發電機、輸電線路及機網預警預控方法和系統與流程

本發明涉及發電廠、變電站電氣系統的安全穩定運行預警預控。具體說，是涉及一種發電機、輸電線路儲備功率精確計算和控制方法，以及機網協調安全穩定運行預警預控系統。

背景技術：

在電力系統運行中，運行人員需要不斷監視和分析發電廠及電力系統運行狀況，人為或自動化調整系統及發電廠有功和無功分配，以維持系統頻率和電壓在許可范圍內，確保最大限度保證系統和同步發電機穩定運行，并在系統異常狀態下可以直觀監視和分析系統或發電機的擾動狀態，對擾動源進行分析和事故處理。目前，國內電力系統或發電廠已經使用發電廠多機向量圖，多發電廠電力系統多機向量圖，來分析發電機及系統運行狀態，專利zl02125299.8和cn200910081866.9即涉及了這方面的技術。例如針對圖1所示電力系統圖，圖2示出電力系統電壓向量圖，目前已采用圖3和圖4界面顯示a電廠有關隱極和凸極同步發電機和電氣系統狀態，其中#1隱極同步發電機表示為圖3a隱極同步發電機等效電路，圖3b隱極同步發電機向量圖，圖3c隱極同步發電機pq圖，圖3d隱極同步發電機復合功角；#3凸極同步發電機表示為圖4a凸極同步發電機等效電路，圖4b為凸極同步發電機向量圖，圖4c為凸極同步發電機pq圖，圖4d凸極同步發電機復合功角。盡管上述有關模型可以直觀顯示發電機和電氣系統的運行狀態，并能直觀顯示電氣系統和發電機擾動狀態，但還不具備精確計算發電機或電氣系統事故儲備容量的能力，以及指導現場向電網堅強穩定方向調節的能力。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供一種發電機、輸電線路動態儲備功率精確計算和控制方法，以及機網協調安全穩定運行預警預控系統，它包括：同步發電機動態儲備功率的計算和控制方法，發電廠機網協調動態儲備功率的計算和控制方法，輸電線路動態儲備功率的計算和控制方法，同步發電機動態儲備功率的計算和控制系統，發電廠機網協調安全穩定運行預警預控系統，變電站機網協調安全穩定運行預警預控系統幾方面。

本發明同步發電機動態儲備功率的計算和控制方法

包括步驟：a、采集電氣量，監控裝置程序處理；

其中：還包括步驟：

b、給出發電機調節器調整范圍:

1)設置正常運行狀態下發電機自動電壓控制裝置avc、發電機自動發電控制裝置agc等緩速調節裝置最大許可調節范圍，為發電機正常運行的調節范圍，稱為發電機avc調整pq曲線；

2)設置異常狀態下發電機自動勵磁調節器avr、電力系統穩定裝置pss、勵磁抑制擾動裝置、一次調頻等快速調節裝置最大許可調節范圍，為發電機自動穩定調節裝置在發電機擾動狀態下的調節范圍，稱為發電機avr調整pq曲線；

3)發電機avc調整pq曲線與發電機avr調整pq曲線之間區域為發電機正常運行時禁止pq點進入的區域，稱為發電機禁運區域，用于發電機預留必須的事故儲備容量。

c、無功儲備計算方法：

avc總無功儲備：過發電機pq點水平線與發電機avc調整pq曲線左側、右側兩交點之間的水平距離長度為avc總無功儲備。

avc容性無功儲備：發電機pq點到發電機avc調整pq曲線左側的水平距離長度為avc容性儲備量。avc容性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc容性無功儲備利用率。

avc感性無功儲備：發電機pq點到發電機avc調整pq曲線右側的水平距離長度為avc感性儲備量。avc感性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc感性無功儲備利用率。

avr總無功儲備：過發電機pq點水平線與發電機avr調整pq曲線左側、右側兩交點之間的水平距離長度為avr總無功儲備。

avr容性無功儲備：發電機pq點到發電機avr調整pq曲線左側曲線的水平距離長度為avr容性儲備量。avr容性無功儲備與avr總無功儲備比值為avr容性無功儲備利用率。

avr感性無功儲備：發電機pq點到發電機avr調整pq曲線右側曲線的水平距離長度為avr感性儲備量。avr感性無功儲備與avr總無功儲備比值為avr感性無功儲備利用率。

d、有功儲備計算方法：

avc有功儲備：

有功增量儲備：發電機pq點到avc調整pq曲線上方的垂直距離長度為avc有功增量儲備量。

有功減量儲備：發電機pq點到avc調整pq曲線下方的垂直距離長度為avc有功減量儲備量。

avr有功儲備：

有功增量儲備：發電機pq點到發電機avr調整pq曲線上方的垂直距離長度為avr有功增量儲備量。

有功減量儲備：發電機pq點到發電機avr調整pq曲線下方的垂直距離長度為avr有功減量儲備量。

本發明發電廠機網協調動態儲備功率的計算和控制方法，

包括步驟：a、采集電氣量，監控裝置程序處理；

其中：還包括步驟：

b、計算發電機機網協調pq點

參與協調發電機機網協調pq點的一般計算原則：

根據所有參與機網協調電機的總有功和總無功功率，以及各個發電機avr調整pq曲線pq范圍、avc調整pq曲線pq范圍等已知條件，按均勻儲備的原則計算各個發電機機網協調pq點；當所有參與協調運行的各臺發電機均運行在各自的機網協調pq點時：

1)各協調發電機功角接近；

2)各協調發電機感性無功儲備利用率接近；

還包括下列步驟：

c、繪制機網協調pq曲線

在所計算發電機機網協調pq點基礎上，給出各臺發電機允許在機網協調pq點附近運行的范圍，即機網協調pq曲線范圍，為參與協調運行的發電機pq點運行范圍。

d、在發電機pq圖中繪制發電機avc調整曲線，發電機avr調整曲線，機網協調曲線，并對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理；

同一電氣系統的發電機協調運行，退出自動穩定調節裝置的發電機不能參與機網協調，不參與協調的發電機pq圖中不繪制機網協調pq曲線；

參與機網協的機組pq點需要運行在其機網協調pq曲線范圍內，超出則報警。

在隱極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在隱極同步發電機電氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在凸極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在凸極同步發電機氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在發電廠多機協調運行預警預控界面中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線。

綜上所述，發電廠多臺發電機協調運行時，可以通過發電機avc調整pq曲線，發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理，實現機組及發電廠的儲備功率控制：

其中同步發電機avr調整pq曲線可以理解為考慮發電機運行最大出力、發電機進相時端部發熱和功角限制、發電機最低穩定負荷等因素，發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定器pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、發電機一次調頻裝置等自動穩定調節裝置的所允許的最大調節pq范圍；發電機avc調整pq曲線為發電機和電力系統正常狀態下，為考慮發電機自動穩定裝置預留事故狀態的調節空間而規定發電機自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc或手動調節器所允許調節的pq范圍；機網協調pq曲線為參與機網協調的發電機自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc或手動調節器所允許調節的pq范圍。

