主、 辅环模型和参数的选择, 而当采用叠加方式的励磁系统模型 时, 则不但要分别考虑主、 辅环的模型和参数的选择, 还必须考虑其间的协调 控制。 由于采用高低门方式的励磁系统在限制动作与 退出的切换过程中经常存 在较大的扰动, 所以目前励磁系统更多地采用叠加方式的模型 。

发明内容

本发明要解决技术问题是: 现有的发电机组励磁系统通常只注重于维持发 电机组的机端电压稳定, 在大扰动或故障情况下缺乏必要的协调控制策 略, 导 致发电机组在这种情况下不能迅速回到新的稳 定点而与电网解列, 不但不能为 电网的稳定提供支撑, 反而可能造成电网的故障扩大或者稳定性问题 更加突出。 为了解决以上技术问题, 本发明提供了一种发电机励磁系统主、 辅环协调 控制方法, 辅环控制器包括 PSS、 低励限制器、 过励限制器、 定子电流限制器、 V/F限制器、 最大励磁电流限制器和调差, 其特征在于: 选择具有鲁棒性的低励 限制器模型, 当电网大扰动时, 增加低励限制器和 PSS的放大倍数, 延迟过励 限制器、 定子电流限制器、 V/F限制器、 最大励磁电流限制器的动作时间并设置 滞环, 在设定时间内闭锁调差; 当电网小扰动时增加主环放大倍数, 减小 PSS 的放大倍数。

前述的发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法, 其特征在于: 在电网小扰 动时, 增加主环放大倍数至原来的 1-2倍, 减小 PSS的放大倍数 0.1-0.8倍; 在 电网大扰动引起辅环控制器动作时, 采用增大低励限制器和 PSS的放大倍数至 原来的 1.2-15倍或者让过励限制器、定子电流限制器、 V/F限制器、最大励磁电 流限制器的动作时间延时 0.1-1秒并设置额定值的 0. 1%-1%的滞环,在 0.2-5秒内 闭锁调差。

前述的发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法, 其特征在于: 在低励限制

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器中, 选择低励限制器的模型为 1 + T qc 2 X S , 在电网小扰动时, 比例放大倍 数 K q。的取值范围是 5-15, 在电网大扰动时, 比例放大倍数 ^的取值范围是 20-60, 其中 1 ^为超前环节时间常数, T 为滞后环节时间常数, s为微分算子; 当有功功率低频振荡幅度大于 5%时, 增大 PSS的放大倍数至原来的 1-2倍, 当 有功功率低频振荡幅度小于 0.5%时, 减小 PSS的放大倍数至原来的 0.2-0.5倍; 当过励限制器、定子电流限制器或 V/F限制器达到限制启动值时,让过励限制器、 定子电流限制器或 V/F限制器再延时 0. 1-0.2秒动作,并在返回时设置额定值的 0. 2-0.5%的滞环; 当最大励磁电流限制器动作时, 励磁系统通过直接输出逆变角 减小发电机转子电流; 在发电机运行工作点超出安全工作范围时,闭 锁励磁系统 的调差功能 1-5秒。

本发明提供了一种发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法, 摒弃传统的固定 参数控制方法, 采用变参数的手段, 既保证励磁系统各个辅助环节都具有非常 好的动态调节特性, 又能够密切配合, 有效解决了电力系统大扰动情况下励磁 调节快速性与电力系统稳态情况下励磁控制稳 定性之间的矛盾, 满足电力系统 各种工况下对稳定的需求。

附图说明

图 1为励磁系统协调控制框图;

图 2为采用固定参数控制时大扰动下的无功和功 变化示意图;

图 3为采用自适应变参数控制时大扰动下的无功 功角变化示意图。

具体实¾ ^式

辅环控制器包括 PSS、欠励限制、过励限制、转子电流限制、定 子电流限制、 V/F限制、 最大励磁电流限制、 最小励磁电流限制、 调差等。

传统的控制方法中, 没有考虑主辅环之间的协调, 虽然在电网小扰动情况 下励磁系统可以保证发电机组机端电压具有较 高的精度, 能够很好地满足电厂 安全生产和电网稳定运行的需要, 但当电网发生大扰动时, 往往由于缺乏必须 的主辅环协调控制策略导致发电机组失去稳定 与电网解列, 进而威胁电网的安 全稳定。 本发明中, 辅环控制器包括 PSS、 低励限制器、 过励限制器、 定子电 流限制器、 V/F限制器、 最大励磁电流限制器和调差, 选择具有鲁棒性的低励限 制器模型, 当电网大扰动时, 增加低励限制器和 PSS的放大倍数, 延迟过励限 制器、 定子电流限制器、 V/F限制器、最大励磁电流限制器的动作时间并 设置滞 环, 在设定时间内闭锁调差; 当电网小扰动时增加主环放大倍数, 减小 PSS的 放大倍数。

1. 通过主辅环的协调控制策略, 保证励磁系统既能够在电网小扰动时, 维 持发电机机端电压的调节精度, 又能够在电网大扰动时实现快速调节, 从而提 高电网的暂态稳定性, 实现励磁系统调节性能的快速性与稳定性的统 一;

