一种发电机无功储备的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统电压/无功动态控制技术领域，特别涉及一种发电机无功储 备的计算方法，通过在线获取发电机有功功率、励磁电流以及机端电压，通过计算达到实时 监测发电机无功储备的目的。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统中高压直流输电技术的广泛采用，多馈入直流系统发生严重故障时 所引发的无功和电压稳定问题愈发突出，即发生故障后，无功需求急剧增长导致电压较长 时间和较大幅值的跌落继而持续恶化造成电压崩溃。为了解决电力系统电压失稳这一重大 技术难题，一方面要大力应用新型的动态无功补偿设备，如静止无功补偿器（SVC)、静止同 步补偿器（STATCOM)等，另外一方面更要充分利用电网中分布最广、容量最大和应用最多 的同步发电机动态无功容量。充分利用发电机的动态无功储备可以减少动态无功补偿设 备的使用容量，极大地提高电网的经济效益。对于发电机无功储备的定义与数学模型，国内 外已有相关理论研宄，并且取得了丰富的成果，结果均表明通过充分利用发电机的无功电 压控制能力可提高系统运行的稳定性与经济性。但是现有的关于发电机无功储备研宄大多 为稳态时的理论研宄和发电机数学建模研宄，缺少针对发电机在暂态条件下无功储备的研 宄。由于系统状态或负荷的快速变化需要消耗大量的无功，所以需要通过计算出发电机所 能提供的最大的无功储备来规划系统动态无功源的容量和配置。本文设计出一种计算发电 机无功储备的方法以满足实际的工程需求。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上已有技术存在的不足之处，本发明提出一种发电机无功储备计算方法， 包括静态无功储备和动态无功储备的计算。静态无功储备的计算利用发电机有功和无功的 功角方程，通过采样发电机励磁电流、机端电压以及实时有功输出，能够实现发电机无功储 备的在线计算，具有很好的通用性，需要测量的参数少。动态无功储备的计算可按照所提出 的计算流程，在电力系统仿真软件中实现。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0005] 本发明提供了一种发电机无功储备的计算方法，包括发电机的静态无功储备和动 态无功储备。前者包括步骤1、由稳态和暂态的功角特性以及测量结果确定静态无功储备上 限；步骤2、根据欠励限制动作曲线确定静态无功储备下限；3、获取静态无功储备。后者包 括步骤1、设定计算所涉及的发电机集、运行方式集和故障集；步骤2、逐一仿真计算集合中 特定方式、特定故障下关注发电机的动态无功储备；步骤3、将多方式、多故障和多机组的 动态无功储备值进行综合，得到系统整体的发电机动态无功储备。
[0006] 一种发电机无功储备计算方法，其特征在于能够实现发电机静态无功储备的在线 计算和动态无功储备的仿真计算，具有很好的通用性，需要测量的参数少。
[0007] 该方法包括以下步骤：
[0008] 首先对发电机无功储备的定义进行规范，相关定义间的逻辑关系如图1所示。其 中，"无功储备"定义为：能输出的最大无功功率与当前输出的差值。"静态无功储备"定义 为：在一定机网运行方式下，机组考虑自身硬软件约束条件下，可能输出的最大无功功率与 当前输出的差值，它表征机组在当前条件下能增加无功输出的最大潜力。"激活的动态无功 储备"，简称"动态无功储备"，定义为：在一定机网运行方式下发生特定故障（集）时，系统 能保持暂态电压稳定的条件下发电机实际输出的最大无功功率与故障前稳态无功输出的 差值，它表征机组参与特定暂态过程，其静态无功储备被激活并释放出来的部分，有效地用 于改善系统的动态特性。"未激活的无功储备"，定义为："静态无功储备"减去"激活的动态 无功储备"。
[0009] 1)静态无功储备计算
[0010] 发电机静态无功储备的计算流程如图2所示。
[0011] 11)静态无功储备上限计算
[0012] 静态无功储备上限表明了在某一故障下，发电机可能输出的最大无功功率与当前 输出的差值。
[0013] 目标发电机在稳态运行过程中，测得该发电机的输出有功功率P、无功功率Q、励 磁电流If和机端电压U。
[0014] 计算空载电动#Eq，有
[0015] Eq=xadIf (1)
[0016] 其中xad为电枢反应电抗。
[0017] 根据式⑵计算功角的初值S。：
【主权项】
