《功角的测量技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功角的测量技术.ppt（57页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、发电机内电势功角测量方法技术介绍,报告内容,第一节 技术发展背景,1 功角实时同步测量的重要意义,技术背景,发电机功角是表征电力系统安全稳定运行的主要状态变量之一。,直接测量发电机功角可检验EMS系统在线状态估计和静态安全分析的计算结果,准确测量发电机功角还是通过推算发电机功角，反映了PMU检测技术和 WAMS的应用水平,发电机功角是WAMS系统电网三大动态稳定分析的重要数据源,1、记录电网扰动的状态轨迹2、改善EMS状态估计的精度3、用于校验发电机特性参数,发电机功角是电网扰动和失稳轨迹的重要记录数据,技术背景,2 国内外广域同步相量测量系统研究现状 90年代以来，GPS时间同步技术、数据通
2、信网络技术、光纤数字传输技术、高速交流采样/快速富氏变换、数字信号处理技术的发展，推动广域同步相量测量技术快速发展。最早应用于美国和欧洲等电力系统。,美国西部联合电力WSCC通过WAMS开发了基于高速监测和快速控制的系 统调度运行方式以避免系统大范围的停运。,日本应用同步相量测量技术开发了在线全局动态监测系统，用于研究 广域低频振荡。,西班牙 CSE电力公司在SCADA/EMS在线系统中，利用相量测量来改善 状态估计的迭代过程,加拿大Hydro-Quebec 的利用相角测量改善发电机的PSS控制输入，以改善互联网电网的振荡衰减。,华东电网从1999年起，同步相量测量系统在华东电网中进行应用。取
3、得了一定的运行维护经验。,东北电网、江苏电网、三峡电网、华北电网、南方电网、台湾电网已实施了WAMS计划。,2004年，华东电网公司与南瑞集团合作，研究广域动态监测保护控制系统（WAMAP）在华东电网的应用，同时展开了对发电机功角及内电势同步测量实用性的综合研究。,技术背景,国内PMU技术的试点应用始于1998年，华东电网公司/电科院、清华大学/四方公司、河海大学等研究用PMU实现发电机功角检测技术都在2002年。,技术背景,PMU发电机功角测量技术主要方法情况,1、转速积分法,2、算法补偿法,核心思路：采用等效电路模型及机组同步电抗参数计算积分常数作为积分初始角，利用转速脉冲积分来计算转子位
4、置，然后直接算出发电机功角。,核心思路：在扰动情况下，通过派克方程计算发电机功角，研究补偿算法修正发电机参数，从而弥补发电机功角计算误差。,国家,型号,功角测量,初相角测量,测量方式,美国,SEL734,Arbiter Systems 1133A,Macrodyne 1690,台湾,ADX3000,四方,CSS200,PAC2000,SMU-1G,电科院,南瑞,河海,PMU/GPS-I,手动,自动,通过计算获取,键相,键相,键相+转速,转速积分,技术背景,国内外PMU发电机功角测量技术情况,技术背景,标准1：1995年美国IEEE制定了“电力系统同步相角测量标准IEEE STD 1344-19
5、95（R2001）”，对GPS使用，同步采样误差、数据传输格式等同步相角测量方面做了指导性规定，但未提及发电机功角测量。,3 技术标准情况,标准2：2005年国家电力调度中心制定了“电力系统实时动态监测系统技术规范”，提出机组内电势功角的测量要求。,设计标准：无 检测标准：无,4 发电机功角测量方法,技术背景,简化计算公式：,技术背景,NO.3 转子位置测量法（脉冲直接法）通过在发电机转子轴上设置机械测点或测速齿轮，在转子周围安装光电或电磁装置，通过一定变换来实现功角测量。,该方法精度高，在发电机扰动情况下，仍有较高精度。由华东电网公司专项科技项目与电科院和南瑞公司联合研究两种实现方式：独立功
6、角测量模块、PMU内置软件。,5 华东WAMAP系统实施的有利条件,技术背景,发电机组具备用于检测机组转轴动态平衡的转轴键相脉冲信号。,具备WAMS系统多年的运行经验。,发电机组上均具备转速(脉冲)信号输出。,具备了高速的数据通信网络，可将各电厂、变电站PMU装置连接起来。,第二节直接发电机内电势功角测量 技术原理介绍,1 主要的名词定义:,1）发电机内电势 当同步发电机转子以同步速率旋转时，主磁场就在气隙中形成一个旋转磁场，它“切割”定子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为f的一组对称三相电动势，称为发电机内电势。,2）发电机功角 发电机内电势和机端电压正序相量之间的夹角称为发电机功角。,3
