[发明专利]基于发电机运动轨迹几何特征的失步保护系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统发电机失步保护方案，特别涉及一种基于发 电机运动轨迹几何特征的失步保护系统及方法。

背景技术

早期发电机的失步保护较广泛的是利用间接反映机组稳定性的状态变 量启动切机命令，如视在阻抗、振荡中心电压及其变化率。这种控制方式 简单可靠；然而，由于启动门槛值的整定与电网的接线方式、潮流状况、 故障方式及保护动作情况等多种因素有着非常复杂的非线性关系，简单的 定值设置已不能适应电网结构和运行方式的变化。

上世纪90年代初，随着计算机技术和通信技术的发展，Phadke等人提 出了基于全球同步时钟(GPS)和相量量测技术的数字式微机式发电机失步 保护系统。遗憾的是，限制于判别发电机组失步的理论和判据缺失，这一 想法并没有能应用于实际。

近年来，微处理器，通信及传感器等现代技术都有更进一步的发展，这 些又都为发电机失步保护赋予新的意义，在保护原理方面，产生了基于实 测轨迹信息的保护原理。该方法利用等面积定则，在故障切除时刻按单机 无穷大模式下的不平衡功率的解析表达式快速计算不平衡功率相对于转子 角度的曲线，并根据功率-功角相平面上轨迹围成的加速面积和减速面积 的差值来分析机组首次摆动的稳定性。该方法最快能在故障临界切除时刻 预测出系统是否失步，具有清晰的物理概念；然而，实际系统情况要复杂 得多，其存在非哈密顿因素及非自治因素，发电机组不平衡功率不能写成 解析的表达式，采用此方法困难很大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于发电 机运动轨迹几何特征的失步保护系统及方法，其检测原理和判据指标不需 要整定，避免了以往失步保护由于其动作门槛值与系统运行方式相关、整 定困难的问题，而且能够快速检出失步，及早采取抑制措施，以避免发生 振荡失步。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的：

基于发电机运动轨迹几何特征的失步保护系统，包括一信息母线2，全 球定位系统1的信息输出接口连接在信息母线2上，相角测量单元3通过 远方通信单元4的信息输出端连接在信息母线2上，失步保护装置6通过 通信接口连接到信息母线2上，发电机组功角及角速度同步测量单元5的 数据输出端与信息母线2相连接。

基于发电机运动轨迹几何特征的失步保护方法，包括以下步骤：

第一步：全球定位系统1将时间信号通过信息输出接口发送到信息母 线2上，相角测量单元3通过远方通信单元4将信息发送到信息母线2上， 发电机组功角及角速度同步测量单元5将信息发送到信息母线2上；

第二步：失步保护装置6利用通信接口从信息母线2上同步获得全球 定位系统1的时间信号、发电机组功角及角速度同步测量单元5和相角测 量单元3的信号；

第三步：将发电机组功角及角速度同步测量单元5测得功角数据与相 角测量单元3测得相角数据之差作为横坐标，以发电机组功角及角速度同 步测量单元5测得角速度数据作为纵坐标，构成一个相平面，所有的采集 数据点构成一个机组轨迹曲线，根据实际中机组轨迹曲线正向摇摆(Δω＞0) 和反向摇摆(Δω＜0)失稳的情况，结合实测轨迹是逐个时间点进行的，计 算功角-角速度相平面内轨迹斜率增量指标(τ)的负、正性变化作为机组 失步的判别依据，计算公式如下：