关键词：
过电压预防控制（精选八篇）
过电压预防控制 篇1
关键词：预防控制,电压控制,稳定性,交直流系统,关键预想故障,直流控制方式,全二次优化模型
0 引言
高压直流HVDC(High Voltage Direct Current)输电由于其输送容量大、损耗小、功率调节迅速灵活、非同步联络能力强等优点,在大区电网互联、远距离大容量输电及跨海峡送电等方面得到了十分广泛的应用。但直流系统在为受端交流系统提供电力的同时,需消耗的无功功率约为直流传输功率的40%~60%,这使得与直流系统相连的交流系统的电压稳定问题变得十分重要[1,2]。特别是对于我国日趋复杂的交直流输电网络而言,由于电力市场的推进及负荷的增长,电力系统长线路、重负载及无功储备不足所带来的隐患逐渐显现,在某些运行方式下与直流系统相连的交流系统就呈现出弱交流系统特征,极易使交直流系统引发静态电压稳定问题,严重时会导致直流系统发生换相失败,进而恶化交直流系统的运行状态[3]。故为提高交直流系统的输送能力及输电的安全稳定极限,从而提高电网的可控性,需深入地研究预防控制措施,以加强安全控制中的第一道防线,防止交直流系统发生静态电压失稳事故[4,5,6,7]。
现有的针对静态电压稳定的预防控制主要集中在交流系统方面[8,9,10,11,12,13],针对交直流系统静态电压稳定问题的预防控制却少有研究。文献[14]提出基于逐个严重故障的交直流系统静态电压稳定预防控制优化模型,并采用预测-校正原对偶内点法求解,但其未充分考虑直流控制方式对预防控制的影响,而且针对某一预想故障所得预防控制策略无法保证系统在其他预想故障状态下的静态电压稳定性,从而导致无法获得对所有预想故障均有效的预防控制策略。
本文在确定出所有不满足静态电压稳定裕度要求的关键预想故障的基础上,充分考虑直流控制方式对预防控制的影响,建立包含关键预想故障状态下交直流系统静态电压稳定裕度约束及正常运行状态下可行性约束的预防控制优化模型。该模型具有全二次特点,当采用预测-校正原对偶内点法求解该优化模型时,可在一定程度上降低模型的求解难度。
1 交直流系统的静态电压稳定预防控制模型
1.1 模型的数学描述
1.1.1 预防控制的目标函数
静态电压稳定预防控制的目标往往是以尽可能小的控制代价保证系统在正常运行方式及预想故障状态下均具有足够的静态电压稳定裕度。在交流系统的预防控制中,其控制措施包括调节发电机有功和无功出力、投切可调电容器和电抗器、调节有载调压变压器分接头以及切负荷[11]。而在交直流系统的预防控制中,还需考虑换流变压器分接头的调节。因此,本文所提预防控制优化模型的目标函数见式(1)。
其中,PGi、QGi、QCi、QRi、kt、kdi分别为发电机有功出力、无功出力、可调电容器注入无功、可调电抗器注入无功、有载调压变压器变比、换流变压器变比。当前运行状态下(预防控制之前的正常运行状态)的运行变量以下标“0”表示,预防控制后正常运行状态下的变量以上标“0”表示;Ci为负荷节点切除的有功负荷量;NG、NB、NC、NR、NT、Nd分别为发电机节点数、系统节点数、可调电容器组数、可调电抗器组数、有载调压变压器台数以及直流节点数(换流站个数);wpi、wqi、wri、wCi、wkt、wdi、wli分别为各个控制措施的权重,在实际工程中,发电机的有功和无功调节成本相对较低,因此其权重可取为0.1,而可调电容器、可调电抗器、有载调压变压器以及换流变压器的调节成本相对较高,其权重可取为1,切负荷的成本比其他控制措施的控制成本稍大一些,其权重可取为10[11]。
1.1.2 正常运行状态下的可行性约束
预防控制后的交直流系统,需要满足正常运行状态下的可行性约束。这些约束如式(2)—(27)所示。
其中,PDi、QDi分别为当前运行状态下系统各节点有功、无功负荷;Udi、Sdi、Pdi、Qdi、Idi、kdi、cosθdi、Umdi、Ui、ei、fi分别为直流电压、换流站的视在功率、直流系统传输的功率、换流站吸收的无功功率、直流电流、换流变压器变比、换流器控制角余弦、对换流变压器引入虚拟节点之后的虚拟交流节点电压幅值[15]、与换流站相连的交流节点电压幅值、系统节点电压的实部和虚部;kbi为直流系统每极中6脉波换流器的个数;kpi为直流系统的极数;xdi为换流变压器的换相电抗;gdij为直流网络节点电导矩阵的第i行第j列元素;xd1i、xd2i分别为直流控制变量Udi、Idi、Pdi、cosθdi、kdi中的某一个,上标sp表示指定的常数;η=0.995为常数;SLi、STi分别为与节点i相连的线路支路集合以及有载调压变压器支路集合;PLij、QLij、PTij、QTij分别为线路支路传输的有功功率与无功功率、有载调压变压器支路传输的有功功率与无功功率,它们的具体表达式可参考文献[15]。
式(2)、(3)为交直流系统潮流方程,当与节点相连的换流器为整流器时,sPi=1;与节点i相连的换流器为逆变器时,sPi=-1;当节点i为纯交流节点时,sP i=0;当节点i直接与换流站相连时,sQ i=1,否则,sQi=0。式(4)、(5)为在有载调压变压器支路中引入虚拟节点之后的电压转换方程[15]。式(6)—(10)为直流系统的换流器特性方程。式(11)为直流系统网络方程。式(12)为交直流系统的联合方程。式(13)、(14)为直流系统的换流器控制方程。式(15)—(27)为交直流系统中各个变量的上下限约束。
1.1.3 预想故障状态下的静态电压稳定裕度约束
对于交直流系统静态电压稳定预防控制而言,除了要求预防控制后的系统在正常运行状态下满足可行性约束之外,还要求系统在正常运行状态以及预想故障状态下均能满足静态电压稳定裕度约束。为方便说明,此处将有静态电压稳定裕度要求的正常运行状态作为预想故障状态的一个特例。
预想故障状态下的静态电压稳定裕度约束可用1.1.2节的交直流系统潮流方程、有载调压变压器支路中引入虚拟节点后的电压转换方程、直流系统换流器特性方程、直流系统网络方程、交直流系统的联合方程、直流系统的换流器控制方程及交直流系统中各变量的上下限约束描述。但有以下几点不同。
a.预想故障状态下的静态电压稳定裕度约束所包含的方程中,各个变量不再以上标“0”来表示,而是以上标“c”来表示,以此说明该变量属于预防控制之后预想故障状态下的变量。
b.可调电容器、可调电抗器、有载调压变压器及换流变压器在预想故障状态下可认为来不及动作,保持为预防控制后的正常运行状态值。因此,在预想故障状态下的静态电压稳定裕度约束所包含的方程中,这些变量的上标仍以“0”来表示。同时,在静态电压稳定裕度约束所包含的不等式约束中,不再有可调电容器注入无功、可调电抗器注入无功、有载调压变压器变比及换流变压器变比的上下限约束。
c.在预想故障状态下,交直流系统需要满足给定的静态电压稳定裕度。因此,预想故障状态下的交直流系统潮流方程表示形式不同于1.1.2节中的式(2)、(3),而应该用下面的式(28)、(29)来表示:
其中,λc为系统在第c个预想故障下需要满足的静态电压稳定裕度期望值,可由实际工程需要确定。
1.2 预防控制优化模型的特点
上述预防控制优化模型具有以下特点。
a.该模型中的直流控制方式可以指定1个、2个或不指定任何控制变量。当所有直流控制变量都参与调节以尽量保证交直流系统的静态电压稳定性时,则可将直流系统的换流器控制方程从模型中去掉,即不指定任何直流控制变量,所有直流变量在预防控制过程中不受限于某一给定值,而是可以在其上下限约束范围内变化。若每个换流站的直流控制变量只指定了1个,则每个换流站中的直流系统换流器控制方程仅需保存1个,同时在模型中去掉该控制变量对应的上下限约束。由此可见,该预防控制模型能灵活地考虑不同直流控制方式对预防控制的影响,从而为系统提供有利的预防控制方案。
