[发明专利]利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，特别涉及一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，可简称为“虚拟键相脉冲法”。

背景技术

发电机内电势相角是评价电力系统稳定性的重要参数，为加强电力系统动态稳定监测和分析能力，需要在重要的发电厂安装同步相量测量装置（PMU），要求PMU装置采用键相脉冲法测量机组内电势相位，从而保证在电网扰动过程中PMU也能提供高精度的内电势相位信息。

对于汽轮机组（火电厂、核电厂），通常在发电机大轴上安装一个键（或开一个槽），并在旁边装设键相探头。大轴每旋转一周（约20ms），键相探头就能输出一个脉冲，称为“键相脉冲”。对于水电机组，由于机组转速慢（转速与极对数成反比），若按每转一圈输出一个脉冲，则其时间分辨率太低。因此通常会在大轴上安装齿盘，大轴每转一圈，会输出若干个脉冲信号，称为“转速脉冲”。一个完整周期内转速脉冲的个数等于齿盘的齿数。当机组极对数与齿盘齿数正好相等时，水电机组的转速脉冲完全等效于汽轮机组的键相脉冲，可直接用于机组内电势相角测量。但通常机组极对数并不等于齿盘齿数，此时转速脉冲无法直接用于内电势相位测量。

对于转速脉冲，目前可用的方法仅有转速积分法，但其实际应用效果并不理想。稳态下，其理论角度误差在2～3度以上，且存在延迟误差；在暂态下，其精度无法得到保证。

因此，需要提出一种新的方法，以利用水电机组的转速脉冲信号实现内电势相位的精确测量。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，其可利用水电机组转速脉冲实现高精度的内电势相位测量。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种利用水电机组转速脉冲测量发电机内电势相位的方法，定义水电机组极对数为M，齿盘齿数为N，其中，M>1,N>1；获取虚拟键相脉冲，并将其等效于汽轮机组的键相脉冲，利用键相脉冲法测量发电机内电势相位；所述虚拟键相脉冲的获取方法是：当M与N相等时，齿盘产生的转速脉冲就是虚拟键相脉冲；当M与N不相等时，利用以下步骤获取：

（1）由极对数M和齿数N计算出虚拟键相脉冲间隔相对于转速脉冲间隔的周期倍数K，K=N/M；

（2）取任意一个转速脉冲ZS₀作为基准，定义它为第0个虚拟键相脉冲JX₀；

（3）先初步计算第1个虚拟键相脉冲JX₁出现的位置，应是在第(n-1)、n个转速脉冲之间，满足(n-1)<K<n，其中1<n<N；记第n个转速脉冲为ZS_n；

（4）计算ZS_n与ZS₀之间的时间间隔T_ZS1,从而得到这段时间内转速脉冲的平均间隔为T_ZS1/n，由此得出虚拟键相脉冲的时间间隔为T_JX1=T_ZS1×(K/n),从而得到第1个虚拟键相脉冲JX₁的准确时刻；

（5）取前述刚算出的第1个虚拟键相脉冲作基准，重复步骤（3）至（4），递推计算以后各个虚拟键相脉冲的准确时刻；

（6）为避免累积误差，完成一轮计算后，下一轮的JX₀直接取ZS₀的对应时刻。

上述利用键相脉冲法测量发电机内电势相位的步骤是：

（a）发电机稳态运行时，利用电气法计算出内电势相位，并测量键相脉冲与内电势之间的初相角；

（b）发电机运行过程中，将虚拟键相脉冲的实测相位减去初相角，即得到水电机组的内电势相位。

上述步骤（a）中，所述初相角的测量只需要求发电机处于稳态运行即可，不必要求机组空载运行或起停机。

采用上述方案后，本发明借鉴汽轮机利用键相脉冲测量发电机内电势相位的方法，并针对水电机组转速脉冲与汽轮机键相脉冲的差异，根据机组极对数和齿盘齿数计算虚拟键相脉冲，即可按照传统键相脉冲法测量机组内电势，即先测量键相脉冲与内电势之间的初始相角，然后在发电机运行过程中，将虚拟键相脉冲的实测相位减去初相角，即可得到机组的内电势相位。采用本方法后，其效果等效于汽轮机组直接采用键相脉冲测量内电势，其测量精度不受暂态过程影响。

附图说明