2. 发电机励磁系统主、 辅环协调控制方法, 主要通过选择合适的辅环控制 模型结合变参数的控制手段, 协调电网大扰动时调节的快速性和小扰动时调 节 的稳定性。 即首先保证辅环控制模型具有优良的调节性能 并具有非常好的鲁棒 性, 其次保证辅环控制参数能够根据工况的变化进 行自动调整, 满足大扰动时 调节的快速性;

3 .协调控制策略解决的是主要矛盾的转化问题 针对不同的辅助控制功能, 采用不同的控制策略以实现:

i ) 当低频振荡成为电网稳定的主要矛盾时, 励磁系统以牺牲发电机组机 端电压的调节精度为代价, 快速平息电网的有功功率振荡;

ϋ ) 当发电机组深度进相, 机组运行在失磁保护阻抗圆内时, 发电机组的 功角稳定成为主要矛盾, 此时以牺牲发电机组的机端电压调节精度甚至 电网的 有功功率振荡幅度为代价, 确保发电机组的功角稳定;

iii ) 过励限制、 定子电流限制器和 V/F限制器需要根据发电机的转子或定 子或铁心、 压齿以及发电机端部热特性设置成具有反时限 和滞环特性的限制器, 防止限制器瞬时或在边界时的频繁动作影响励 磁系统的正常调节;

iv ) 最大励磁电流限制器应确保发电机转子的安全 , 当发电机的转子电流 超过其最大允许值时, 励磁系统将以牺牲其他控制性能为代价迅速减 小发电机 转子电流;

V ) 励磁系统的调差是为了实现并列运行的发电机 组的无功功率的合理分 配, 是一种稳定特性的要求, 在电网或者机组的暂态或动态稳定上升为主要 矛 盾时, 调差环节不应该弱化其他控制环节的作用。

本发明的核心是主环与辅环间的协调控制方法 , 解决了大扰动时励磁控制 快速性和小扰动时励磁控制稳定性的难题。 正常运行时发电机组励磁系统应该不但能够通 过主环控制维持机端电压稳 定; 还能够在大扰动或故障情况下, 迅速启动各种稳定、 限制、 保护等辅助控 制环节, 与主环共同作用, 为电网的稳定提供支撑。 本专利对励磁系统各个辅助环节进行深入的研 究, 建立了合理的主环与辅 环间的协调控制策略, 采用变参数的手段, 既保证了励磁系统各个辅助环节都 具有非常好的动态调节特性, 又能够密切配合, 有效解决了电力系统大扰动情 况下励磁调节快速性与电力系统稳态情况下励 磁控制稳定性之间的矛盾, 满足 了电力系统各种工况下对稳定的需求。 在低励限制功能中, 大扰动下分别采用传统的固定参数控制和自适 应变参 数控制的方法, 图 2、 图 3为两者试验调节效果对比图。 从图中可以看出, 与固 定参数控制相比, 自适应变参数控制的调节速度明显加快, 调节时间 (无功恢 复到限制值) 由 4. 5s缩短到 1. 5s o 发电机的功角摆动幅度减小 4度左右, 发电 机的功角稳定裕量显著增加。 任何一个辅环的控制首先应该能够与主环协调 ,保证发电机组稳定和发电 机机端电压的调节精度在允许的范围内, 并能够对电网稳定提供支撑, 即当低 励限制动作时, 为了防止发电机深度进相引起发变组失磁保护 动作, 低励限制 器应该能够快速将发电机组运行点控制到发变 组的失磁保护动作范围之外, 并 不引起长期的振荡; 当电网发生低频振荡时, 为防止振荡幅值增大进而引起线 路过载, 应该能够提供足够的正阻尼以抑制低频振荡; 当发电机转子电流超过 允许的长期运行电流时, 过励电流限制器应该能够正确根据发电机转子 热容量 正确计算发电机转子的热量累积, 当发电机转子发热量超过设定值时, 过励限 制器能够正确动作, 快速限制发电机的转子电流到长期运行的允许 电流值以内, 以确保发电机转子绝缘的安全; 当发电机的定子电流超过允许值时, 励磁调节 器能够正确进行容量的累积计算, 当热量累计达到允许的热量时能够根据发电 机运行工况自动进行增磁或减磁控制, 确保发电机定子温度在允许的范围内, 不对发电机定子绝缘寿命造成不利的影响; 当发电机 V/F 比值超过设定值时, 为保证其他环节的正常控制调节, V/F不应该立即动作, 而应该根据 V/F比值的 大小做适当的延时; 当发电机转子电流超过允许的强励倍数时, 能够进行通道 切换; 当发电机转子电流超过发电机转子的顶值电流 时能够启动保护跳机; 发 电机的调差是为了保证并列运行的发电机组之 间能够进行合理的分配, 并根据 机组容量的大小, 以确定不同容量的机组对电网无功的支撑能力 , 它是一种无 功负荷的稳态分配器, 在暂态过程中不应该影响其他控制环节的作用 。 只有上 述各辅助环节实现协调控制, 励磁系统才能为机组的安全生产和电网的安全 稳 定提供最有力的支撑。 上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的 技术方案, 凡是采用等同替 换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在 本发明的保护范围。