機網協調三級pq報警管理，可以指導發電廠優化廠級電網的動態事故儲備功率，提高全廠自動穩定裝置事故狀態下的響應速度，確保發電廠實時趨向堅強電網方向協調全廠機組負荷。

本發明輸電線路動態儲備功率的計算和控制方法，

包括步驟：a、采集電氣量；監控裝置程序處理；

b、根據已知的電力系統圖，電力系統電壓向量圖，以及發電廠到變電站輸電線路的等效電路、向量圖，繪制發電廠到變電站輸電線路三級pq圖，繪制輸電線路三級pq向量圖，繪制輸電線路三級pq復合功角圖；

c、類似發電機三級pq圖畫法，其中發電廠到變電站輸電線路三級pq圖，包括綜合考慮輸電線路承載能力、發電廠允許出力等因素，發電廠發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定器pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、發電機一次調頻裝置等自動穩定調節裝置的所允許的最大調節pq范圍，稱為發電廠avr調整pq曲線；在發電機和電力系統正常狀態下，為考慮發電廠發電機自動穩定裝置預留事故狀態的調節空間而規定發電廠自動電壓控制裝置avc和自動發電控制裝置agc調整范圍，稱為發電廠avc調整pq曲線；為參與機網協調的輸電線路而設定的pq調節范圍，即機網協調pq曲線。

輸電線路有功儲備計算方法：

avc有功增量儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整范圍上方曲線的垂直距離長度為avc有功增量儲備量。

avc有功減量儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整范圍下方曲線的垂直距離長度為avc有功減量儲備量。

avr有功增量儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整范圍上方曲線的垂直距離長度為avr有功增量儲備量。

avr有功減量儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整范圍下方曲線的垂直距離長度為avr有功減量儲備量。

輸電線路無功儲備計算方法：

avc總無功儲備：過輸電線路pq點水平線與發電廠avc調整曲線左側、右側兩交點之間的水平距離長度為avc總無功儲備。

avc容性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整曲線左側的水平距離長度為avc容性儲備量。avc容性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc容性無功儲備利用率。

avc感性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整曲線右側的水平距離長度為avc感性儲備量。avc感性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc感性無功儲備利用率。

avr總無功儲備:輸電線路pq點到發電廠avr調整曲線左側、右側兩交點之間的水平距離長度為avr總無功儲備。

avr容性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整曲線左側曲線的水平距離長度為avr容性儲備量。avr容性無功儲備功率與avr總無功儲備比值為avr容性無功儲備利用率。

avr感性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整曲線右側曲線的水平距離長度為avr感性儲備量。avr感性無功儲備功率與avr總無功儲備比值為avr感性無功儲備利用率。

d、其中發電廠到變電站輸電線路三級pq復合功角：

繪制復合功角圖的方法：參照發電廠到變電站輸電線路向量圖，以發電廠到變電站輸電線路向量圖為例，假想以變電站母線電壓為定子杠桿，以發電廠母線電壓為轉子杠桿，以電壓原點為復合功角圖的軸心，即旋轉圓心，以定子杠桿為參照物水平布置，轉子杠桿與轉子剛體相連，定子杠桿頂部與轉子杠桿頂部通過彈簧連接，定子杠桿與轉子杠桿夾角為輸電線路功角，并過發電廠母線電壓頂點做直線垂直于變電站母線電壓，相交于垂足點。并在復合功角圖繪制輸電線路發電廠avr調整pq曲線、發電廠avc調整pq曲線和機網協調pq曲線。

復合功角圖綜合顯示了輸電線路電磁回路模型：電氣矢量和彈性模型。

表示輸電線路電氣矢量時，發電廠電壓母線頂點與變電站母線電壓頂點線段為輸電線路電壓降，發電廠電壓母線頂點與到變電站母線電壓垂線之垂足之間線段為輸電線路電壓降有功分量，變電站母線電壓頂點與垂足之間線段為輸電線路電壓降無功分量，如果把輸電線路電壓降看成輸電線路電流大小，則發電廠電壓母線頂點與垂足之間線段和變電站母線電壓頂點與垂足之間線段分別表示輸電線路電流有功和無功分量的大小；如果把輸電線路電壓降看成輸電線路視在功率的大小，則發電廠電壓母線頂點與垂足之間線段和變電站母線電壓頂點與垂足之間線段分別表示輸電線路有功功率和無功功率的大小，垂足點在變電站母線電壓頂點右側時輸電線路向變電站輸送感性無功，垂足點與變電站母線電壓頂點重合時輸電線路無功為零，垂足點在變電站母線電壓頂點左側時輸電線路向變電站輸送容性無功。

表示輸電線路彈性模型時，發電廠母線電壓為輸電線路彈性模型轉子杠桿，與輸電線路彈性模型轉子剛體相連，變電站母線電壓為輸電線路彈性模型定子杠桿，與輸電線路彈性模型定子剛體相連，輸電線路電壓降為輸電線路彈性模型轉子杠桿拖動定子杠桿的彈簧被拉伸長度，輸電線路彈性模型轉子杠桿與輸電線路彈性模型定子杠桿夾角為輸電線路功角。

e、建立變電站電源側輸電線路扇形向量圖

1)選取變電站母線電壓為參考電壓，水平線布置；以變電站母線電壓原點為圓心分別畫圓，圓的個數與變電站內的電源側線路的數量相同，各圓由內向外依次排開，各相鄰圓的半徑之差相等；

2)在所畫的幾個圓上，從左到右依次擺放各發電廠輸電線路復合功角圖或電氣向量圖，各發電廠輸電線路模型的軸心在各自圓周之上，各電廠輸電線路發電廠側母線電壓延長線均經過變電站母線電壓參考電壓原點。

3)各發電廠輸電線路電廠側母線電壓與變電站母線電壓的夾角為該輸電線路功角k倍，k為輸電線路功角修正系數，所有輸電線路功角修正系數相同。

4)以a、b發電廠為例，a發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖軸心在第一個圓周之上，b發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖軸心在第二個圓周之上；

a發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖發電廠母線電壓延長線經過變電站母線電壓參考電壓原點，b發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖發電廠母線電壓延長線經過變電站母線電壓參考電壓原點；

a發電廠輸電線路復合功角圖母線電壓與變電站母線電壓夾角為a發電廠輸電線路功角的k倍；b發電廠輸電線路復合功角圖母線電壓與變電站母線電壓夾角為b發電廠輸電線路功角的k倍。