b.模型中等式、不等式约束及目标函数是预防控制优化变量的一次或二次函数。故采用预测-校正原对偶内点法求解时,其海森矩阵为常数,不需在每次优化迭代过程中更新,从而可降低模型的求解难度。
2 交直流系统静态电压稳定预防控制的求解步骤
本文所提电压稳定预防控制的求解步骤如下。
a.获取交直流系统的初始运行状态。
b.采用文献[16]提出的交直流电压稳定临界点非线性规划算法,对每个预想故障状态下的系统静态电压稳定性进行分析。将不满足静态电压稳定裕度要求的预想故障作为关键预想故障。如果所有的预想故障都满足静态电压稳定裕度要求,则停止计算,并输出预防控制结果;否则,转入步骤c。
c.对关键预想故障,根据1.1节建立全二次预防控制优化模型,采用预测-校正原对偶内点法求解。
d.采用所得到的预防控制结果对初始运行状态下的交直流系统控制变量进行调整,并返回到步骤b。
3 仿真分析
3.1 测试系统简介
为了验证本文所提预防控制策略的正确性和有效性,现将IEEE 14节点交流系统改造成交直流系统。其结构图如图1所示,其中直流系统的具体信息如下:整流侧在节点5,逆变侧在节点4,直流系统极数为2,每极中6脉波换流器个数为1,直流线路电阻为10Ω,换相电抗为26.75Ω。
3.2 仿真结果分析
为了使该交直流系统在故障或者重负荷情况下有可能出现静态电压稳定问题,将各个负荷节点的负荷增加为原来负荷的1.25倍。根据实际工程要求,正常运行状态下,静态电压稳定裕度期望值λ取为0.15;预想故障状态下,λ取为0.1。
采用交直流系统电压稳定临界点非线性规划算法对该系统的静态电压稳定进行分析。此处为了尽可能得到系统较大的静态电压稳定裕度,在利用该方法对系统的静态电压稳定性进行分析时,不指定直流系统控制方式,亦即所有的直流控制措施均参与控制。由此可以得到预防控制之前的关键预想故障,如表1所示。由表1可知,该系统在这2个关键预想故障状态下的静态电压稳定裕度都小于0.1,不满足静态电压稳定裕度要求。
在对以上不满足静态电压稳定裕度要求的关键预想故障实施预防控制时,为考察在预防控制过程中,不同直流控制方式对预防控制结果的影响,本文从以下几个方面进行了仿真分析。
a.不指定直流控制方式。在预防控制过程中,所有的直流控制措施都参与调节。
b.整流侧定电流、逆变侧定电压。在预防控制过程中,整流侧电流和逆变侧电压保持其设定值不变。
c.整流侧定电流、逆变侧定控制角。预防控制过程中,整流侧电流和逆变侧控制角保持设定值不变。
d.整流侧定功率、逆变侧定电压。在预防控制过程中,整流侧功率和逆变侧电压保持其设定值不变。
e.整流侧定功率、逆变侧定控制角。在预防控制过程中,整流侧功率和逆变侧控制角保持其设定值不变。
针对这几个方面建立预防控制优化模型时,对于情况a而言,需要去掉所有直流系统换流器控制方程,同时在模型中去掉相应直流控制变量的上下限约束。对于后面4种情况而言,对每个换流站仅需要保留1个换流器控制方程,同时去掉指定直流控制变量所对应的上下限约束。
在指定直流控制方式时,所指定的直流控制变量的设定值取为系统在实施预防控制前的潮流状态值。其中,整流侧电流设定值Id1sp=0.375 0 p.u.,逆变侧电压设定值Ud2sp=1.028 6 p.u.,逆变侧关断角设定值θd2sp=22°,整流侧功率设定值Pd1sp=0.782 7 p.u.。
对测试系统分别采用以上5种控制方式实施预防控制,其预防控制结果如表2所示。
由表2的第2、5、6列可以看出,各种控制方式下,采用本文所提的预防控制策略经过1次预防控制,就能使系统在各种预想故障状态下均满足静态电压稳定裕度要求,从而说明了本文所提交直流预防控制策略的正确性和有效性。
由第3列可以看出本文采用预测-校正内点法求解预防控制优化模型是有效的。
从第4列的结果中可以看出,不指定直流控制方式(所有的直流控制措施都参与调节)时,系统的预防控制成本是最低的。而其他几种指定直流控制方式的情况中,整流侧定电流、逆变侧定电压控制方式下的预防控制成本较低,而整流侧定功率、逆变侧定控制角控制方式下的预防控制成本最高。由此可以说明,在对交直流系统实施静态电压稳定预防控制时,让所有的直流控制措施都参与调节,不但能保证系统在各种状态下均满足静态电压稳定裕度要求,而且能使控制成本达到最小。
对照表2的第4列与第6列的结果可知,不指定直流控制方式下的预防控制成本较低,但是预防控制后的系统在预想故障下的静态电压稳定裕度刚好满足运行要求;而指定直流控制方式下的预防控制成本较高,但预防控制后的系统在预想故障下的静态电压稳定裕度则较期望裕度稍大。因此,本文的仿真结果分析还可以提供给系统运行调度人员一个信息:如果想要预防控制之后系统的静态电压稳定裕度大一些,则可以采用控制成本较高的指定直流控制方式下的预防控制;如果想要预防控制之后的系统刚好满足静态电压稳定裕度要求,则可以采用控制成本较低的不指定直流控制方式下的预防控制。
4 结论
变电站电压无功控制论文参考 篇2
论文关键词：电压无功VQC
论文摘要：介绍了变电站电压和无功控制的方法和调控原则，以及电压无功自动控制装置（VQC）的原理以及应用。
前言
随着对供电质量和可靠性要求的提高，电压成为衡量电能质量的一个重要指标，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行具有重大影响。无功是影响电压质量的一个重要因素，保证电压质量的重要条件是保持无功功率的平衡，即要求系统中无功电源所供应的无功功率等于系统中无功负荷与无功损耗之和，也就是使电力系统在任一时间和任一负荷时的无功总出力(含无功补偿)与无功总负荷(含无功总损耗)保持平衡，以满足电压质量要求。
1电压控制的方法和原则
变电站调节电压和无功的主要手段是调节主变的分接头和投切电容器组。通过合理调节变压器分接头和投切电容器组，能够在很大程度上改善变电站的电压质量，实现无功潮流合理平衡。调节分接头和投切电容器对电压和无功的影响为：上调分接头电压上升、无功上升，下调分接头电压下降、无功下降（对升档升压方式而言，对升档降压方式则相反）；投入电容器无功下降、电压上升，切除电容器无功上升、电压下降。
变电站电压无功管理调控原则如下：
1.1变电站电压允许偏差范围为：220kV变电站的110KV母线:106.7～117.7kV；220kV、110kV变电站的10kV母线10.0～10.7kV。
1.2补偿电容器的投退管理原则：以控制各电压等级母线电压在允许偏差范围之内，并实现无功功率就地平衡为主要目标，原则上不允许无功功率经主变高压侧向电网倒送，同时保证在电压合格范围内尽量提高电压。一般情况下：峰期（7:00--23:00）应按上述要求分组投入电容器组，谷期（23:00--次日7:00）应按上述要求分组退出电容器组。
2电压无功自动控制装置的特点
过去老式变电站通常是人工调节电压无功，这一方面增加了值班员的负担和工作量，另一方面人为去判断、操作，很难保证调节的合理性。随着用户对供电质量要求的不断提高和无人值班变电站的增多，由人工手动调节电压无功的方式已不能适应发展的需要，所以利用电压无功自动控制装置（VQC）是实现电压和无功就地控制的最佳方案。
VQC可以自动识别系统的一次接线方式、运行模式，并根据系统的运行方式和工况以及具体要求，采取对应的.优化措施，使电压无功满足整定的范围。同时VQC具有丰富的闭锁功能，保证系统安全运行，而且用户可以根据需要灵活配置相关遥信作为闭锁信号。对于电容器组的投切，用户可以自行定义投切的顺序。
3VQC的控制策略
VQC根据低压侧电压和无功（或功率因数）的越限情况，将控制策略划分为不同区域，在各个区域内采取相应的控制策略。除了常规控制模式，一般采取电容器优先模式，在实施调节策略之前，VQC根据给定的参数预测调节的结果，如果调节后会造成低压侧无功/功率因数越限、低压侧电压越限，则后台VQC会调整动作策略或不动作。