1. 一种发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述方法能够实现发电机静态无功储 备的在线计算和动态无功储备的仿真计算， 该方法包括以下步骤： 步骤一，静态无功储备计算； 步骤二，激活的动态无功储备计算； 步骤三，静态无功储备减去激活的动态无功储备。
2. 如权利要求1所述的发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述方法需要首先对 发电机无功储备的定义进行规范，其中， 所述无功储备定义为：能输出的最大无功功率与当前输出的差值； 所述静态无功储备定义为：在一定机网运行方式下，机组考虑自身硬软件约束条件下， 可能输出的最大无功功率与当前输出的差值，其表征机组在当前条件下能增加无功输出的 最大潜力； 所述激活的动态无功储备，简称"动态无功储备"，定义为：在一定机网运行方式下，发 生特定故障时，系统能保持暂态电压稳定的条件下发电机实际输出的最大无功功率与故障 前稳态无功输出的差值；其表征机组参与特定暂态过程，静态无功储备被激活并释放出来 的部分，有效地用于改善系统的动态特性； 所述未激活的无功储备，定义为："静态无功储备"减去"激活的动态无功储备"。
3. 如权利要求2所述的发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述静态无功储备计 算包括：静态无功储备上限计算和静态无功储备下限计算。
4. 如权利要求3所述的发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述静态无功储备上 限计算过程为： 目标发电机在稳态运行过程中，测得该发电机的输出有功功率P、无功功率Q、励磁电 流If和机端电压U ; 计算空载电动势E,，有 Eq= X adlf 其中Xad为电枢反应电抗； 计算功角的初值S ^，有
当系统没有发生故障时，发电机继续处于稳态运行过程，当系统发生故障时，发电机励 磁系统的强励能力发挥作用，测量此时的有功功率Ps，端电压U ; 计算发电机暂态电势E'，，有：
凸极机在E'』亘定时的暂态功率方程为：
设发电机在强励条件下空载电动势、功角、电压、输出无功分别为E' qS、Ss、Us、QsdS 励下的空载电势E'qS= 2E,，有：
求出Ss，将Ss带入就可求得Qs，即为静态无功输出上限。
5. 如权利要求4所述的发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述静态无功输出上 限，减去稳态时发电机的输出无功Q，即可得到发电机正向的静态无功储备。
6. 如权利要求3所述的发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述发电机静态无功 储备下限对应的是发电机反向的静态无功储备； 静态无功储备下限的计算，按照有功功率P = P1^t，允许无功功率Q = -〇. OSQ1^S P = 0时Q = -0. 3QN两点来确定欠励限制动作曲线；其中P N，Qn*别为额定有功功率和额定无 功功率； 圆心在Q轴上，静态稳定极限曲线方程式为 P2+(Q0-Q)2 = r 2 由于不同电压水平下容许进相能力是不同的，所以应根据电压水平进行修正，即圆周 型静态稳定极限曲线方程为 P2+(Q0U2-Q)2= (rU2)2〇
7. 如权利要求3所述的发电机无功储备计算方法，其特征在于，所述动态无功储备计 算流程包括： 首先设定计算所涉及的发电机集、运行方式集和故障集； 接下来在时域仿真模型中，采用扫描计算的方法，逐一计算集合中特定方式、特定故障 下关注发电机的动态无功储备； 最后将多方式、多故障和多机组的动态无功储备值进行综合，得到系统整体的发电机 动态无功储备、无功储备结构与利用率等量化指标。
【专利摘要】本发明涉及一种发电机无功储备的计算方法，属于电力系统电压/无功动态控制技术领域；本方法利用发电机有功和无功的功角方程，通过采样励磁电流数值，实时计算采用不同励磁系统的发电机的无功储备。该方法包括：静态无功储备计算；激活的动态无功储备计算；静态无功储备减去激活的动态无功储备。本发明能够实现发电机静态无功储备的在线计算和动态无功储备的仿真计算,具有通用性好，需要测量的参数少，具有可在线快速计算等诸多优点。
【IPC分类】H02J3-16, H02J3-18
【公开号】CN104868479
【申请号】CN201510182673
【发明人】周保荣, 谢小荣, 续涛, 董宜鹏, 洪潮, 金小明, 姚文峰
【申请人】南方电网科学研究院有限责任公司, 清华大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月16日