CN111999562B - 一种利用发电机进相运行测量系统阻抗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过发电机进相运行测量系统阻抗的方法。该方法利用发电机进相运行过程，记录发电机的机端电压、定子电流和功率因数角三个参数，通过简易计算获得机端阻抗参数，并进而通过最小二乘法对机端阻抗参数在R‑X坐标平面进行拟合，最终可以得到准确的系统阻抗参数。本发明是通过发电机正常并网进相运行时的运行参数来计算系统的系统阻抗，发电机进相运行持续时间较短，测量也不需要昂贵的专用仪器，不影响正常的电力生产，便于操作和施行。相比于传统根据上级发文件来更新系统阻抗的方法，本发明能够及时更新当前电网的系统阻抗参数。本发明采用实际运行数据来计算获得系统阻抗，能够得到更加真实准确的系统阻抗参数。

Description

一种利用发电机进相运行测量系统阻抗的方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种利用发电机进相运行测量系统阻抗的方法。

背景技术

在电力系统的继电保护整定计算和电力系统建模仿真中，电网的系统阻抗是一个不可缺少的重要参数，电网的系统阻抗直接影响系统提供的短路电流的大小，进而影响继电保护定值的灵敏度。在发电机的涉网保护中，比如失磁保护和失步保护，则需要直接用到系统阻抗，形成保护定值。

目前，获取系统参数的方法主要是理论计算法，通过各电气设备的短路阻抗参数来计算短路回路内系统阻抗值的计算方法，这种方法的前提是能够获得电网系统拓扑结构以及线路、变压器等设备参数。目前，这项工作主要由电网调度机构进行，根据专利《电力系统阻抗的更新方法和装置》，现有的系统阻抗管理工作是分级管理，逐级更新，每年通过上级单位发文件来更新系统阻抗。比如网调负责管理和更新330kV及以上的系统阻抗，然后市调负责管理和更新220kV及以上的系统阻抗，最后地调负责管理和更新110kV及以下的系统阻抗，并且往往是一年或者更长时间才整体调整一次。

对于电厂来说，作为电网的下级单位，只能被动接受电网调度机构下发的系统阻抗参数，也只能接受一年或者更长时间才调整一次本厂的继电保护定值。而电力系统中，不断会有新并网的电源，也会有新建的线路，运行方式也时有变化，导致系统阻抗不断发生变化。比如陕西渭南某电厂，取基准容量为100MVA，2019年系统阻抗为0.001669+j0.011548，2020年系统阻抗为0.000713+j0.007105，仅经过一年时间，系统阻抗减小了近40％。当系统阻抗发生变化，而继电保护定值不及时进行调整，则必然影响保护定值的有效性。

电厂继电保护所涉及的系统阻抗参数，并非是全系统的阻抗参数，而仅仅归算至本电厂并网点的系统阻抗。在无法获得电网系统拓扑结构以及线路、变压器等设备参数的情况下，电厂无法自行计算系统阻抗；对于电网下发的计算阻抗，也无法验证其是否和电网的真实系统阻抗相等。虽然也可以采用短路测试法，直接通过短路试验来测量系统的短路阻抗，但也只能在系统发生短路故障时才能获得，系统发生短路故障时，线路和变压器等设备流过大电流，对电力设备冲击较大，有可能导致电力设备的损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过发电机进相运行测量系统阻抗的方法，该方法可以获取当前系统归算至电厂并网母线处的系统阻抗。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现的：

一种利用发电机进相运行测量系统阻抗的方法，包括以下步骤：

1)发电机在低负荷工况下，通过逐渐减小励磁电流，使发电机进相运行；且发电机进相运行过程中，保持发电机有功负荷不变；

2)记录进相运行过程中发电机定子电流I、有功功率P和无功功率Q，进相试验结束，共记录N组数据；

3)利用试验数据，计算可得到：

机端阻抗的电阻参数为：

机端阻抗的电抗参数为：

其中，i＝1，2，3...N-1，N；

4)对N组数据，在R-X坐标平面上采用最小二乘法进行拟合，拟合曲线方程为(R-A)²+(X-B)²＝R²，圆心坐标为(A，B)，圆的半径为R，其中R＝A；

5)如果发电机直接和系统相连，则拟合圆的圆心纵坐标B为系统阻抗的二次值，设发电机机端CT变比为n_TA，PT变比为n_TV，则系统阻抗的一次值为

如果发电机通过变压器和系统相连，则拟合圆的圆心纵坐标B为变压器短路阻抗和系统阻抗之和，设变压器的短路阻抗为X_T，发电机机端CT变比为n_TA，PT变比为n_TV，则系统阻抗的一次值为

本发明进一步的改进在于，发电机是在30％～50％负荷工况下。

对比现有技术，本发明至少具有如下有益的技术效果：

1、本发明通过利用发电机正常进相运行过程，获取发电机的机端电压、定子电流和功率因数角三个参数，通过简易计算获得机端阻抗参数，并进而通过最小二乘法对机端阻抗参数进行拟合，最终可以得到准确的系统阻抗参数。发电机进相运行持续时间较短，不需要昂贵的专用仪器，也不需要停发电机，不影响正常的电力生产。