当电压越上限，无功正常/功率因数正常时：下调分接头，如果分接头不可调则切除电容器；电容器优先模式：切除电容器，若切电容器会导致无功/功率因数越限或者无电容器可切，则下调分接头，如果分接头不可调，则强切电容器。当电压越上限，无功越上限/功率因数越下限时：下调分接头，如果分接头不可调则切除电容器。当电压正常，无功越上限/功率因数越下限时：电压未接近上限时，投入电容器，若无电容器可投，则不动作；电压接近上限时，如果有可投的电容器则下调分接头，否则不动作。当电压越下限，无功越上限/功率因数越下限时：投入电容器，如果投电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可投，则上调分接头，如果分接头不可调，则强投电容器。当电压越下限，无功正常/功率因数正常时：上调分接头，如果分接头不可调则投入电容器；电容器优先模式则投入电容器，如果投电容器会导致无功/功率因数越限或者无电容器可投，则上调分接头，如果分接头不可调，则强投电容器。当电压越下限，无功越下限/功率因数越上限时：上调分接头，如果分接头不可调则投入电容器。当电压正常，无功越下限/功率因数越上限，电压未接近下限时，切除电容器，若无电容器可切，则不动作；电压接近下限时，如果有可切的电容器则上调分接头，否则不动作。当电压越上限，无功越下限/功率因数越上限时切除电容器，若切电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可切，则下调分接头，如果分接头不可调，则强切电容器。当电压正常，无功正常/功率因数正常时，中压侧越上限，下调分接头；中压侧越下限，上调分接头；中压侧电压正常则不动作。
4VQC的应用效果及问题
VQC的应用，对保证电网良好的电压质量、优化电网无功潮流和电网经济运行等方面发挥了较大的作用。和传统的调压方式相比，具有以下明显优点：按“逆调压”进行电压调整，提高电压合格率；平衡无功、使无功潮流合理，达到降损节能的目的；大大减小了运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。但由于硬件问题、设备工艺、功能问题以及受系统运行方式的改变等问题，VQC有时会出现误动或者拒动，需要人工进行电压和无功的调节，有时甚至会影响正常的设备运行。随着产品设计制造的改进以及运行管理水平的不断提高，VQC将更广泛的应用于各级变电站中，为复杂电网经济运行提供可靠的保障。
参考文献
【1】严法军，“变电站电压无功控制策略的改进”《电网技术》(10)
【2】蔡学敏，蔡益宇．浅谈变电站VQC装置应用中存在的问题及对策浙江电力，，(2)：51-53．
【3】曾鉴．电网电压无功综合控制中若干问题的探讨[J]．四川电力技术，，26(4)：23—24．
真空开关操作过电压的产生及预防 篇3
1.1 截流过电压
当真空型开关开、断负载的时侯, 主触头中电流的切断, 可能发生在交流电过零点前的某一瞬间, 主触头电源侧与负荷侧间的电流突然迅速的衰减到零。电流的这种突变过程称为截流。电流的变化率很大, 从而会产生过电压。
1.2 影响产生截流过电压的因素
(1) 电动机的容量大小, 大型电动机由于其阻抗特性较小, 因此产生的过电压值较小。在同一容量下, 电动机在最高额定电压下工作时, 产生的过电压越高。
(2) 截流变化率, 截断电流变化速度越快则产生的过电压越高。不同时段产生的过电压值不同。
(3) 连接负荷电缆的长短, 由于电缆敷设越长, 电网的分布电容越大, 相当与降低了特征阻抗, 所以产生的过电压值降低。
(4) 电动机的运行状态, 由于电动机空载运行时的电流较小, 电流截断速度快, 所以产生的过电压较高;当电动机负载运行电流较大, 则很少发生过电压现象。当电动机在启动过程中, 由于电流变化急剧, 造成功率因数较低, 因此产生的过电压值最高。
1.3 重燃过电压
当真空型开关开、断负载时, 如果此时触头分开时电流值正好是交流电过零点的瞬间, 此时触头间产生的的电弧立即熄灭。但因此时触头开距并未达到最大值。上升较快的恢复电压将会使动、静触头的间系击穿而重燃;由于此时高频熄弧和电流, 向带电电容反向振荡充电, 可导致多次重燃产生很高的过电压。重燃过电压比截流过电压高, 很高的重燃过电压将对电动机的匝间绝缘造成严重的威胁。
1.4 影响产生重燃过电压的因素
(1) 重燃过电压随电缆长度的增加而降低。但电缆长度过长时使积储在回路中的能量增加, 重复击穿时过电压的幅度增加。
(2) 电动机的运行状态对重燃过电压影响较大, 重燃过电压发生在电动机启动过程中开断, 因为这时电动机转子尚未达到额定转速。定子绕组中几乎没有反电动势或反电动势很小, 开断后开关的动、静触头在较高的恢复电压作用下易导致过电压的产生。由此可知, 真空型开关所产生的过电压具有很强的随机性。一般发生在电动机的启动过程中或堵转时。根据操作过电压的产生原因以及对于变压器、电动机所产生的危害, 因此必须采取有效措施加以限制。
2 限制操作过电压的措施
2.1 目前, 在使用的真空开关中, 所采取的过
电压限制措施是在真空开关的真空管下口, 即真空管的负荷侧安装“阻-容”吸收装置。其方法大致有三种形式
(1) 形式之一, 就是目前真空开关中普遍采取的一种“阻-容”吸收保护。其结构如图所示:图1中:U、V、W为真空开关的负荷接线端子。
电阻R与电容器C并联;其中的电阻R作用在于增大真空开关负荷端子对电阻R1回路中的阻抗, 泄放电容器C里面存储的电能。其电阻值一般选在R=1MΩ~1.5MΩ。电容器C的作用, 就是利用其存储电能的作用来吸收真空开关工作过程中产生的操作过电压。为防止产生重燃过电压, 为此电容器C的容量并不是越大越好, 一般选择在不超过1微法, 耐压程度高于真空开关工作电网电压的高耐压电容器, 常见使用的电容器型号为0.47微法/1000V。电阻R1的作用是它与电阻R串联后, 三只R1电阻的另一端封在一起, 构成一个人为的高阻中性点。其目的是确保三相电容器泄放电流迅速与均衡, 能保护电容器防止重燃过电压。为此电阻R1选择精度较高的大功率线绕电阻, 其参数为8w100Ω。此类阻容吸收保护装置组合在一起的高阻抗与真空开关的大功率电动机低阻抗值相并联后, 降低了真空开关负荷侧的整体阻抗, 从而减小了产生操作过电压的几率。
(2) 形式之二, 就是较为简化的阻容装置, 作为真空开关的过电压吸收保护。CKJ是真空开关中真空接触器的主触头。A、B、C为真空开关的电源侧接线端子;U、V、W为真空开关的负荷侧接线端子。三相R-C串联后分别并联在三相真空接触器的主触头两端, 其目的显而易见就是靠电容器的存储功能, 把真空接触器触头两端产生的操作过电压吸收进来;加上电阻R的作用就在于让存储于电容器里面的电能释放速度放缓, 目的是为防止产生重燃过电压。电阻R的选取仍然是高精度大功率线绕电阻其参数为功率8w、阻值100Ω。
(3) 形式之三, 是利用电压抑制器YZ与阻容R-C装置联合使用, 作为吸收真空开关产生的操作过电压。其结构如图所示:图2中:A、B、C为真空开关的三相电源端子;U、V、W为真空开关的三相负荷端子;CKJ为真空开关中真空接触器主触头;YZ1、YZ2、YZ3为三相电压抑制器, 分别并联在CKJ两端, 其作用类似于压敏电阻的功能限制真空开关主触头两端产生操作过电压的幅度, 从而减轻了R-C阻容保护装置的操作过电压幅度。三相电阻R与三相电容器C串联后电容器的另一端封在一起, 作用就是将真空开关产生的操作过电压靠电容器吸收后通过电阻R再进行缓慢释放。从而起到保护大功率电动机不受过电压的侵害。
参考文献
[1]张文渊.真空断路器合闸弹跳的危害性及对策[J].电气时代, 2001 (11) .