5)在參與線路協調控制的輸電線路彈性模型中建立發電廠avr調整pq曲線、發電廠avc調整pq曲線和機網協調pq曲線，對參與協調輸電線路實施pq報警三級管理；

參與協調運行的各輸電線路均運行在各自的機網協調pq曲線范圍內。

本發明同步發電機動態儲備功率的計算和控制系統，

包括步驟：

a、包括電氣采集裝置，監控裝置，發電機負荷調節裝置；

其中，電氣采集裝置、監控裝置、發電機負荷調節裝置依次相連，監控裝置用于接收電氣采集裝置發送的電氣量數據并：

b、給出發電機調節器調整范圍

1)設置正常運行狀態下發電機自動電壓控制裝置avc、發電機自動發電控制裝置agc等緩速調節裝置最大許可調節范圍，為發電機正常運行的調節范圍，稱為發電機avc調整pq曲線；

發電機正常運行時，超出avc調整pq曲線范圍報警。

2)設置異常狀態下發電機自動勵磁調節器avr、電力系統穩定裝置pss、勵磁抑制擾動裝置、一次調頻等快速調節裝置最大許可調節范圍，為發電機自動穩定調節裝置在發電機擾動狀態下的調節范圍，稱為發電機avr調整pq曲線；

發電機正常運行時，超出avr調整pq曲線范圍報警。

3)規定發電機avc調整pq曲線與發電機avr調整pq曲線之間區域為發電機正常運行時禁止pq點進入的區域，稱為發電機禁運區域，用于發電機預留必要的事故儲備功率。

設置發電機禁運區域，預留必要的事故儲備，應考慮以下幾點：

1)發電機正常運行時，為發電機一次調頻等自動穩定調節裝置留有一定的有功調節裕度，在系統電壓頻率波動時，保證自動穩定調節裝置能夠快速做出足夠的調節，以彌補系統電壓頻率波動引起的有功欠缺量；

2)發電機正常運行時，為發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定裝置pss等自動穩定調節裝置留有一定的無功調節裕度，在系統發生擾動時，保證自動穩定調節裝置能夠快速做出足夠的調節，以彌補系統擾動引起的無功欠缺量；

3)正常狀態下，實時控制發電機pq點禁止進入禁運區域，可以實時保障發電機留有必要的事故儲備功率，防止電力系統擾動狀態下快速調節裝置失去調節空間而失掉穩定調節功能，或超調引起低勵、過激磁限制等保護動作而跳機或二次擾動。

c、發電機和電力系統正常運行狀態下，設置基于發電機avc調整pq曲線的發電機負荷調節限制：

1)如同步發電機pq點在發電機avc調整pq曲線上方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc增加有功負荷，并減小有功負荷；

2)如同步發電機pq點在發電機avc調整pq曲線下方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc減小有功負荷，并增加有功負荷；

3)如同步發電機pq點在發電機avc調整pq曲線左側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc減小發電機勵磁，并增加勵磁；

4)如同步發電機pq點在發電機avc調整pq曲線右側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc增加發電機勵磁，并減小勵磁；

d、運行中，為運行人員實時顯示下列數據：

avc有功增量儲備，avc有功減量儲備，avr有功增量儲備，avr有功減量儲備，avc總無功儲備，avc容性無功儲備，avc感性無功儲備，avc感性無功儲備利用率，avr總無功儲備，avr容性無功儲備，avr容性無功儲備利用率，avr感性無功儲備，avr感性無功儲備利用率，avc容性無功儲備利用率。

本發明發電廠機網協調安全穩定運行預警預控系統，

包括步驟：a、包括電氣采集裝置，監控裝置，發電機負荷調節裝置；

其中，電氣采集裝置、監控裝置、發電機負荷調節裝置依次相連，監控裝置用于接收電氣采集裝置發送的電氣量數據并：

b、繪制機網協調pq曲線

實時計算顯示發電機機網協調pq點，在所計算發電機機網協調pq點基礎上，給出各臺發電機允許在機網協調pq點附近運行的范圍，即發電機機網協調pq曲線，是參與協調運行的發電機pq點運行范圍。

e、在發電機pq圖中繪制發電機avc調整曲線，發電機avr調整曲線，機網協調曲線，并對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理；

同一電氣系統的發電機之間協調運行，退出自動穩定調節裝置的發電機不能參與機網協調，不參與協調的發電機pq圖中不繪制機網協調pq曲線；

參與機網協的機組pq點需要運行在其機網協調pq曲線范圍內，超出則報警。

在隱極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在隱極同步發電機電氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在凸極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在凸極同步發電機氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

在發電廠多機協調運行預警預控界面中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線；

參與協調的發電機pq點應在機網協調pq曲線范圍內，且監視所有協調發電機應該：

1)各協調發電機功角接近；

2)各協調發電機感性無功儲備利用率接近。

f、發電機和電力系統正常運行狀態下，設置基于發電機機網協調pq曲線的發電機負荷調節限制：

1)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線上方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc增加有功負荷，并減小有功負荷；

2)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線下方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc減小有功負荷，并增加有關負荷；

3)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線左側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc減小發電機勵磁，并增加勵磁；

4)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線右側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc增加發電機勵磁，并減小勵磁；

機網協調三級pq報警管理，可以指導發電廠優化廠級電網的動態事故儲備功率，提高全廠自動穩定裝置事故狀態下的響應速度，確保發電廠實時趨向堅強電網方向協調全廠機組負荷。

本發明變電站機網協調安全穩定運行預警預控系統，

包括步驟：a、包括電氣采集裝置，監控裝置，發電機負荷調節裝置；

其中，電氣采集裝置、監控裝置、發電機負荷調節裝置依次相連，監控裝置用于接收電氣采集裝置發送的電氣量數據并：

b、繪制輸電線路三級pq圖；繪制輸電線路三級pq向量圖；繪制圖輸電線路三級pq復合功角圖；

其中輸電線路三級pq圖，為綜合考慮輸電線路輸送容量、發電廠允許出力等因素，發電廠發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定器pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、發電機一次調頻等自動穩定調節裝置所允許的最大調節pq范圍，稱為發電廠avr調整pq曲線；在發電機和電力系統正常狀態下，為考慮自動穩定裝置預留事故狀態的調節空間而規定自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc調整范圍，稱為發電廠avc調整pq曲線；為參與機網協調的輸電線路而設定的pq調節范圍，即機網協調pq曲線。

規定發電廠avc調整pq曲線與發電廠avr調整pq曲線之間區域為輸電線路正常運行時禁止pq進入的區域，稱為輸電線路禁運區域，用于輸電線路預留必須的事故儲備容量。

輸電線路正常運行時，pq點進入禁運區域時告警。

d、建立變電站電源側輸電線路扇形向量圖，在輸電線路向量圖中建立發電廠avr調整pq曲線，發電廠avc調整pq曲線和機網協調pq曲線：

1)參與協調運行的各輸電線路均運行在各自的機網協調pq曲線范圍內，超出機網協調pq曲線范圍則報警；

2)各個輸電線路需要運行在各自的發電廠avc調整pq曲線范圍內，超出avc調整pq曲線范圍則報警；

3)各個輸電線路需要運行在各自的發電廠avr調整pq曲線范圍內，超出avr調整pq曲線范圍則報警。

本發明與傳統的分析發電廠及電力系統運行狀態的方法相比具有以下優點：

1)本發明建立同步電機或輸電線路avc調整pq曲線、avr調整pq曲線和機網協調pq曲線三級管理模式，提出新的精確計算和控制動態儲備功率的方法，并建立機網協調安全穩定運行預警預控系統。

