[发明专利]一种发电机在电力系统暂态过程中的全过程励磁控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域的励磁控制方法，具体涉及一种发电机在电力系统暂态过程中的全过程励磁控制方法。

背景技术

同步发电机的励磁控制作为一种提高电力系统暂态稳定性的重要方法，一直备受重视。在输电系统出现故障并通过故障元件而将清除故障的暂态扰动中，机端电压会很低。此时自动电压调节器（AVR）可以通过提高励磁电压增大制动转矩，提高暂态稳定性。因此，高顶值励磁电压的高起始响应励磁系统应运而生。但是随着保护和开关动作越来越迅速，故障切除时间已经降低到0.1s的水平。由于励磁系统时间常数和转子绕组时间常数的制约，励磁电流和制动转矩很难在这么短的时间内显著增长，对暂态稳定的影响甚微。

随着控制理论的发展，科研工作者们也提出了一些新的用于提高暂态稳定性的励磁控制方法，如最优变目标控制、非线性多变量控制、非线性自适应控制、变结构控制等。然而，这些控制方法普遍存在着计算复杂、不能适应系统运行状态的变化、对电力系统的简化和假设不合理等问题。

从短路故障切除到转子角摆到第一摆最大值的这段时间内，强行励磁能够对暂态稳定起到正面作用。一般情况下，这段时间远大于从故障切除到机端电压升高到额定值的时间。而目前的高顶值励磁电压和高起始响应励磁系统只在故障切除到机端电压升高到额定值的这段时间发挥作用。因此，强行励磁在提高暂态稳定方面还有很大潜力。如果能在短路发生到转子角摆到最大值期间尽可能快、尽可能大的增加励磁；从转子角从最大值摆动到最小值期间迅速强行减磁，就能有效减小转子角第一摆的摆幅，增强系统的暂态稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种发电机在电力系统暂态过程中的全过程励磁控制方法，该方法能在短路发生到转子角摆到最大值期间尽可能快、尽可能大的增加励磁；从转子角从最大值摆动到最小值期间迅速强行减磁，能有效减小转子角第一摆的摆幅，增强系统的暂态稳定性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种发电机在电力系统暂态过程中的全过程励磁控制方法，其改进之处在于，所述方法采用全过程励磁控制装置进行控制，所述方法包括下述步骤：

（1）将发电机在电力系统暂态过程划分为五阶段；

（2）分别确定五阶段的判断方法；

（3）对五阶段分别进行励磁控制。

优选的，所述全过程励磁控制装置的启动和退出通过逻辑控制器实现；

所述全过程励磁控制装置包括五阶段励磁控制模块、加法器、电力系统稳定器PSS和自动电压调节器AVR；所述五阶段励磁控制模块的输出电压、电力系统稳定器PSS的输出电压以及外部电源的电压一起输入到加法器中得到参考电压；参考电压输入到自动电压调节器AVR中进行调节后输入到发电机中；

所述全过程励磁控制装置进行控制时监测发电机电压、有功功率和角速度。

优选的，所述步骤（1）中，五阶段分别如下：

①第一阶段：从短路发生到短路切除；第一阶段的持续时间为0.06s～0.1s；

②第二阶段：从短路切除的时刻到转子角摆到最大值的时刻；第二阶段存在本地振荡和区域间振荡两种模式，前者对应的时间为0.4s～0.8s，后者对应的时间为1s～2.5s；第二阶段增大发电机制动矩，抑制转子角的摆动；

③第三阶段：转子角从最大值摆动到最小值的时段；转子角摆过最大值，意味着制动转矩已经超过原动机的驱动转矩，第三阶段降低制动转矩，减小转子角回摆的幅度；

④第四阶段：转子角后续摆动过程，这个过程为3～6个摆动周期的时间；

⑤第五阶段：转子角振荡平息阶段，电力系统进入故障后的静态稳定状态。

优选的，所述步骤（2）中，电力系统正常运行时，转子角速度ω_g等于电网侧的角速度ω_v，即Δω＝ω_g-ω_v＝0；

五阶段的判断方法如下：

当转子角速度大于电网侧的角速度，即Δω＞0时，功角增加，第一阶段开始；功角一直增加到Δω＝0时，功角达到最大值，第二阶段结束；Δω随即小于0，进入第三阶段；当Δω再次等于0时，功角达到最小值，第三阶段结束，之后进入第四阶段，功角后续摆动，直到摆动停止后进入第五阶段。

优选的，所述步骤（3）中，对五阶段进行励磁控制包括：