过电压预防控制 篇4
电容式电压互感器的英文简称为CVT, 其主要组成部分包括电磁装置和电容分压器两部分。电磁装置主要由中间变压器构成, 电容分压器则主要包括中压电容、高压电容以及补偿电抗器、限压装置、阻尼器。无论是中压电容还是高压电容都处在瓷套的包围之下, 从外面进行观察更像一个单节或者多节莲藕状电容器。电磁装置的作用在于为中间变压器、补偿电抗以及一些相关的附件提供一个圆形或者是方形的铁箱。电容式互感器按照电容分压器同电磁装置的组装方式可以划分为一体式以及分体式两类。一体式电容式互感器的特点就在于其将电容分压器安装在电磁装置的油箱上。位于电容分压器的下部底盖有两个线管, 一个是中压出套线管, , 连线深入到电磁装置内部, 其作用在于实现电容分压器中压端与电磁装置的对接。或者也可以在瓷套上开通一个小孔洞, 引出中压端, 对电容以及介损效用进行测算。分体式电容电压互感器的电磁装置同电容分压器中压端的连接位置处于其外部, 这种类型的分压电容器下节电容必须通过对瓷套上进行开孔才能完成对中压端的引出工作。通过套管, 电磁装置将所对应的高压端引出, 以方便彼此的连接。所谓的分体并不是说一定要将电磁装置同电容分压器进行分离安装, 一些厂家对于分体式的制造依旧是在电磁装置的油箱上面叠装电容分压器, 使用绝缘子予以支持, 并且并未在分压器下节底盖安装。
2 两起电容式电压互感器故障分析及预防措施
2.1 电容式电压互感器二次失压
(1) 故障特征。
在电网的正常运行下, 一旦电容电压互感器发生了故障, 必会造成信号误发的现象出现, 很有可能会出现3个二次电压组会出现全部无电压输出的情况发生, 此种情况下检修人员会采取措施对3个二次电压组的输出电压进行测试, 来验证输出电压是否为零, 在此种状态下经过对电容式互感器的检查如果并未有任何异常, 外观也并未出现任何异常。一般情况下油箱的电磁装置所能承受的额定电压达到了13 k V, 但是相比起电磁装置, 电容式互感器所承受的额定电压有所下降, 只有10 k V, 如果采取措施对电磁装置实施部分短接, 那么设备的承受能力势必会受到较小的影响, 无法承受13 k V的电压, 二次电压绕组将会出现失压现象。因此, 倘若其能承受正常电压, 那么结合设备自身的结构特征能够断定失压现象同电容量之间并不存在必然联系。
(2) 故障原因。
假如1~4节瓷套的电容本身都处于一个比较稳定的状态, 那么发生故障的原因可能就是电磁装置变压器一次引线断线所引起的, 也有可能是因为电磁装置中同变压器并联的避雷器将各分压电容器之间的连线击穿导致断线, 或者是因为油箱电磁装置发生了进水导致被烧坏, 进而导致分压电容器发生断路等原因。
(3) 拆解状况。
对电磁装置变压器一次接地的原因进行检查分析, 可能是由于并联避雷器击穿导通所引发的, 此时我们必须准备新的避雷器以及相应的常规绝缘材料。对电容式电压互感器的底座油箱与第4节套管进行拆解检查。如果发现存在比较明显的放电现象并灼烧痕迹, 这很有可能是因为电磁装置变压器同分压电容器连线过长导致同箱壳连接碰撞, 如果确实出现了此种情况, 那么应该对避雷器的绝缘电阻和电磁装置变压器进行测试。
(4) 预防措施。
第一, 做好初稿的设计改进工作, 通过小套管对电磁装置变压器的一次连接点进行牵引, 这样做的目的是极大地便利了用户对电容参数、介质损耗情况以及电磁装置的绝缘电阻进行有效地测量。
第二, 对电磁装置变压器的接地点进行二次引导, 并连接到二次接线盒, 做好绝缘小套管的拧紧接地工作, 在实验的时候打开接地点, 随后可以对避雷器、电容分压器的绝缘情况以及电磁装置变压器进行直接地测量。
第三, 在生产制造过程中应该对油箱的电磁装置电气部分的绝缘强度和最下节的瓷套给予一定的关注, 做好其加强工作。加强措施的落实过程中确保工艺的完整性, 保障各器件之间的接线距离, 必须对连接线进行绝缘处理, 也可直接使用绝缘导线。
第四, 使用单位在日常的使用过程中必须做好电容式电压互感器的检查与维护工作。
3 电容式电压互感器受潮故障处理
(1) 故障特征。
某电容式电压互感器在进行预防性试验研究的过程中对电磁装置的二次绕组绝缘电阻进行测试, 其大小为0 MΩ。加压测量介损值为25%, 电容量值为2 100 p F, 通过上述的试验数据分析, 其尚处于正常范围, 因此可以判断分析, 电磁装置并未受潮。但是在设备运行的过程中, 电磁装置变压器只能承受比较低的电压。
(2) 拆解状况。
对电磁装置油箱连接处、电容分压器进行拆分肢解, 设备中的连接螺丝有一定程度地松动, 箱沿出现积水, 电磁装置变压铁芯表面发生了不同程度的锈蚀, 邮箱内变压油变得异常浑浊。
(3) 受潮原因。
发生受潮的原因一般都是因为设备的密封问题, 进而导致进水。设备螺丝的松动情况比较常见。从结构的方向进行分析可知, 底部邮箱本应该是处于完全封闭的状态, 但是内部的油会发生热胀冷缩的状况, 为了应对这一情况须预留一部分缝隙。这样可以有效地对油压过高的现象进行预防。如果确实发生了受潮现象, 那么应该拆回电磁装置油箱, 将受过污染的电容器油排干, 并将其放入烘箱内进行5 d时间的烘干, 在设备投入工作后对电磁装置进行系统地试验, 发现一次绝缘电阻以及二次绝缘电阻均达到了1 000 MΩ和59 MΩ, 介损不足0.1%。在对电容器绝缘油进行更换并实施重启, 开展组装工作, 完成对电气试验项目的检验后, 设备投入了正常的工作状态。
(4) 预防措施。
首先, 在确保油箱不漏油的情况下, 加强对电磁装置箱体的维护检修工作, 在具体的检修过程中尤其对相关的螺丝加以关注, 观察其是否存在松动, 密封的胶垫是否已经被压紧, 是否存在老化松动的现象, 如果出现了上述问题, 那么必须及时进行更换。
其次, 对于一些运行时间较长的设备必须加强检修, 对各个部件的性能以及电磁装置的绝缘情况予以关注, 根据避雷器的变压器的研究项目的变更选择相应的绝缘油。
4 结语
文章的以上分析内容仅仅是基于电容式电压互感器在35 k V中最为常规的故障情况, 但是在具体的生产实践过程中依旧存在诸多问题需要我们去进行研究探索, 在具体的研究过程中我们必须不断地思考总结, 并且把可能发生的情况进行试验研究, 不断提高解决实际问题的能力。只有这样我们才能在遇到各种故障时进行很好地处理, 尽最大可能不出现其他的一些失误情况, 才能为企业发展和生存提供有效的保障, 为企业创造更多的收益。
参考文献
[1]谭英.浅析电压互感器的常见故障及应对手段[J].硅谷, 2008, 20 (18) :19.