2)多臺發電機或多條輸電線路協調運行時，限制協調發電機或輸電線路在機網協調pq曲線范圍內運行，這樣能夠：

(1)實時確保廠級電力系統內的發電機電壓自動調節裝置avr、電力系統穩定裝置pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、一次調頻等具有擾動抑制的裝置實時具有充足的調節空間，即保障系統內所有自動穩定裝置實時有效熱備用，在擾動或振蕩狀態下能可靠、快速投入；

(2)避免自動穩定裝置失去調節空間而失效或超調引起二次振蕩；

(3)可使廠站級電力系統的事故儲備容量實時最大化，在系統擾動的情況下保障所有抑制擾動穩定裝置能可靠快速投入并快速彌補系統波動欠缺的有功或無功功率，使系統快速恢復穩定，避免事故擴大；

(4)在電力系統，可使每個發電廠或變電站成為優質的事故儲備單元，在電力系統小擾動情況下，各廠站均能快速提供事故儲備功率，并且不發生二次振蕩，使小擾動快速消失在初始狀態，有效減少電力系統次同步或低頻振蕩的事故發生機會。

附圖說明

圖1電力系統圖；

圖2電力系統電壓向量圖；

圖3a隱極同步發電機等效電路；

圖3b隱極同步發電機向量圖；

圖3c隱極同步發電機pq圖；

圖3d隱極同步發電機復合功角；

圖4a凸極同步發電機等效電路；

圖4b凸極同步發電機向量圖；

圖4c凸極同步發電機pq圖；

圖4d凸極同步發電機復合功角；

圖5a發電機儲備功率計算圖；

圖5b發電機禁止運行區域；

圖5c同步發電機三級pq圖；

圖6a隱極同步發電機機械模型三級pq圖；

圖6b隱極同步發電機電氣向量三級pq圖；

圖7a凸極同步發電機機械模型三級pq圖；

圖7b凸極同步發電機電氣向量三級pq圖；

圖8機網協調安全穩定運行預警預控界面；

圖9發電機失調減磁調節；

圖10發電機失調增磁調節；

圖11a機網協調報警狀態；

圖11b機網協調正常狀態；

圖12a輸電線路等效電路；

圖12b輸電線路向量圖；

圖12c輸電線路三級pq圖；

圖12d輸電線路三級pq向量模型圖；

圖12e輸電線路三級pq復合功角圖；

圖13輸電線路預警預控界面；

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明監視控制發電機運行狀態的方法、監視控制發電廠多臺發電機運行狀態的方法、監視控制多發電廠發電機運行狀態的方法和本發明監視控制發電機運行狀態的系統、監視控制發電廠多臺發電機運行狀態的系統、監視控制多發電廠發電機運行狀態的系統作進一步說明。

本發明同步發電機動態儲備功率的計算和控制方法，

a、采集電氣量，監控裝置程序處理；

還包括步驟：

b、根據發電機允許出力情況，繪制圖5a所示abcdea為發電機報警pq曲線，根據專利cn910081866.9200所述在abcdea報警pq曲線內繪制自動調壓裝置調節限制abedpq曲線；

其中abcdea為發電機報警pq曲線：

ab曲線為發電機低勵限制曲線，bc曲線為發電機有功功率限制曲線，cd曲線為發電機定子最大電流，發電機定子最大磁通量限制過激磁限制曲線，de曲線為發電機工作勵磁機或備用勵磁機最大工作電壓、電流，發電機轉子最大勵磁電壓、電流，發電機最大勵磁磁通量綜合限制過勵磁限制曲線，ea曲線為發電機零有功曲線，水平布置；

其中abed為專利cn910081866.9200所述發電機正常運行自動調壓裝置調節限制abedpq曲線,其中be為發電機最大有功功率限制曲線，它與發電機報警abcdeapq曲線中的發電機有功功率限制曲線bc規定有功功率最大報警值相同或接近，都是發電機一次調頻等自動穩定裝置所能調節發電機有功功率的最大范圍，所以此圖be曲線bc曲線重合，ed為發電機最大無功功率限制曲線，ad為最小有功功率限制曲線，ab為發電機最小無功功率限制曲線。

ab左側為正常狀態下禁止發電機pq點進入區域，ed右側為正常狀態下禁止發電機pq點進入區域，be上方和ad下方正常狀態禁止發電機pq點進入。

自動調壓裝置調節限制abedpq曲線在發電機事故儲備方面還沒有起到很好的作用，下面就這一方面進一步修改進行說明。

為區分調節器的功能，以下對發電機自動電壓控制裝置avc、手段調節電壓裝置等正常情況下改變發電機無功出力的所有裝置，以及發電機自動發電控制裝置agc等正常情況下改變發電機有功出力的所有裝置稱為發電機負荷調節裝置；對在擾動或振蕩狀態下，通過改變發電機無功或有功出力的發電機或系統自動穩定裝置并起到抑制擾動作用，如發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定裝置pss、一次調頻、次同步擾動勵磁抑制等自動穩定裝置，通稱為穩定調節裝置。

繪制有功儲備區間：

過點e0做ae垂線，分別交曲線be、ad為點p1和p4,在線段p1p4上分別取點p2和點p3，線段p1p2長度為本發電機在電壓頻率發生變化時，能夠快速提供的有功功率；線段p3p4長度為本發電機在電壓頻率發生變化時，能夠快速減掉的有功功率.分別過點p2和點p3做等有功曲線，分別交曲線ab于點a2和點a1，交曲線ed于點a3和點a4；延長ad等有功曲線，分別交abcdea發電機報警pq曲線于點a5和點a6：

1)線段p1p2為發電機正常運行時必須預留的一次調頻增負荷儲備功率；

2)線段p3p4為發電機正常運行時必須預留的一次調頻減負荷儲備功率；

參與一次調頻的發電機，要實時保證一次調頻等自動穩定調節裝置有足夠的調節空間，發電機pq點e0必須在p2等有功曲線和p3等有功曲線之間運行，這樣當頻率波動時，能保證發電機自動穩定調節裝置做出快速增減負荷的反應并且可以送出充足的儲備容量。