7、）发电机初相角 在采用键相脉冲直接测量发电机转子位置，来等效发电机内电势的相角，但由于转子机械安装位置（机械角）与内电势相角有较大的角差。在发电机空载情况下，发电机空载内电势与机端电压同相位，我们定义发电机空载内电势与机械角之间的夹角称为发电机初相角。,原理介绍,2 设计思路,原理介绍（发电机功角测量示意图）,直接测量Eq的相位较困难，但转子位置与Eq存在着固定的相位关系，故可以采用转子位置代替Eq。,自适应直接测量发电机内电势功角技术基本原理即为采集转子位置来获取Eq,原理介绍（键相信号）,键相信号-以前主要用于对发电机转子轴振动进行监测，在发电机转子转到固定位置时，发出一定幅度的脉冲。目前
8、机组该脉冲为每转1个脉冲。通过测量该信号，结合发电机的转速，可以得到转子的实际位置。,原理介绍（键相信号简化示意图）,该技术利用高性能处理器对发电机的机端电压、机端电流、转子键相脉冲、转速脉冲以10KHz进行高速采样，根据所获得的数据对发电机空载、负载运行比对分析得出发电机初相角和实时功角。,3 技术原理,原理介绍,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,1）基于直接键相脉冲测量方法,u1,p2,GPS秒脉冲,以GPS秒脉冲上升沿时刻定义为0时刻。快速采集发电机机端电压的U的过零时刻t1,则可得到其绝对相角：,采集键相脉冲发生时刻t2,则可得到转子绝对机械角：,原理介绍（采用直接键相信号测量的
9、原理）,t2对应的机组转轴位置与机组内电势之间有一个固定的机械角度，数值的大小不受发电机运行状态的改变而改变，除非转轴位置传感器的机械位置发生变化。=+,在发电机理想空载状态下，由于负载电流为0，机端电压与 内电势相同，此时刻有：,=,故可采用空载时刻的机端电压来代替内电势，从而通过此时的机械角度与机端电压角度差获取机械初相角。,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,发电机功角,发电机内电势绝对相角,通过上面的GPS控制采样计算，我们即可得到如下的关键测量量：,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,2）实际问题！,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理
10、）,NO.2 如何快速检测初始相角的问题？,实际现场发电机并网运行时间不定 真正空载时间短,实际问题！,一次捕捉不到，需要间隔很长时间才有发电机空载的机会。,实际问题！,NO.3 如何保证信号的正确接入？,信号接入的传输延时如何补偿？机械振动误差如何滤除？,转子轴具有一定的摆度或扭振 键相脉冲传感器支架随机组振动 会导致测量较大的误差,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,3）关键技术1,机械误差角自动检测,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,4）关键技术2,发电机运行状态自动判断,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,发电机运行状态通过接入的机端电压、电流、脉冲等运行信息进行判断,发
11、电机检修状态判断 发电机机端电压归零 发电机负载归零 发电机转速小于设定值,目前的计算机技术可在毫秒级的时间内判断出运行状态,5）关键技术3,转速脉冲的备份接入,判断发电机是否处于稳态状态，在稳态下按照键相信号得到功角锁定转速脉冲中的某一脉冲。,可大大提高直接测量法的可靠性,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,6）关键技术4,多重化的滤波措施,1）硬件手段上，脉冲正确性的检测,2）空载情况下，多次数据的平滑综合处理,原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）,3）测量数据的软件平滑滤波,原理介绍（自适应直接测量发电机功角接入示意图）,第三节发电机输入输出信号介绍,发电机接入量,发电机接入量,发