[2]黄治国, 雷红才, 苗青, 等.电容式电压互感器分频谐振的分析与对策[J].高电压技术, 2004, 30 (7) :58-59.
[3]王世阁, 李德伟.电容式电压互感器二次负荷运行原则的建议[J].变压器, 2010, 47 (6) :21-22.
[4]席风沛.电容式电压互感器故障分析原理[J].变压器, 2010, 47 (6) :71-72.
过电压预防控制 篇5
1.1 轴电压产生的原因
1.1.1 磁场在轴上的不平衡。
由于冲压风扇电机, 钢铁栈, 如载入因素, 再加上核心位置, 通风孔等, 造成的不平衡磁路的磁阻周围的交替磁通量切割转子轴形成轴电压。
1.1.2 逆变电源产生的电压轴。
逆变电源用于运行电动机, 由于较高的供电电压含有谐波时的重量的作用, 电压脉冲, 线圈定子线圈端部, 线路的电磁感应转子之间, 使潜在的轴变化, 导致轴电压。
1.1.3 有一个轴电压静电感应现场发电机运行在更多的高压设备的作用, 强电场, 因此形成在轴两端的轴电压。
1.1.4 参与外部电源电压轴运行的网络。
由于较为复杂的线路, 大型发电机组现场布线错综复杂, 这些错综复杂的线路会形成一个磁场, 它将形成轴电压。
1.1.5 其他原因
1.2 发电机轴电压的测量
U1:励磁端轴承瓦对地电压;U2:大轴两端电压;U3:水轮机端大轴对地电压。
测量时先测U2, 再测U1励磁端轴承瓦对地电压。测量U1时应把轴承瓦与励端大轴测量碳刷短路, 否则, 因轴瓦与轴之间的油膜电阻影响测量结果。通常U1=U2, 若U1与U2相差10%以上, 则表示绝缘垫等绝缘不良.绝缘垫等绝缘不良时, U1<U2。测量时使用3-10V交流电压表, 若无此表, 可经适当升压变将此电压升高后, 用一般电压表测量。测量接线必须接有专用电刷, 且电刷上应用长达300mm以上绝缘手柄。测量轴电压时应采用同一可靠接地点作为基准点。测量时, 应使发电机保持额定电压, 并分别在额定负载、0.5额定负载、空载下测量。
1.3 测量轴电压的意义
发电机一侧的轴承支架与底座之间的绝缘垫是否保持良好的绝缘性能, 对于防止发电机的轴和轴瓦的损坏以及轴承油质的劣化, 保证机组的安全运行起着重要作用。因此, 机组在安装时和运行中, 通过测量比较发电机两端的电压和轴承与底座的电压, 检查判断发电机轴承支架和底座之间的绝缘好坏是十分必要的, 所以, 交接试验标准和预防性试验规程中都把发电机轴电压的测量列为必做的试验项目。
2 轴电压的危害分析
在正常情况下, 在轴和轴承润滑油膜存在, 起到绝缘的作用。轴的低电压, 这可以保护油膜润滑性能为绝缘材料。然而, 当轴电压的某些价值观念, 特别是在发电机启动运行时, 油膜轴承尚未稳定形成的轴电压和油膜击穿放电, 构成回路, 轴承和轴之间的电压电流的金属接触点通过, 因为没有金属接触点, 这些点的电流密度, 从而在瞬间高温, 使当地烧熔轴承, 转子轴承合金烧熔飞溅的压力下, 因此, 轴承与轴烧熔焊在一起。一般来说, 由于轴的硬度和机械强度比轴承合金熔点高, 通常表现症状轴承内表面的压力正在清盘地带弧。
3 轴电压造成危害的预防
3.1 高速蒸汽产生的静电荷, 不易传导到励磁机侧, 在汽轮机侧也有可能破坏油膜和轴瓦, 通常在汽轮机轴上装设接地炭刷来消除。
3.2 对于其他原因所产生的轴电压, 如果在安装时和运行中不采
取有效的措施, 当轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时, 将产生一个由发电机大轴、轴颈、轴瓦、轴承支架及机组底座为回路的轴电流, 虽然轴电压不高, 通常在1V以下, 个别机组为2-3V, 但由于回路的电阻非常小, 因此产生的轴电流可能很大, 有时可达数百安培, 轴电流会使轴承油的油质劣化, 严重时会将轴瓦烧坏, 被迫停机造成事故。
为了防止轴电流的产生, 设计安装时, 在位于发电机励磁机侧的轴承支架与底座之间己加装绝缘垫, 同时将所有螺杆、螺钉 (控制销) 及油管等均已采取绝缘措施。
3.3 轴电流通常会对大轴及轴瓦造成损坏, 通过轴电流检测可以提早发现各种故障苗头。
目前各水轮发电机组常用轴电流互感器来对轴电流进行实时监测, 并依据其精确感应出的基波轴电流和三次谐波轴电流来设置保护。
3.4 保持发电机上导瓦底座、推力瓦底座、水导瓦底座、各轴承架
及油管路对外壳的绝缘, 能有效地减小各种故障情况下的轴电流, 进而防止轴瓦损坏及油质劣化。具体是在各轴承基座上增加绝缘防护垫, 在螺钉及固定部位加绝缘层, 借以加大轴电流流通回路的电阻, 切断轴电流的通路。另外, 润滑油的绝缘性能也对轴电流的形成有直接影响, 故应定期检查油质, 根据油质劣化情况判断轴电流的损害程度, 更换或选用绝缘性能好的润滑油。
3.5 保持大轴接地碳刷的可靠接地, 使大轴与地等电位。
由于当前很多水轮发电机组的大轴接地线被用作转子一点接地保护的"接轴", 使得接地碳刷并没有真正的接地, 形成发电机大轴与地之间的电位差, 可能造成大轴通过轴瓦间隙对地放电, 使轴瓦电烧伤。在事故情况下, 若发电机励磁机侧轴承座的对地绝缘损坏, 产生的轴电流会很大;发电机定子线圈发生匝间短路时, 轴电流也会很大。它们不仅会烧坏轴瓦破坏油膜润滑, 也会使大轴磁化。因此, 运行中要切实保证大轴的可靠接地。
3.6 对于磁化较为严重的机组大轴, 应及时进行退磁处理。大轴磁化的程度可以在机组检修时用精密的高斯计来检测。
3.7 采用静态励磁的机组, 应在回路上增加电容元件等抑制轴电
压的措施, 因为静态励磁时对交变轴电压起限制作用的不是电阻而是容抗。
4 某水电厂的实施效果
某水电厂对各台水轮发电机组逐一进行了防轴电流的试验及改造:
4.1 在转子上不同位置增加100~300kg配重以测试运行中定转子
的同心度和发电机的振动值, 试验结果表明在额定水头下机组在60%以上额定出力时运行平稳, 振动值较小, 轴电流二次测量值稳定在0.3~0.45A。
4.2 切实将每台机组大轴接地碳刷可靠接地, 及时除去大轴上的积聚电荷, 保持大轴与大地等电位。
4.3 对水轮发电机各部轴承润滑油定期过滤和更换, 保证油质及绝缘良好。
4.4 机组检修后保证转子回路对地绝缘用500V摇表测量在0.5MI2以上 (拉开灭磁开关) 。
4.5 将原轴电流继电器更换为新型BZL-10B型轴电流继电器, 增强测量的精度及稳定性。
以上措施实施后, 经实际运行检测, 机组的轴电流二次测量值可以稳定在0.1~0.2A, 低于I级报警值0.5A和Ⅱ级报警值1.5A, 完全可以满足机组正常安全生产的需要。
5 结束语
水轮发电机组运行中所产生的轴电压一般都比较小, 但当轴电流回路的绝缘被破坏后, 其回路电阻很小, 由此产生的轴电流会很大。在实际生产中轴电流保护是常用的轴电流防护装置, 可以对轴电流保护设置一定的延时, 避过瞬时的脉冲电流, 并对峰值进行记录分析, 这样, 既能保证设备的正常运行, 又可以发现故障隐患, 及早处理。
参考文献
[1]程芳林.关于发电机轴电压的测量与保护[J].电工技术一江苏电器, 2002, 04.[1]程芳林.关于发电机轴电压的测量与保护[J].电工技术一江苏电器, 2002, 04.