繪制無功儲備區間：

過點發電機pq點e0做ae平行線，交ab曲線于點q1，交ab曲線于點q2，交ed曲線于點q3，交cde曲調節線于點q4；則

1)線段e0q2長度為發電機avc、手動調節等發電機負荷調節裝置的容性無功儲備容量；

2)線段e0q3長度為發電機avc、手動調節等發電機負荷調節裝置的感性無功儲備容量；

3)線段e0q1長度為發電機avr、pss等穩定調節裝置的容性無功儲備容量；

4)線段e0q4長度為發電機avr、pss等穩定調節裝置的感性無功儲備容量；

為保持發電機自動勵磁調節器avr等快速自動穩定調節裝置實時具有足夠的無功事故儲備調節空間，最小無功功率限制曲線ab左側和最大無功功率限制曲線de右側與發電機報警pq曲線之間應該有足夠的空間，且發電機正常運行時，pq點e0應在ab曲線和de曲線之間運行，這樣當電壓波動時，能保證發電機自動穩定調節裝置做出快速增減勵磁電流的反應，并且可以送出充足的無功儲備容量。

綜上所述，計算發電機儲備功率，要給出發電機調節器調整范圍，首先設置正常運行狀態下發電機遠方自動電壓調節裝置avc、發電機自動發電控制裝置agc等緩速調節裝置最大許可a1a2a3a4調節范圍，封閉曲線a1a2a3a4所圍成的范圍為發電機負荷調節裝置的調節范圍，a1a2a3a4稱為發電機avc調整pq曲線；其次設置異常狀態下發電機自動勵磁調節器avr、一次調頻等穩定調節裝置最大許可a5bcda6調節范圍；封閉a5bcda6曲線所圍成的范圍為穩定調節裝置的可調節的范圍，a5bcda6稱為發電機avr調整pq曲線；第三發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4與發電機avr調整pq曲線a5bcdea6之間區域為發電機正常運行時禁止pq進入的區域，稱為發電機禁運區域，用于發電機預留必要的事故儲備容量，如圖5b所示。

預留發電機必要的事故儲備功率應考慮一下幾點：

1)發電機正常運行時，為發電機一次調頻等自動穩定調節裝置留有一定的有功調節裕度，在系統電壓頻率波動時，保證自動穩定調節裝置能夠快速做出足夠的調節，以彌補系統電壓頻率波動引起的有功欠缺量；

2)發電機正常運行時，為發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定裝置pss等自動穩定調節裝置留有一定的無功調節裕度，在系統發生擾動時，保證自動穩定調節裝置能夠快速做出足夠的調節，以彌補系統擾動引起的無功欠缺量；

3)正常狀態下，實時控制發電機pq點禁止進入禁運區域，可以實時保障發電機留有充足的事故儲備功率，防止電力系統擾動狀態下快速調節裝置失去調節空間而失掉穩定調節功能，或超調引起低勵、過激磁限制等保護動作而跳機或二次擾動。

有功儲備計算方法：

avc有功增量儲備：發電機pq點e0到avc調整a1a2a3a4范圍上方a2a3曲線的垂直距離e0p2長度為avc有功增量儲備量。

avc有功減量儲備：發電機pq點e0到avc調整a1a2a3a4范圍下方a1a4曲線的垂直距離e0p3長度為avc有功減量儲備量。

avr有功增量儲備：發電機pq點e0到發電機avr調整a5bcda6范圍上方曲線的垂直距離e0p1長度為avr有功增量儲備量。

avr有功減量儲備：發電機pq點e0到發電機avr調整a5bcda6范圍下方曲線的垂直距離e0p4長度為avr有功減量儲備量。

無功儲備計算方法：

avc總無功儲備：過發電機pq點e0水平線與發電機avc調整a1a2a3a4曲線左側、右側兩交點之間q2q3的水平距離長度為avc總無功儲備。

avc容性無功儲備：發電機pq點e0到發電機avc調整a1a2a3a4曲線左側a1a2的水平距離e0q2長度為avc容性儲備量。avc容性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc容性無功儲備利用率。

avc感性無功儲備：發電機pq點e0到發電機avc調整a1a2a3a4曲線右側a3a4的水平距離e0q3長度為avc感性儲備量。avc感性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc感性無功儲備利用率。

avr總無功儲備:發電機pq點e0到發電機avr調整a5bcda6曲線左側、右側兩交點之間q1q4的水平距離長度為avr總無功儲備。

avr容性無功儲備：發電機pq點e0到發電機avr調整a5bcda6曲線左側a5b曲線的水平距離e0q1長度為avr容性儲備量。avr容性無功儲備e0q1功率與avr總無功儲備比值為avr容性無功儲備利用率。

avr感性無功儲備：發電機pq點e0到發電機avr調整a5bcda6曲線右側cda6曲線的水平距離e0q4長度為avr感性儲備量。avr感性無功儲備e0q4功率與avr總無功儲備比值為avr感性無功儲備利用率。

本發明發電廠機網協調動態儲備功率的計算和控制方法，

a、采集電氣量，監控裝置程序處理；

還包括步驟：

b、計算發電機機網協調pq點

參與協調發電機機網協調pq點的一般計算原則：

根據所有參與機網協調電機的總有功和總無功，以及各個發電機有功儲備、無功儲備等已知條件，按感性無功儲備利用率相等的原則計算各個電機機網協調pq點；當所有參與協調運行的各臺發電機均運行在各自的機網協調pq點時：

1)各協調發電機功角接近；

2)各協調發電機感性無功儲備利用率接近；

還包括下列步驟：

c、繪制機網協調pq曲線

在所計算發電機機網協調pq點基礎上，給出各臺發電機允許在機網協調pq點附近運行的范圍，即如圖5c所示發電機機網協調y1y2y3y4pq曲線，為參與協調運行的發電機pq點運行范圍。

e、在5c所示發電機pq圖中繪制發電機avc調整a1a2a3a4曲線，發電機avr調整a5bcda6曲線，機網協調y1y2y3y4曲線，稱為發電機三級pq圖，并對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理；

退出自動穩定調節裝置的發電機不能參與機網協調，不參與協調的發電機pq圖中不繪制機網協調pq曲線；

參與機網協的機組pq點需要運行在其機網協調pq曲線范圍內，超出則報警。

在隱極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖6a所示；

在隱極同步發電機電氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖6b所示；

在凸極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖7a所示；

在凸極同步發電機氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖7b所示；

在發電廠多機協調運行預警預控界面中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖8所示a發電廠機協調運行預警預控界面。

綜上所述，發電廠多臺發電機協調運行時，可以通過發電機avc調整a1a2a3a4pq曲線，發電機avr調整a5bcda6pq曲線，機網協調y1y2y3y4pq曲線，對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理，實現機組及發電廠的儲備功率控制：

其中同步發電機avr調整a5bcda6pq曲線可以理解為考慮發電機運行最大出力、發電機進相時端部發熱和功角限制、發電機最低穩定負荷等因素，發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定器pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、發電機一次調頻裝置等自動穩定調節裝置的所允許的最大調節pq范圍；發電機avc調整a1a2a3a4pq曲線為發電機和電力系統正常狀態下，為考慮發電機自動穩定裝置預留事故狀態的調節空間而規定發電機自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc或手動調節器所允許調節的pq范圍；機網協調y1y2y3y4pq曲線為參與機網協調的發電機自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc或手動調節器所允許調節的pq范圍。

