[发明专利]一种电力系统故障情况下的发电机强励控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种电力系统故障情况下的发电机强励控制方法。

背景技术

电力系统是由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路及各种用电设备等联系在一起组成的统一整体。电力系统故障情况下受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力，被业内人士称作电力系统的暂态稳定性。

发电机励磁控制是提高电力系统暂态稳定性的有效措施；当交流系统发生短路故障时，发电机机端电压下降，输出的电磁功率减小，而输入的机械功率不变，因而转子加速，严重时发电机失去同步，系统暂态失稳。而发电机励磁系统能在机端电压下降时增大励磁电压，提高发电机机端电压，增大发电机输出的电磁功率，从而减小转子加速面积，提高系统暂态稳定性。

然而，常规发电机励磁系统都是以发电机的机端电压为控制目标：当交流系统发生短路故障时，励磁系统只在短路发生到机端电压恢复至额定值期间发挥强励功能，而这段时间通常远小于励磁控制可有效发挥作用的从短路发生到系统首摆或最危险摆次结束的这段时间，因而励磁系统对系统暂态稳定性的改善作用并未得到充分的发挥；当直流系统发生闭锁故障时，由于直流换流站内滤波器和并联电容器的容性无功过剩，交流系统电压将略有升高，所以发电机在故障后将先减磁，对系统暂态稳定性更是会产生不利影响。

发电机强励控制能在系统发生故障后的暂态稳定过程中，强行使发电机在一段特定的时间内一直处于强励状态，从而弥补常规励磁控制方式的上述缺陷，改善故障后励磁系统的暂态响应特性，充分发挥励磁系统对系统暂态稳定性的提升作用。强励机组、强励控制量、强励启动和退出时刻是强励控制效果的主要影响因素，如果不能选择合适的机组进行强励控制或者未能在恰当的时机启动和退出强励控制，强励控制将有可能反而不利于系统稳定。

Bayne J P等人在标题为Static exacter control to improve transient stability(IEEE Trans on Power System，1975，PAS-94(4)：1141-1146)的文献中提出发电机强励的启动逻辑一般是机端电压突降超过一定限值且发电机转速偏差亦超过一定限值；采用这种强励启动逻辑时，一方面，只有短路点附近机组能明显感受到故障冲击而启动强励控制，远端机组所受扰动较小通常并不会启动强励控制，由于故障期间实际参与强励控制的机组较少，其对系统稳定性的改善效果较为有限；另一方面，假如短路点附近有直流逆变站，故障后送端电网机组功角相对于受端电网机组功角正向摆开，而该强励启动逻辑会导致受端电网机组强励，反而不利于系统暂态稳定性。

刘取等人在标题为发电机励磁附加断续控制对提高电力系统暂态稳定性的研究(清华大学学报，1980，20(3)：43-51)一文中提出在发电机第1摆结束后立即退出强励，但是系统中某台机组第1摆的结束时刻与系统第1摆的结束时刻往往不同，所以从整个系统稳定性的角度来看，该方法对强励退出时机的选择也并非最优。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种电力系统故障情况下的发电机强励控制方法，能够有效提高电力系统的暂态稳定性。

一种电力系统故障情况下的发电机强励控制方法，包括如下步骤：

(1)确定电力系统中的强励发电机机群，对强励发电机机群中的各台发电机安装强励控制器；

(2)采集电力系统中各台发电机的功角，计算出系统的发电机平均功角；根据系统的发电机平均功角将系统中各台发电机归为S集群或A集群；

(3)通过计算S集群的发电机平均功角和A集群的发电机平均功角，以确定系统的等值功角；

(4)根据所述的等值功角对系统中的发电机进行强励，直至所述的等值功角趋于平稳。

所述的步骤(1)中，确定电力系统中的强励发电机机群的方法为：使电力系统中同时满足以下两个条件的发电机归类于强励发电机机群；

a.发电机机组容量大于预设的容量阈值；

b.发电机励磁系统为高起始响应励磁系统或静止励磁系统。

发电机励磁系统类型为高起始响应励磁系统或静止励磁系统的这两种励磁系统都属于具有高顶值励磁电压倍数的快速励磁系统，最高励磁电压与额定励磁电压的倍数不小于1.8，能在小于或等于0.1s时间内达到最高励磁电压和额定励磁电压之间差的95％，并且能逆变产生负向励磁电压。

所述的步骤(2)中，根据以下算式计算系统的发电机平均功角：