[2]单文培.电气设备试验及故障处理实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.[2]单文培.电气设备试验及故障处理实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.
[3]柴永金.对电动机轴电流的分析及防范[J].云南电力技术, 2001年03期.[3]柴永金.对电动机轴电流的分析及防范[J].云南电力技术, 2001年03期.
过电压预防控制 篇6
关键词：变频器低电压穿越,给煤机,控制策略
1 变频器故障分析原因
现在用的是施道克给煤机,各台给煤机电源来自给煤机段送来的一路三相电源380Va,它们分别送控制回路(经控制变压器)和变频器动力电源和云线。这个时候给煤机380Vac输入电源在瞬间失电或电压过低的时候,就会造成给煤机停止运行 ;在给煤机全部停止运行的时候 ,“给煤机停止”信号将送至DCS的MFT逻辑进行运算,及时发出“全炉膛燃料丧失”跳闸的信号将机组跳闸断电。
我们对发生跳闸给煤机进行检查得出 : 当380Vac PC段电压降低到310Vac时,给煤机控制装置发出到给煤机停止信号就会使给煤机瞬间运行停止,从而触发锅炉保护(FSSS)的“全炉膛燃料丧失”使整个机组跳闸停止运行 ;如果给煤机变频器电压降至210Vac的时候,给煤机变频器发出低电压报警信号并跳闸停止。经过实际测试分析,给煤机电源电压降低到给煤机控制装置允许电压后范围 , 将会发出给煤机跳闸信号驱动给煤机运行停止,给煤机电源再降低时将直接触发给煤机变频器跳闸停止。从历史曲线分析看出,当380Vac PC段电压降低到310Vac或瞬间失去时给煤机瞬间停止运行,从给煤机送给DCS的“给煤机运行”与“给煤机遥控状态”信号丢失、这个时候“给煤机停止”信号有效(由0变1),给煤机发生以上事件后,就会导致FSSS逻辑数据运算给出“全炉膛燃料丧失”保护动作的指令 , 造成MFT将机组跳闸停止运行。
分析得出结论,避免防止全部给煤机瞬间丢失信号造成机组跳闸停止,就要保证给煤机电源不受外界影响 , 就要有其他不间断电源。
控制原理和解决方案
2 低电压穿越装置主要工作原理
低电压穿越装置的主功率输入为系统三相交流电源,主功率输出包括一路三相交流电源和一路直流电源。
交流输入电源经断路器QF1(图2)送入装置,三相交流电能经电控开关KM1送入由电感L1和二极管整流桥D构成的整流回路,变换为直流电能并储存于电容C1和C2,电感L2与IGBT构成BOOST型式的升压斩波电路,可将C1/C2上的直流电能变换为电压等级更高的直流电能储存于电容C3/C4,并送入变频器的直流输入端子。[4] 当低电压穿越装置检测到电网电压下降时,装置内部IGBT模块开始工作,给变频器提供DC540V电压,保证变频器正常运行。系统电压恢复后,IGBT模块自动退出运行,电压穿越装置处于旁路状态。
3 解决方案
该方案为在变频器前端串接低电压穿越装置实现,装置额定功率20k W,最低穿越电压76V,穿越时限(20%Ue时)60秒,每两台给煤机配置一台 , 共需8台。变频器低电压穿越电源(ILP)主要由可控整流桥、旁路通道和电源变换器等部件构成。原理图如下 ( 图1)
低电压穿越装置安全性说明 :
在系统电压正常时,装置工作于旁路模式,变频器由电力系统直接供电,电源变换模块部分处于休眠状态,不参与装置运行。降低了故障概率,提升了装置无故障运行时间和可靠性。
装置有较强的自诊断功能,对于自检中发现的问题,可通过硬接点、通讯等多种方式上送至后台管理系统,方便故障的统计与记录。
核心部件 为第五代IGBT(门极可关断晶体管),结温耐受能力达到150℃以上,整机的稳 定运行温 度范围可 达到 -20~70℃。能实现各种恶劣工况下的长寿命运行。
每两台给煤机变频器配置一台低电压穿越装置,任意一台低电压穿越装置故障均只会影响两台给煤机,提高了装置的利用率和可靠性。
每台给煤机控制电源均单独取自机组UPS电源,可靠性较高。
当电网电压跌落至整流电源480V时,装置自动快速投入运行,切换动作时间小于1us,电压恢复后自动切换至电网电压运行。
在低电压穿越电源装置出现故障时,装置本身可以自保护,待故障消除后,可以重新投入运行。装置保护时,不会影响变频器的正常工作,不会降低给煤机的转速。
4 结论
过电压预防控制 篇7
三级电压控制[1,2,3,4,5] (又称自动电压控制 (AVC) ) 包括:一次电压控制、二次电压控制和三次电压控制。其中, 二次电压控制的控制目标是保证先导母线电压等于设定值, 如果先导母线的电压幅值产生偏差, 二次电压控制器按照预定的控制策略来更新受控发电机自动电压调节器 (AVR) 的电压参考值, 其时间常数为分钟级。在二次电压控制对静态电压稳定影响的分析方面已取得一些研究成果[6,7,8,9,10]。文献[9]通过两机系统的计算证明二次电压控制通过重新分配区域无功, 可增加系统稳定裕度;文献[10]也证明了二次电压控制可有效推迟电压崩溃的发生。
稳定裕度是评价电力系统静态电压稳定性的重要指标, 连续潮流算法是分析静态电压稳定的一种有效方法[11,12,13,14], 它可以方便地计算出静态电压稳定的临界点和负荷节点的P-V曲线, 从而给出其裕度。本文主要研究在二次电压控制作用下如何利用连续潮流法计算电力系统的静态电压稳定裕度, 并分析二次电压控制对静态电压稳定的影响。
1 考虑二次电压控制的潮流计算模型
1.1 常规潮流模型
采用极坐标时, 节点电压表示为:
设有Npq个PQ节点, Npv个PV节点。对PQ节点, 其电压幅值和电压相角为未知数, 共2Npq个未知数;对PV节点, 其电压相角为未知数, 共Npv个未知数。因此, 总共有2Npq+Npv个未知数。
另外, 对于PQ节点, 可以列出Npq个有功功率平衡方程和Npq个无功功率平衡方程, 所以共有2Npq个等式;对于PV节点, 可以列出Npv个有功功率平衡方程。因此, 总共有2Npq+Npv个等式, 即
式中:PGi和QGi为节点i的发电机出力;PLi和QLi为节点i的负荷;Pij和Qij分别为从节点i流向节点j的有功和无功功率;Si为与节点i相连的所有节点的集合。
因此, 未知量与等式的数目相等, 可进行求解。
1.2 无功协调因子的定义[7]
在二次电压控制中, 由于控制发电机数目大于先导节点的数目, 因此, 除了可以保持先导节点的电压维持在给定值以外, 还可以利用这个自由度实现其他目标, 如无功裕度最大、无功出力均衡等。本文选择了使发电机无功出力保持均衡, 即
式中:qarea, k为区域k的无功协调因子;Qg, i和Qg, j分别为属于区域k的第i台和第j台受控发电机;Qgmax, i, Qgmax, j和Qgmin, i, Qgmin, j分别为第i台和第j台受控发电机的无功上限和无功下限。
1.3 潮流计算模型的扩展
根据文献[15], 为了考虑二次电压控制的影响, 有必要定义2类新的节点:一类是P节点, 即参与二次电压控制的发电机节点, 这类节点只有有功功率是给定的;另一类是PVQ节点 (先导节点) , 这类节点本来是负荷节点, 不仅有功和无功功率是给定的, 其电压幅值也是给定的。设有Na个PVQ节点 (Na同时也是分区数) , Np个P节点。对于PQ, PV, P和PVQ节点, 其电压相角为未知数, 共有Npq+Npv+Np+Na个;对于PQ和P节点, 其电压幅值为未知数, 共有Npq+Np个;而区域的无功协调因子qarea为未知数, 共有Na个。因此, 总共有2Npq+Npv+2Np+2Na个未知数。