機網協調三級pq報警管理，可以指導發電廠優化廠級電網的動態事故儲備功率，提高全廠自動穩定裝置事故狀態下的響應速度，確保發電廠實時趨向堅強電網方向協調全廠機組負荷。

本發明輸電線路動態儲備功率的計算和控制方法，

包括步驟：a、采集電氣量，監控裝置程序處理；

b、如圖1所示為電力系統圖，圖2所示電力系統電壓向量圖；圖12a為a電廠到變電站輸電線路的等效電路；圖12b為a電廠到變電站輸電線路向量圖；做圖12c為a電廠到變電站輸電線路三級pq圖；做圖12d為a電廠到變電站輸電線路三級pq向量模型圖；做圖12e為a電廠到變電站輸電線路三級pq復合功角圖；

c、類似發電機三級pq圖畫法，其中12c為a發電廠到變電站輸電線路三級pq圖，bcd曲線圍成的封閉范圍，為綜合考慮輸電線路輸送容量、發電廠允許出力等因素，發電廠發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定器pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、發電機一次調頻裝置等自動穩定調節裝置的所允許的最大調節pq范圍，稱為發電廠avr調整pq曲線；a1a2a3a4曲線所圍成的封閉范圍，為發電機和電力系統正常狀態下，為考慮a發電廠發電機自動穩定裝置預留事故狀態的調節空間而規定自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc調整范圍，稱為發電廠avc調整pq曲線；y1y2y3y4曲線所圍成的封閉范圍為機網協調pq曲線，為參與機網協調的輸電線路而設定的pq調節范圍，即機網協調pq曲線。

如圖12c所示，輸電線路有功儲備計算方法：

avc有功增量儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整范圍上方a2a3曲線的垂直距離長度為avc有功增量儲備量。

avc有功減量儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整范圍下方a1a4曲線的垂直距離長度為avc有功減量儲備量。

avr有功增量儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整范圍上方bcd曲線的垂直距離長度為avr有功增量儲備量。

avr有功減量儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整范圍下方bd曲線的垂直距離長度為avr有功減量儲備量。

如圖12c所示，輸電線路無功儲備計算方法：

avc總無功儲備：過輸電線路pq點水平線與發電廠avc調整曲線a1a2a3a4左側、右側兩交點之間的水平距離長度為avc總無功儲備。

avc容性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整曲線a1a2a3a4左側的水平距離長度為avc容性儲備量。avc容性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc容性無功儲備利用率。

avc感性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avc調整曲線a1a2a3a4右側的水平距離長度為avc感性儲備量。avc感性無功儲備與avc總無功儲備比值為avc感性無功儲備利用率。

avr總無功儲備:輸電線路pq點到發電廠avr調整曲線bcd左側、右側兩交點之間的水平距離長度為avr總無功儲備。

avr容性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整曲線bcd左側曲線的水平距離長度為avr容性儲備量。avr容性無功儲備功率與avr總無功儲備比值為avr容性無功儲備利用率。

avr感性無功儲備：輸電線路pq點到發電廠avr調整曲線右側bcd曲線的水平距離長度為avr感性儲備量。avr感性無功儲備功率與avr總無功儲備比值為avr感性無功儲備利用率。

d、其中圖12e為a電廠到變電站輸電線路三級pq復合功角圖：

參照圖12ba電廠到變電站輸電線路向量圖，繪制復合功角圖的方法：以a電廠到變電站輸電線路向量圖為例，假想以變電站母線電壓oux為定子杠桿，以a發電廠母線電壓ouxa為轉子杠桿，以電壓原點o為復合功角圖的軸心，即旋轉圓心，以定子杠桿為參照物水平布置，轉子杠桿與轉子剛體相連，定子杠桿頂部ux與轉子杠桿頂部uxa通過彈簧連接，定子杠桿oux與轉子杠桿ouxa夾角為線路功角δa，并過發電廠母線電壓頂點uxa做uxam直線垂直于變電站母線電壓oux，相交于垂足點m。并在復合功角圖繪制輸電線路發電廠avr調整pq曲線、發電廠avc調整pq曲線和機網協調pq曲線。

復合功角圖綜合顯示了輸電線路電磁回路模型：電氣矢量和彈性模型。

表示發電機電氣矢量時，ouxa為a發電廠母線電壓，oux為變電站母線電壓，發電廠電壓母線頂點與變電站母線電壓頂點線段uxuxa為輸電線路電壓降，發電廠電壓母線頂點與垂足之間線段uxam為輸電線路電壓降uxuxa有功分量，變電站母線電壓頂點與垂足之間線段uxm為輸電線路電壓降uxuxa無功分量，δa為輸電線路功角；如果把輸電線路電壓降uxuxa看成輸電線路電流大小，則發電廠電壓母線頂點與垂足之間線段uxam和變電站母線電壓頂點與垂足之間線段uxm分別表示輸電線路電流有功和無功分量的大小；如果把輸電線路電壓降uxuxa看成輸電線路視在功率的大小，則發電廠電壓母線頂點與垂足之間線段uxam和變電站母線電壓頂點與垂足之間線段uxm分別表示輸電線路有功功率和無功功率的大小，垂足點m在變電站母線電壓頂點ux右側時輸電線路向變電站輸送感性無功，垂足點m與變電站母線電壓頂點ux重合時輸電線路無功為零，垂足點m在變電站母線電壓頂點ux左側時輸電線路向變電站輸送容性無功。

表示輸電線路彈性模型時，發電廠母線電壓ouxa為輸電線路彈性模型轉子杠桿，與輸電線路彈性模型轉子剛體相連，變電站母線電壓oux為輸電線路彈性模型定子杠桿，與輸電線路彈性模型定子剛體相連，輸電線路電壓降uxuxa為輸電線路彈性模型轉子杠桿拖動定子杠桿的彈簧被拉伸長度，輸電線路彈性模型轉子杠桿ouxa與輸電線路彈性模型定子杠桿oux夾角為輸電線路功角δa。

e、如圖13所示，建立變電站電源側輸電線路扇形向量圖

1)選取變電站母線電壓oux為參考電壓，水平線布置；以變電站母線電壓oux原點o為圓心畫圓，圓的個數與變電站內的電源側線路的數量相同，各圓由內向外依次排開，各相鄰圓的半徑之差相等；

2)在所畫的幾個圓上，從左到右依次擺放各電廠輸電線路復合功角圖或電氣向量圖，各電廠輸電線路模型的軸心在各自圓周之上，各電廠輸電線路發電廠側母線電壓延長線均經過變電站母線電壓oux參考電壓原點o。

