[发明专利]一种同步发电机无功功率过励调节方法

说明书

技术领域

本发明属于发电机励磁领域，特别涉及一种同步发电机新型无功功率过励调节技术。

背景技术

同步发电机包含有两部分绕组：电枢绕组和磁场绕组，通常情况下，电枢绕组为3相交流静止绕组，故也称为定子绕组，磁场绕组为直流旋转绕组，也称为转子绕组。流过转子绕组的直流电流也称为转子电流，转子电流在转子绕组产生随转子一起旋转的磁场，旋转磁场切割定子绕组感应出定子电压，发电机并网后，通过定子向电网发出有功功率，同时与电网交换无功功率，在定子绕组流过电流，称为定子电流。同步发电机运行时，有功功率由原动机输入机械功率决定，无功功率由励磁系统输出转子电流调节，无功功率会导致定子电流增加，引起电机内部损耗增加，进而会导致定子绕部内部温度上升，由于发热与定子电流成超强反时关系，定子电流越大，定子绕组温度上升越快，允许该定子电流运行时间越短。如果不能实时而准确地控制电机定子绕组的过电流水平，当定子温度超过定子允许的温度上限后，会导致发电机定子过热损坏，造成巨大的直接经济损失和间接经济损失。

由于有功功率与励磁调节无关，因此在发电机运行中，励磁系统主要通过调节发电机无功功率来实现发电机定子电流的控制，保证发电机定子的安全运行。发电机励磁系统是给发电机提供并调节磁场电流的所有设备的总称，目前电机励磁系统一般配置定子过电流限制和无功功率过励限制功能，定子过电流限制过程如下：励磁调节器实时测量定子电流，与预先整定的定了过电流限制整定值比较，当实际定子电流及发热大于限制定值时，启动定子过电流限制，如果发电机无功功率大于0，则减小磁场电流，如果发电机无功功率小于0，则增加同步电机磁场电流，达到调节发电机定子电流的目标；无功功率过励限制过程如下：励磁调节器实时测量发电机无功功率，与预先整定的无功功率过励限制定值比较，当无功功率大于限制定值时，经过一固定时间(一般为20秒)延时后，启动无功功率过励限制，将无功功率调节回到限制定值，保证发电机在预定无功功率范围内运行。

上述励磁系统中配置无功功率过励限制功能过于简化，一方面无功功率过励限制值整定比较简单，主要根据发电机在运行中无功功率范围确定；另一方面无功功率超过限制定值后，仅经过简单的延时就启动调节，将发电机无功功率调回到限制整定值。而实际上发电机并网运行时，发电机励磁调节对电网稳定性能非常重要，在保证发电机安全基础上必须充分发挥发电机对电网的稳定支撑能力，发电机无功功率范围及时间一方面与发电机电枢绕组发热相关，一方面与电网运行情况相关，而且无功功率越限，允许运行时间，也应与无功功率大小相关。目前无功功率限制仅起着向运行人员告知无功功率过大的作用。

定子过电流限制功能在发电机与电网正常工况(电压在额定，有功功率不超过额定值)下，定子电流增加原因主要是由于磁场电流越限(过大或过小)，能正常工作，此时调节磁场电流是可以达到调节定子电流到限制定值的目标，但在某些特殊运行工况时，例如电网故障导致电压过低，或者发电机调速器故障导致有功功率过大，会发生定子过电流限制功能动作后，无法将定子电流调节至预定目标，在调节过程中发生磁场电流、无功功率、定子电压会大幅振荡的现象。经过工程经验总结，有的技术工作者注意到，当同步电机无功功率较小时，会发生这种现象，因此，大多数电机励磁系统中在同步电机定子过电流限制功能中会附加无功功率条件，当无功功率大于某一阈值，才会启动同步电机定子过电流限制。但有运行实践证明，增加无功功率条件，不能从本质上解决上述现象。

综上所述，本发明人致力于研究及完善发电机无功功率过励限制调节功能，解决无功功率过励限制功能启动逻辑及调节目标，解决定子电流限制在特定工况时发生磁场电流、无功功率及电枢电压大幅振荡的现象及问题，需要解决的问题可归纳为以下几点：

(1)研究无功功率实际运行允许值确定的问题，研究定子过电流限制启动电机磁场电流、无功功率、定子电压会大幅振荡的现象及问题的本质原因；

(2)研究出针对性的技术及方法，确保在任何工况下，同步电机无功功率出力既利于降低发电机定子发热，保护发电机安全，又利于发挥对电网电压支撑作用，提高电力系统稳定性能，同时解决特定工况下定子过电流限制启动电机磁场电流、无功功率、电枢电压会大幅振荡问题。

(3)研究出切实可行的技术方案，提出发电机新型无功功率过励限制调节技术的实现方法及动作模型。

发明内容