对PQ, PV, P和PVQ节点可列出Npq+Npv+Np+Na个有功平衡方程;对PQ和PVQ节点可以列出Npq+Na个无功平衡方程;而对于区域无功协调因子可以列出Np个等式。因此, 总共有2Npq+Npv+2Np+2Na个等式, 即
未知量与等式数目相等, 可以求解。将区域无功协调因子的等式展开, 最后得到如下方程:
此扩展潮流方程未考虑二次电压控制各种限制, 如发电机无功越限等, 具体解决方法见文献[15]。
2 考虑二次电压控制的连续潮流计算
2.1 扩展连续潮流模型及其求解
发电机出力和负荷功率的变化可用下式表达:
式中:下标0指λ=0时节点i所对应的基本的发电机出力和负荷水平;KPGi, KPLi, KQLi分别为指定的发电机出力或负荷的增长系数。
将式 (6) 代入式 (5) , 可得到如下方程:
首先求取切向量, 切向量θ, dV, dqarea, dλT满足下式:
式中:雅可比矩阵中的子矩阵JPθ=∂P/∂θ, JPV=∂P/∂V, JPa=∂P/∂qarea, JPλ=∂P/∂λ, JQ θ=∂Q/∂θ, JQV=∂Q/∂V, JQ a=∂Q/∂qarea, JQ λ=∂Q/∂λ, JQgθ=∂Qg/∂θ, JQgV=∂Qg/∂V, JQga=∂Qg/∂qarea, JQgλ=∂Qg/∂λ, 而ep为除了第P个元素为1, 其余元素均为0的向量。
由此, 便可得到θ, dV, dqarea, dλT, 从而算出预测值。将由预测环节得到的预测值代入式 (7) , 进一步得到迭代方程:
由此, 便可得到θ, V, qarea, λT的校正值。
2.2 平衡发电机参与二次电压控制
为了让二次电压控制得到更好的调控效果, 在本文中平衡发电机也参与二次电压控制, 因此, 在式 (7) 中加入一个方程:
式中:Qref为平衡发电机的无功功率;Qrefmax和Qrefmin分别为平衡发电机的无功功率上下限;QLref0为平衡发电机节点处的初始负荷;KQLref为平衡发电机出力的增长系数。
同时, 将平衡节点的电压幅值作为未知量引入方程组, 这样, 方程数与未知量依然相等, 仍然可以进行求解。
2.3 发电机无功越限的处理方式
参考文献[15,16], 在考虑二次电压控制的连续潮流计算中, 发电机无功越限按如下方式处理:
1) 若有PV节点的无功越限, 则将此节点转为PQ节点, 并将其无功功率Q设为Qmax或Qmin (视其越上限还是下限而定) 。
2) 若有P节点的无功越限, 则将此节点转为PQ节点, 并将其无功功率Q设为Qmax或Qmin (视其越上限还是下限而定) 。而因为无功协调因子qarea的作用, 当有一台控制发电机 (P节点) 的无功越限, 则此发电机所属区域的所有受控发电机无功都越限, 此时, 此区域的所有P节点转为PQ节点。也因为此区域的所有受控发电机的无功已越限, 无法再维持先导节点给定的电压值, 所以此区域的PVQ节点转为PQ节点。
3) 若平衡节点的无功越限, 则将此节点转为Qθ节点, 并将其无功功率Q设为Qmax或Qmin (视其越上限还是下限而定) 。在本文中, 平衡节点的无功也参与二次电压控制, 所以, 平衡节点的无功将与其所属区域的其他受控发电机的无功同时越限。
2.4 受控发电机电压越限的处理方式
参考文献[15], 在考虑二次电压控制的连续潮流计算中, 受控发电机电压越限时可这样处理:当有P节点 (受控发电机) 的电压越限时, 可将P节点转为PV节点, 而当一个区域里所有P节点的电压都越限时, 由于不能再维持先导节点的给定电压, 所以这个区域的PVQ节点此时就转为PQ节点。
3 算例分析
以IEEE 39节点系统 (见附录A图A1) 为例, 应用本文所提出的方法进行连续潮流计算, 并分析二次电压控制对静态电压稳定的影响。负荷增长方式定义为:节点1, 3, 4, 7, 8, 9, 12, 15, 16, 18, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29的负荷增长, 各负荷增长节点的有功和无功功率按其在基荷中所占比例增长。当发电机无功功率达到限制时, 按2.3节的方法处理, 该系统的发电机无功功率上下限见附录A表A1。在考虑二次电压控制时, 为了使计算更接近AVC的控制方式, 先导节点电压由最优潮流给定, 由Matpower4.0b工具箱[17]中的最优潮流程序计算给定。所有计算程序均在MATLAB 7[18]的环境下实现。
根据文献[19,20], 将IEEE 39节点系统分为3个控制区域, 并选出相应的先导节点, 分区图见附录A图A1。区域1包括节点2, 3, 17, 18, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 37, 38;区域2包括节点1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 31, 32, 39;区域3包括节点15, 16, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 33, 34, 35, 36。其二次电压控制信息见附录A表A2。
3.1 二次电压控制对静态电压稳定的影响
经过计算, 发现每个控制区域的大部分负荷节点的λ-V曲线的形状相似, 即电压随负荷增长的变化过程相似, 因此, 这里只列出控制区域3的先导节点与一个负荷节点的λ-V曲线, 如图1所示。控制区域1和2的负荷节点与先导节点的λ-V曲线见附录A图A2和图A3。
未实施二次电压控制时的裕度为0.286, 而实施后的裕度为0.344, 不难看出, 实施二次电压控制后, 系统静态稳定裕度有所增加。从各控制区域的先导节点与负荷节点的λ-V曲线可以看到, 电压崩溃前, 在实施二次电压控制的情况下, 其电压水平要比没有实施二次电压控制时的电压水平高。而且随着负荷的不断增加, 与一般情况下电压随着负荷增加而下降不同, 由于二次电压控制的作用, 其负荷节点电压都维持在较高水平, 没有太大的下降。
为了更深入地分析电压下降过程, 应先了解在电压崩溃之前, 负荷增长过程中, 发电机的无功越限情况。没有二次电压控制的情况下, 发电机无功越限的顺序为34, 35, 32, 31, 33, 36, 39, 在电压崩溃前, 共有7台发电机的无功越限。在有二次电压控制的情况下, 发电机无功越限的顺序为:控制区域2的受控发电机31和32 (其中受控发电机39在λ=0.035时电压越限, 转为PV节点) ;控制区域3的所有受控发电机33, 34和35 (其中受控发电机36在λ=0.123时电压越限, 转为PV节点) , 最后无功越限的是发电机36, 39;控制区域1在电压崩溃前没有发电机无功越限。在电压崩溃前, 共有7台发电机的无功越限。
结合发电机无功越限情况, 分析各λ-V曲线, 可以发现有二次电压控制时, 当区域2的2台受控发电机31和32无功越限时, 该区域的先导节点7和负荷节点12的电压有轻微下降, 而区域1和区域3的先导节点和负荷节点的电压相对没有明显下降。当区域3的3台受控发电机33, 34, 35无功越限时, 该区域的先导节点20和负荷节点15的电压开始有明显下降, 而区域2的先导节点和负荷节点的电压也因此下降得更快。而当之前因电压越限而转换为PV节点的发电机36和39无功越限时, 将导致整个系统的电压发生崩溃。