4)各發電廠輸電線路電廠側母線電壓與變電站母線電壓oux的夾角為該輸電線路功角k倍，k為輸電線路功角修正系數，所有輸電線路功角修正系數相同。

5)以a、b電廠為例，a發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖軸系o1在第一個圓周之上，b發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖軸系o2在第二個圓周之上；

a發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖發電廠母線電壓o1uxa延長線經過變電站母線電壓oux參考電壓原點o，b發電廠線路復合功角圖或電氣向量圖發電廠母線電壓o2uxb延長線經過變電站母線電壓oux參考電壓原點o；

a發電廠輸電線路復合功角圖母線電壓o1uxa與變電站母線電壓oux夾角為a發電廠輸電線路功角δa的k倍，即kδa；b發電廠輸電線路復合功角圖母線電壓o2uxb與變電站母線電壓oux夾角為b發電廠輸電線路功角δb的k倍，即kδb。

6)在參與線路協調控制的輸電線路彈性模型中建立報警pq曲線、正常運行范圍pq曲線和機網協調pq曲線，對參與協調輸電線路實施pq報警三級管理；

參與協調運行的各輸電線路均運行在各自的機網協調p-q曲線范圍內。

上述某輸電線路在運行中如果超越了其輸電線路報警pq曲線、正常運行范圍pq曲線以及機網協調pq曲線三者任一曲線范圍則報警，提醒值班員需要調整輸電線路pq點進入規定的pq曲線內，或對引起超調的問題設備進行狀態檢修；

本發明同步發電機動態儲備功率的計算和控制系統，

包括步驟：

a、包括電氣采集裝置，監控裝置，發電機負荷調節裝置；，

其中，電氣采集裝置、監控裝置、發電機負荷調節裝置依次相連，監控裝置用于接收電氣采集裝置發送的電氣量數據并：

b、給出發電機調節器調整范圍

1)設置正常運行狀態下發電機自動電壓控制裝置avc、發電機自動發電控制裝置agc等緩速調節裝置最大許可a1a2a3a4調節范圍，封閉曲線a1a2a3a4所圍成的范圍為發電機負荷調節裝置的調節范圍，a1a2a3a4稱為發電機avc調整pq曲線；

發電機正常運行中超出avc調整pq曲線范圍報警。

2)設置異常狀態下發電機自動勵磁調節器avr、一次調頻等穩定調節裝置最大許可a5bcda6調節范圍；封閉a5bcda6曲線所圍成的范圍為穩定調節裝置的可調節的范圍，a5bcda6稱為發電機avr調整pq曲線；

發電機正常運行中超出avr調整pq曲線范圍報警。

3)規定發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4與發電機avr調整pq曲線a5bcdea6之間區域為發電機正常運行時禁止pq進入的區域，稱為發電機禁運區域，用于發電機預留必要的事故儲備功率，如圖5b所示。

設置發電機禁運區域，預留必要的事故儲備，應考慮以下幾點：

1)發電機正常運行時，為發電機一次調頻等自動穩定調節裝置留有一定的有功調節裕度，在系統電壓頻率波動時，保證自動穩定調節裝置能夠快速做出足夠的調節，以彌補系統電壓頻率波動引起的有功欠缺量；

2)發電機正常運行時，為發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定裝置pss等自動穩定調節裝置留有一定的無功調節裕度，在系統發生擾動時，保證自動穩定調節裝置能夠快速做出足夠的調節，以彌補系統擾動引起的無功欠缺量；

3)正常狀態下，實時控制發電機pq點禁止進入禁運區域，可以實時保障發電機留有必要的事故儲備功率，防止電力系統擾動狀態下快速調節裝置失去調節空間而失掉穩定調節功能，或超調引起低勵、過激磁限制等保護動作而跳機或二次擾動。

c、發電機和電力系統正常運行狀態下，設置基于發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4的發電機負荷調節限制：

1)如同步發電機pq點e0在發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4上方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc增加有功負荷，并減小有功負荷；

2)如同步發電機pq點e0在發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4下方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc減小有功負荷，并增加有功負荷；

3)如同步發電機pq點e0在發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4左側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc減小發電機勵磁，并增加勵磁；

4)如同步發電機pq點e0在發電機avc調整pq曲線a1a2a3a4右側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc增加發電機勵磁，并減小勵磁。

d、運行中，為運行人員實時顯示下列數據：

avc有功增量儲備，avc有功減量儲備，avr有功增量儲備，avr有功減量儲備，avc總無功儲備，avc容性無功儲備，avc感性無功儲備，avc感性無功儲備利用率，avr總無功儲備，avr容性無功儲備，avr容性無功儲備利用率，avr感性無功儲備，avr感性無功儲備利用率，avc容性無功儲備利用率。

本發明發電廠機網協調安全穩定運行預警預控系統

包括步驟：a、包括電氣采集裝置，監控裝置，發電機負荷調節裝置；

其中，電氣采集裝置、監控裝置、發電機負荷調節裝置依次相連，監控裝置用于接收電氣采集裝置發送的電氣量數據并：

b、繪制機網協調pq曲線

實時計算顯示發電機機網協調pq點，在所計算發電機機網協調pq點基礎上，給出各臺發電機允許在機網協調pq點附近運行的范圍，即如圖5c所示發電機機網協調y1y2y3y4pq曲線，為參與協調運行的發電機pq點運行范圍。

e、在5c所示發電機pq圖中繪制發電機avc調整a1a2a3a4曲線，發電機avr調整a5bcda6曲線，機網協調y1y2y3y4曲線，并對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理；

同一電氣系統的發電機協調運行，退出自動穩定調節裝置的發電機不能參與機網協調，不參與協調的發電機pq圖中不繪制機網協調pq曲線；

參與機網協的機組pq點需要運行在其機網協調pq曲線范圍內，超出則報警。

在隱極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖6a所示；

在隱極同步發電機電氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖6b所示；

在凸極同步發電機復合功角圖中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖7a所示；

在凸極同步發電機氣向量模型中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖7b所示；

在發電廠多機協調運行預警預控界面中建立發電機avc調整pq曲線、發電機avr調整pq曲線，機網協調pq曲線，如圖8所示a發電廠機協調運行預警預控界面。

綜上所述，發電廠多臺發電機協調運行時，可以通過發電機avc調整a1a2a3a4pq曲線，發電機avr調整a5bcda6pq曲線，機網協調y1y2y3y4pq曲線，對參與協調運行的發電機組實施pq報警三級管理，實現機組及發電廠的儲備功率控制：

參與協調的發電機pq點應在機網協調y1y2y3y4pq曲線范圍內，且監視所有協調發電機應該：

1)各協調發電機功角接近；

2)各協調發電機感性無功儲備利用率接近。

f、發電機和電力系統正常運行狀態下，設置基于發電機機網協調pq曲線y1y2y3y4的發電機負荷調節限制：

1)如同步發電機pq點e0在機網協調pq曲線y1y2y3y4上方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc增加有功負荷，并減小有功負荷；

2)如同步發電機pq點e0在機網協調pq曲線y1y2y3y4下方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc減小有功負荷，并增加有關負荷；

3)如同步發電機pq點e0在機網協調pq曲線y1y2y3y4左側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc減小發電機勵磁，并增加勵磁；

