[发明专利]同步发电机/调相机的动态无功储备计算方法

摘要

本发明涉及一种同步发电机/调相机的动态无功储备计算方法，属于电力系统运行控制技术领域。本发明首先计算了同步发电机/调相机在强励作用时的无功出力上限，包括：计算同步发电机/调相机稳态运行时的功率、计算同步发电机/调相机在强励作用下的空载电动势、计算同步发电机/调相机在强励作用下的功角和计算同步发电机/调相机在强励作用下的无功出力上限；然后计算了同步发电机/调相机在低励限制下的无功出力下限；最后计算了同步发电机/调相机的动态无功储备。

主权项

1.一种同步发电机/调相机的动态无功储备计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)计算同步发电机/调相机在强励作用时的无功出力上限，具体包括以下步骤：(1‑1)计算同步发电机在强励作用时的无功出力上限，包括以下步骤：(1‑1‑1)计算同步发电机稳态运行时的功率，过程如下：同步发电机的d轴电动势和q轴电动势的表达式为：其中，Eq是同步发电机的q轴电动势，Ed是同步发电机的d轴电动势，Ud是同步发电机机端电压的d轴分量，Uq是同步发电机机端电压的q轴分量，Id是同步发电机机端电流的d轴分量，Iq是同步发电机机端电流的q轴分量，Xd是同步发电机的d轴同步电抗，Xq是同步发电机的q轴同步电抗；同步发电机稳态运行时的功率表达式为：P+jQ＝(Ud+jUq)(Id‑jIq)＝(UdId+UqIq)+j(UqId‑UdIq)即：其中，P是同步发电机发出的有功功率，Q是同步发电机发出的无功功率；将同步发电机的d轴电动势和q轴电动势的表达式代入同步发电机稳态运行时的功率表达式，则有：同步发电机机端电压d轴、q轴分量的表达式为：其中，Ut是同步发电机的机端电压，δ是同步发电机的功角；将同步发电机机端电压d轴、q轴分量的表达式代入变换后的同步发电机稳态运行时的功率表达式，则有：(1‑1‑2)计算同步发电机在强励作用下的空载电动势，过程如下：强励作用下同步发电机的空载电动势的表达式为：Eqs＝kEqN其中，Eqs是同步发电机在强励作用下的空载电动势，EqN是同步发电机的空载电动势的额定值，k为同步发电机的励磁电压在强励作用下为额定值的倍数；计算EqN的表达式为：EqN＝UqN+IdNXd其中，U_qN是同步发电机机端电压额定值的q轴分量，I_dN是同步发电机机端电流额定值的d轴分量，X_d是同步发电机的d轴同步电抗，I_N是同步发电机机端电流额定值，δ_N是同步发电机额定工况下的功角，是同步发电机额定工况下的功率因数角，U_tN是同步发电机机端电压的额定值，I_N是同步发电机机端电流的额定值，X_q是同步发电机的q轴同步电抗；(1‑1‑3)计算同步发电机在强励作用下的功角，过程如下：设定同步发电机在强励作用开始前和强励作用开始后发出的有功功率相等，则：其中，P是同步发电机发出的有功功率，Eq是同步发电机的q轴电动势，Ut是同步发电机的机端电压，Xd是同步发电机的d轴同步电抗，δ是同步发电机的功角，Xq是同步发电机的q轴同步电抗，，Eqs是强励作用下同步发电机的q轴电动势，δs是强励作用下同步发电机的功角；上式中，δs是未知量，其余为已知量，利用数值方法，求出满足同步发电机稳定运行要求的δs的数值解，同步发电机稳定运行对功角的要求如下：δs∈(0,90°)δs∈(0,δ)(1‑1‑4)计算同步发电机在强励作用下的无功出力上限，过程如下：将上述步骤(1‑1‑2)中的Eqs和上述步骤(1‑1‑3)的δs的表达式代入同步发电机稳态运行时的无功功率表达式，则：(1‑2)计算同步调相机在强励作用时的无功出力上限，包括以下步骤：(1‑2‑1)计算同步调相机稳态运行时的功率，过程如下：同步调相机稳态运行时的功角表达式如下：δ≈0参考同步发电机稳态运行时的功率表达式，得出同步调相机稳态运行时的功率表达式如下：(1‑2‑2)计算同步调相机在强励作用下的空载电动势，过程如下：参考同步发电机在强励作用下的空载电动势表达式，得出同步调相机在强励作用下的空载电动势表达式如下：Eqs＝kEqN同步调相机稳态运行时的功率因素表达式如下：参考同步发电机的EqN表达式，得出同步调相机的EqN表达式如下：EqN＝UqN+IdNXd化简后的同步调相机的EqN表达式如下：EqN＝UtN+INXd(1‑2‑3)计算同步调相机在强励作用下的功角，过程如下：参考同步发电机在强励作用开始前和强励作用开始后发出的有功功率的表达式，得出同步调相机在强励作用下的有功功率表达式：对于同步调相机，满足：则强励作用开始后同步调相机的功角表达式为：δs≈0(1‑2‑4)计算同步调相机在强励作用下的无功出力上限，过程如下：把Eqs和δs的表达式带入同步调相机稳态运行时的无功功率表达式，则：(2)计算同步发电机/调相机在低励限制下的无功出力下限，具体包括以下步骤：(2‑1)计算同步发电机在低励限制下的无功出力下限：圆周性低励限制曲线的静态稳定极限表达式为：把(PN,‑0.05QN)和(0,‑0.3QN)这两点代入同步发电机的低励限制曲线，其中，PN和QN分别为同步发电机有功功率和无功功率的额定值，且Ut＝1，则变换后的圆周性低励限制曲线的静态稳定极限表达式为：则在静态稳定极限上同步发电机的无功功率随有功功率和端电压变化的表达式为：该表达式即为同步发电机在低励限制下的无功出力下限；(2‑2)计算同步调相机在低励限制下的无功出力下限，同步调相机稳态运行时的有功功率表达式如下：P≈0参考同步发电机在低励限制下的无功出力下限的表达式，得出同步调相机在低励限制下的无功出力下限表达式为：(3)计算同步发电机/调相机的动态无功储备，具体包括以下步骤：(3‑1)计算同步发电机的动态无功储备，过程如下：同步发电机的电容性无功储备的数值等于同步发电机在强励作用时的无功出力上限的绝对值，即：同步发电机的电感性无功储备的数值等于同步发电机在低励限制下的无功出力下限的绝对值，即：(3‑2)计算同步调相机的动态无功储备，过程如下：同步调相机的电容性无功储备的数值等于同步调相机在强励作用时的无功出力上限的绝对值，即：同步调相机的电感性无功储备的数值等于同步调相机在低励限制下的无功出力下限的绝对值，即：