2、本发明利用发电机正常进相运行过程，计算得到系统阻抗参数，相比于传统根据上级发文件来更新系统阻抗的方法，能够及时更新当前电网的系统阻抗参数。本发明采用实际运行数据来计算获得系统阻抗，相比于传统根据电网设备参数计算系统阻抗的方法，能够得到更加真实准确的系统阻抗参数。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1、本发明是通过发电机正常并网进相运行时的运行参数来计算系统的系统阻抗，整个过程，发电机正常并网运行，进相运行持续时间较短，测量也不需要昂贵的专用仪器，不影响正常的电力生产，便于操作和施行。

2、相比于传统根据上级发文件来更新系统的方法，电厂通过发电机进相运行测量系统阻抗，能够更及时的更新当前的系统阻抗参数，并进而调整继电保护定值，保证了继电保护定值的有效性。虽然专利《电力系统阻抗的更新方法和装置》也提出了一种更新电力系统阻抗的方法，但是其仍然是采用传统的计算方法，并不能够保证其计算结果的准确性。

综上，本发明提出了利用发电机进行运行测量系统阻抗的方法。发电机在并网运行时，逐渐减小励磁电流，使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功，定子电流从滞后变为超前发电机机端电压一个角度，这个过程即为进相运行。根据发电机经典理论，运行中的发电机在进相运行时，发电机电动势随着励磁电流的减小而衰减，这个过程中，保持发电机输出有功功率不变，则在阻抗复平面上，发电机的机端阻抗轨迹是以

为圆心的一个圆，U_s为系统电压，X_con为机端对系统的联系电抗，P为发电机发出的有功功率。因为轨迹圆上各点P值相等，故也称之为等有功阻抗圆。本发明即通过最小二乘法进行曲线拟合的方法获得等有功圆，并进而计算得到真实的系统阻抗参数。

附图说明

图1为应用本发明的方法计算系统阻抗的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

图1为应用本发明的方法计算系统阻抗的示意图。图1中实线为进相试验中根据测量数据绘制的发电机机端阻抗轨迹图，虚线为根据发电机机端阻抗轨迹采用最小二乘法拟合得到的圆，坐标(19.55,3.15)为拟合圆的圆心坐标。

本发明提供的一种过发电机进相运行测量系统阻抗的方法，具体步骤如下：

1)660MW发电机在36.2％负荷工况下运行，通过逐渐减小励磁电流，使发电机进相运行；

2)发电机进相运行过程中，保持发电机有功负荷239MW不变；

3)记录进相运行过程中发电机定子电流I、有功功率P和无功功率Q，进相试验结束，共记录N组数据；

4)利用试验数据，计算可得到：

机端阻抗的电阻参数为：

机端阻抗的电抗参数为：

其中，i＝1，2，3...N-1，N；

5)对N组数据，在R-X坐标平面上采用最小二乘法进行拟合，拟合曲线方程为(R-A)²+(X-B)²＝R²，圆心坐标为(A，B)，圆的半径为R，其中R＝A，则拟合结果为(R-19.55)²+(X-3.15)²＝19.55²，其中B＝3.15。

本例中发电机通过变压器和系统相连，则拟合圆的圆心纵坐标B为变压器短路阻抗和系统阻抗之和，变压器的短路阻抗为XT＝0.114Ω，发电机机端CT变比为n_TA＝25000/5A，PT变比为n_TV＝20/0.1kV，则系统阻抗归算到发电机机端电压之后的一次值为

Claims (1)

1.一种利用发电机进相运行测量系统阻抗的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)发电机在低负荷工况下，通过逐渐减小励磁电流，使发电机进相运行；且发电机进相运行过程中，保持发电机有功负荷不变；发电机是在30％～50％负荷工况下；

2)记录进相运行过程中发电机定子电流I、有功功率P和无功功率Q，进相试验结束，共记录N组数据；

3)利用试验数据，计算得到机端阻抗的电阻和机端阻抗的电抗；机端阻抗的电阻参数为：

机端阻抗的电抗参数为：

其中，i＝1，2，3...N-1，N；

4)对N组数据，在R-X坐标平面上采用最小二乘法进行拟合；拟合曲线方程为(R-A)²+(X-B)²＝R²，圆心坐标为(A，B)，圆的半径为R，其中R＝A；

5)如果发电机直接和系统相连，则拟合圆的圆心纵坐标B为系统阻抗的二次值；

如果发电机通过变压器和系统相连，则拟合圆的圆心纵坐标B为变压器短路阻抗和系统阻抗之和；

设发电机机端CT变比为n_TA，PT变比为n_TV，则系统阻抗的一次值为

设变压器的短路阻抗为X_T，发电机机端CT变比为n_TA，PT变比为n_TV，则系统阻抗的一次值为

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