12、电机输出量,a.机端A相电压同步相量Ua/ua；b.机端B相电压同步相量Ub/ub；c.机端C相电压同步相量Uc/uc；d.机端正序电压同步相量U1/u1；e.机端A相电流同步相量Ia/ia；f.机端B相电流同步相量Ib/ib；g.机端C相电流同步相量Ic/ic；h.机端正序电流同步相量I1/i1；i.内电势同步相量/()；j.发电机功角；k.发电机转速n；l.发电机励磁电压、电流信号；m.发电机有功功率、无功功率；n.频率、频率变化率；,第四节内电势的计算方法介绍,1、内电势的测量只能通过计算的方法获得,计算法所获得的功角值的准确性和精度，取决于数学模型和计算式中的参数数值。由于在稳态状况下
13、，功角计算的数学模型是准确的，数学模型中的定子电流和机端电压测量值的精度也是较高的，而在计算中起重要影响的同步电抗Xd的值是随着发电机运行状态的不同在很大的范围内变化（约在40%范围内变化）。,发电机内电势计算,隐极同步发电机,凸极同步发电机,发电机内电势计算,磁路饱和下的发电机参数修正,对隐极机有：,=,对于凸极机有：,=,其中,为气隙合成磁场中的基波分量在电枢绕组中感生的内电动势，Xp称为保梯电抗。,磁路饱和时的电动势平衡方程式为：,磁路饱和下的发电机参数修正,K为磁路饱和时同步电机电枢反应电抗折算系数。,第五节技 术 特 点,1.相量测量与发电机运行状态的无关性,技术特点,测量精度与发电
14、机运行负载无关,与测量时间起点无关,测量精度与发电机原始电气参数无关,测量精度与转子初始位置及键相槽等安装误差无关,不受电网或机组扰动暂态过程的影响,2.可自动校验发电机的初相角,技术特点,自动判别发电机的并网状态：U、f、I,自动判别检修状态,快速检测发电机初相角,3.该方法具备很高的实用性,充分利用现有的发电厂条件,无须额外安装传感器。无需对机组进行改造，信号接入简单。,技术特点,5.具备较高的可靠性,技术特点,双脉冲的备份输入测量 自适应判断，可靠地捕获发电机初始相角 抗脉冲抖动数字滤波,第六节几种测量方法的比较,方法比较,1、几种方法的简单比较,1)间接计算法 实际现场发电机参数随负载
15、的变化而有所不同,计算法的精度误差较大.同时发电机组附近故障时,依靠电气量测量出的功角存在着很大的误差，测量出的频率与机组实际转速差别也较大,不能准确地记录机组机电暂态过程.,方法比较,未经发电机参数修正 稳态下：角度误差2-3以上 暂态下：角度误差大到难于估计,清华及四方通过发电机模型转换，参数实时修正后的计算法 稳态下：角度误差1左右 暂态下：角度误差6 以上,WAMS实际运行运行的结果,2)转速积分法 由于测量误差通过积分后会进行累积。稳态情况下通过计算法校对积分误差。暂态情况下，通过转速积分后求取转子位置。,方法比较,其测量误差为：稳态下：理论角度误差2-3以上，还有延迟误差 暂态下：
16、动态情况下的精度无法估计,方法比较,3)自适应直接测量发电机内电势功角技术,其测量误差为：稳态下：理论角度误差0.2左右 暂态下：理论角度误差0.2左右,第七节技术实施情况,工程实施情况（采用本方法的装置）,机组相量图,发电机功角的实时曲线,一分钟实时曲线,上限限值,下限限值,电网动态运行监视,一次调频分析,2006年8月10日下午19点48分受台风“桑美”影响，由于宁德站宁双5906线、德龙5916线路故障，造成了福建电网与华东电网解列，华东主网频率偏离死区，并很快升到50.051Hz，此时，部分机组一次调频动作，如洛河电厂3号机在5秒钟内出力从258.3MW减至256.0MW，一次调频贡献
17、出力2.3MW，程序计算的调差系数为4.54%，死区0.030Hz，基本无延迟时间（机组的调差系数实际整定值为5%）。下图为部分机组扰动发生时的一次调频响应情况。,第八节技术总结与未来展望,技术总结,主要关键技术：,主要技术特点：,1）采用键相脉冲和PMU软件实现的直接测量发电机功角,2）自动识别发电机空载状态，自动测定和校准初相角,3）键相信号与转速信号冗余互备技术,4）抗脉冲扰动数字滤波技术,1）自动识别发电机空载状态,2）直接测量发电机初相角,3）冗余脉冲配置，确保可靠性,4）高精度/可靠性的功角测量,5）设计和施工简便、工程投资较低、运行方便、易于推广,未来展望,1、形成发电机内电势功角测量方法、设计、检测标准,3、测量暂态过程的发电机转子摇摆曲线，对发电机特性参数和控制系统 特性参数进行校核,2、PMU按WAMS下发的电网参考点相量和稳定功角裕度，使电厂PMU快 速获得机组功角变化，使电厂PMU实现快速快速失稳告警,4、将PMU功角和电网失稳、失步信号和数据高速传送到电厂机组PSS、微 机励磁控制器，实现基于PMU技术的机组动态稳定控制。,