从发电机无功越限与电压下降的相应情况, 可以发现, 当只有一个区域的受控发电机无功越限时, 只对该区域的电压有影响, 而对其他区域影响不大, 但当有第2个区域的受控发电机无功越限时, 由于累计无功越限的受控发电机已有一定数量, 而且又是几台受控发电机同时无功越限, 其他区域的电压也开始受影响, 电压下降趋势加快。而当属于这2个区域的所有发电机无功越限时, 整个系统的电压开始崩溃。而无功协调因子的作用是使得发电机的无功出力均衡, 这就造成了发生无功越限时, 是一定数量 (控制区域的受控发电机台数) 的发电机同时无功越限, 所以使得在发生发电机无功越限时, 电压更容易迅速下降。正因为这与没有二次电压控制下的电压下降过程有差别, 因此, 当无功协调因子采用无功出力均衡方式时, 不但要关注电压下降的情况, 还要密切关注无功协调因子, 特别是受控发电机台数较多的区域的无功协调因子。当无功协调因子接近1时, 就代表此控制区域的发电机即将发生无功越限, 此时应采取相应的措施, 预防电压迅速下降。
3.2 二次电压控制对发电机无功出力的影响
电压崩溃之前, 在系统负荷增长的过程中, 未实施和实施二次电压控制时发电机无功越限的顺序与其越限时对应的λ如表1所示。
由表1的对比分析可以看出, 在电压崩溃前, 2种情况下都有7台控制发电机无功越限。没有二次电压控制的情况下, 首先发生发电机无功越限时的λ为0.002, 而经过二次电压控制, 首先发生发电机无功越限时的λ为0.204, 即随着负荷的增长, 二次电压控制延迟了发电机的无功越限。这就说明二次电压控制充分利用了控制区域内受控发电机的无功储备, 在负荷增长时更好地维持了电压稳定。
4 结语
本文提出了考虑二次电压控制的连续潮流计算模型, 并且解决了在连续潮流中处理发电机无功越限的问题。通过对IEEE 39节点进行连续潮流计算, 证实了二次电压控制可以提高系统的静态稳定裕度, 同时可以提高系统在电压崩溃前的电压水平。在实施二次电压控制后, 系统无功出力得到了更合理的利用, 从而更好地维持电压水平。但是, 如果无功协调因子采取无功出力均衡的模式, 则不但要关注电压下降的情况, 还要密切关注无功协调因子的变化, 以防止某一个区域的受控发电机无功越限时, 系统电压迅速下降。
本文给出的考虑二次电压控制的连续潮流法模型, 主要是通过定义新的节点类型, 并通过节点类型转换考虑相应限制条件来实现的, 这为二次电压控制的其他相关研究提供了一条思路。但目前此模型仅适用于一个控制区域只有一个先导节点的情况。对于一个区域有几个先导节点的情况, 还有待进一步探讨。
附录见本刊网络版 (http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx) 。
过电压预防控制 篇8
1 锯齿波触发电路
电路原理图如图1所示。
根据电工学叠加定理，V4管基极电压:
式中:K1,K2,K3分别为叠加等效系数:
K1=R8//R9/(R7+R8//R9);
K2=R7//R8/(R9+R7//R8);
K3=R7//R9/(R8+R7//R9);
Ic为恒流源电流Ic≈V9/(R4+R3);t为C2充电时间;Ub为偏移电压;UK为控制电压即图中UC。
V4管基极电压ub4=0.7 V时，是产生触发脉冲时刻，该时刻对应的时间为t，由ωt=α+π/6，可知t=(α+π/6)/ω，ω为电源角频率。
1)当UK=0时，对应产生触发脉冲的时间为tmax，触发控制角为αmax，由ωtmax=αmax+π/6，知tmax=(αmax+π/6)/ω，由式(1)可得到式(2):
由式(2)可知:
注意:需要说明的是在装置中，若控制电压UK为正给定(即UK>0)，则αmax为变流装置α移相范围中的最大值;若UK为正负给定(即UK既可大于0，也可小于0)，则αmax为变流装置α移相范围中的中间值。如DKSZ-1装置既可用于整流，也可用于有源逆变，α理论移相范围为0～π(实际装置为10°～160°)，故UK正负给定时，αmax=π/2，只有正给定时αmax=π(实际装置中αmax=160°)。
2)当UK≠0时，对应产生触发脉冲的时间为t，触发控制角为α则t=(α+π/6)/ω。把(3)式代入(1)式，令ub4=0.7 V，则可得式(4):
化简式(4)可得式(5):
由式(5)可知:相同条件下，要得到同一α角，电源频率f增加，则UK下降;
相同条件下，要得到同一α角，电容C2增加，则UK下降(但C2不可太大，否则放电过程时间延长，锯齿波波形差);相同条件下，要得到同一α角，充电恒流Ic增加，则UK上升(但Ic增加，一方面锯齿波斜率增大，α对UK的变化灵敏度小，另一方面使α不易达到αmin)。
2 KJZ6型集成六脉冲触发电路
该集成六脉冲触发电路是由3块KJ004,1块KJ041与1块KJ042集成组合而来。在这样的电路中寻找到控制电压UK与输出电压ud之间的关系，可以建立直流电动机闭环调速和过电流保护系统。要确定这个关系，首先要了解一下KJ004集成触发器电路(图2)。
图2中±15 V电源、R6,R23,RP1,C1构成电容负反馈锯齿波形成环节。当V4导通时，C1通过V4(c,e)和VD3构成迅速放电电路;当V4截止时，由±15 V电源、R6,R23,RP1,C1构成电容负反馈锯齿波形成环节。C1两端电压呈线形增长，锯齿波斜率由通过R23,RP1的充电电流IC1和电容C1来决定。在每个半波C1开始充电时，两端有1V左右电压，故uC1=(Ic/C1)×t+1Ic≈15/(R23+RP1)与锯齿波触发电路同理，可得到控制电压UK与α的关系。只要把前面式(3)右端0.7 V改为0.7-K1再代入式(4)，式(4)中等式左端加K1，其他推导过程同上，最后式(4)整理后，就得到与上述式(5)一样的结果。此时式中:
3 α与整流装置输出电压平均值Ud的关系图
以4种常见的整流电路为例，分析关系如表1。
通过上述分析，可以很方便得到晶闸管变流装置控制电压与输出电压之间的关系，为变流装置实现过流保护和闭环自动控制提供了一个平台。通过总结上述关系，希望能为从事电气工程技术开发、电气设备维修人员以及变流技术开发应用爱好者提供有益的参考。
摘要：晶闸管变流装置通过改变触发控制角α从而改变装置的输出电压ud,而α角与触发器电路的控制电压UK之间有着密切关系。正确分析与探索控制电压UK与输出电压ud的关系,从而为变流装置实现过流保护和闭环自动控制提供了一个平台。
关键词：晶闸管变流装置,触发控制角α,输出电压ud,控制电压与输出电压的关系
参考文献
[1]刘丽萍,刘广孚.DKSZ—1型电机控制系统实验装置的改进[J].实验室研究与探索,1998,12(2).
[2]申伯虎.晶闸管变流装置触发脉冲与主电路电压的同步问题的研究[J].邵阳学院学报,2003(5).
相关文章：
在车间抽烟罚款的通告(三篇)01-19
2025年生产车间处罚通告范本(4篇)01-19
2025年车间罚款通告(十二篇)01-19
电压稳定性指标01-19
电压控制衰减器01-19
2025年车间罚款通报(三篇)01-19
节点电压控制01-19
2025年车间通告罚款(六篇)01-19
稳定性与控制01-19