4)如同步發電機pq點e0在機網協調pq曲線y1y2y3y4右側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc增加發電機勵磁，并減小勵磁。

機網協調三級pq報警管理，可以指導發電廠優化廠級電網的動態事故儲備功率，提高全廠自動穩定裝置事故狀態下的響應速度，確保發電廠實時趨向堅強電網方向協調全廠機組負荷。

本發明變電站機網協調安全穩定運行預警預控系統，

包括步驟：a、包括電氣采集裝置，監控裝置，發電機負荷調節裝置；

其中，電氣采集裝置、監控裝置、發電機負荷調節裝置依次相連，監控裝置用于接收電氣采集裝置發送的電氣量數據并：

b、繪制圖12ca發電廠到變電站輸電線路三級pq圖；繪制圖12da發電廠到變電站輸電線路三級pq向量模型圖；繪制圖12ea發電廠到變電站輸電線路三級pq復合功角圖；

其中12ca發電廠到變電站輸電線路三級pq圖，bcd曲線圍成的封閉范圍，為綜合考慮輸電線路輸送容量、發電廠允許出力等因素，發電廠發電機自動勵磁調節器avr、電力系統自動穩定器pss、次同步擾動勵磁抑制裝置、發電機一次調頻裝置等自動穩定調節裝置的所允許的最大調節pq范圍，稱為發電廠avr調整pq曲線；a1a2a3a4曲線所圍成的封閉范圍，為發電機和電力系統正常狀態下，為考慮a發電廠發電機自動穩定裝置預留事故狀態的調節空間而規定自動電壓控制裝置avc、自動發電控制裝置agc調整范圍，稱為發電廠avc調整pq曲線；y1y2y3y4曲線所圍成的封閉范圍為機網協調pq曲線，為參與機網協調的發電廠允許調節的pq范圍，即機網協調pq曲線。

規定發電廠avc調整pq曲線a1a2a3a4與發電廠avr調整pq曲線bcd之間區域為輸電線路正常運行時禁止pq進入的區域，稱為輸電線路禁運區域，用于輸電線路預留必須的事故儲備容量，如圖12c所示。

輸電線路正常運行時，pq點進入禁運區域時告警。

d、建立變電站電源側輸電線路扇形向量圖，在輸電線路扇形向量圖中建立發電廠avr調整pq曲線，發電廠avc調整pq曲線和機網協調pq曲線，如圖13所示.

1)參與協調運行的各輸電線路均運行在各自的機網協調pq曲線范圍內，超出機網協調pq曲線范圍則報警；

2)各個輸電線路需要運行在各自的發電廠avc調整pq曲線范圍內，超出avc調整pq曲線范圍則報警；

3)各個輸電線路需要運行在各自的發電廠avr調整pq曲線范圍內，超出avr調整pq曲線范圍則報警。

下面舉例說明發電機預警預控協調運行的意義及機網協調常出現的不穩定問題及實時預警預控的必要性。

a、發電機不合理調節狀態

如圖9、10所示，某發電廠機組在同一電氣系統運行，#1、#2機組運行在低勵限制禁區邊界，#4、#5機組運行在過勵限制禁區邊界，單臺機組調節狀態均在許可范圍，討論以下兩種狀況：

1)系統電壓ux突然升高

如圖9所示，當系統電壓ux突然升高，且系統缺少大量容性無功時，如果所有機組自動穩定調節裝置正常工作，則#1、#2、#3、#4、#5發電機機組同時均勻調節減勵磁，各機組pq點e01、e02、e03、e04、e05將按所標軌跡運行，#1、#2機組將調至低勵限制區，#3、#4、#5機組在正常范圍，可能出現下列狀況：

(1)#1、#2機組低勵限制閉鎖減磁，使自動穩定調節裝置不能繼續減磁，不能發揮減振和向系統補充欠缺功率的作用，只剩#3、#5機組繼續調節，不能保證系統自動裝置的快速性和可靠性；

(2)#1機組或#2機組低勵限制動作增磁或閉鎖減磁，自動穩定調節信號和低勵限制調節信號往復作用增減勵磁而引起#1機組或#2機組振蕩；

(3)#1機組或#2機組低勵限制動作閉鎖減磁，#1機組或#2機組自動穩定調節裝置失效；

(4)#1機組或#2機組低勵限制器不起作用，發電機將達到靜態穩定極限，發生穩定破壞事故，可能引起失磁保護誤動。

(5)該發電廠機組之間儲備功率分配不均，使電廠整體事故儲備功率下降，自動穩定裝置整體調節速度減慢，系統穩定性差；且某些自動穩定裝置可能引起系統擾動或保護誤動，起到相反的作用。

2)系統電壓ux突然降低

如圖10所示，當系統電壓ux突然降低，且系統缺少大量感性無功時，如果所有機組自動穩定調節裝置正常工作，則#1、#2、#3、#4、#5機組同時均勻調節增勵磁，各機組勵磁電勢頂點e01、e02、e03、e04、e05將按所標軌跡運行，#4、#5機組將調至過勵限制區，#1、#2、#3機組在正常范圍，可能出現下列狀況：

(1)#4機組或#5機組過勵限制動作，自動穩定調節裝置不能增磁，或者自動穩定調節信號與過勵限制調節信號往復作用增減勵磁而引起發電機振蕩，不能發揮減振和向系統補充欠缺功率的作用；

(2)#4機組或#5機組過激磁限制動作，自動穩定調節裝置不能增磁，或者自動穩定調節信號與過激磁限制調節信號往復作用增減勵磁而引起發電機振蕩，不能發揮減振和向系統補充欠缺功率的作用；

(3)#4機組或#5機組過激磁保護誤動作。

(4)該發電廠機組之間儲備功率分配不均，使電廠整體事故儲備功率下降，自動穩定裝置整體調節速度減慢，系統穩定性差；且某些自動穩定裝置可能引起系統擾動或保護誤動，起到相反的作用。

b、機網協調穩定運行實時預警預控措施，

為保證合理分配各機組儲備功率，采取以下辦法：

根據所有參與機網協調發電機的總有功和總無功功率狀況，建立各個發電機avc調整pq曲線、avr調整pq曲線和機網協調pq曲線，并實時保證各個發電機運行在其機網協調pq曲線范圍之內：

1)如圖11a所示，#1、#2、#4、#5機組pq點均在機網協調pq曲線范圍之外，發電廠電網處于不穩定狀態，各機組處于報警狀態，此時應調整各發電機負荷至機網協調pq曲線范圍之內；

2)當發電廠并入有次同步、低頻擾動等高風險電網并裝有擾動抑制裝置時，機網協調pq曲線范圍越小越好，并且各機組實時運行在規定范圍；

3)當發電廠與無窮大系統并網時，頻率和電壓波動范圍較小，可放大機網協調pq曲線范圍；

4)當發電廠并入孤立電網運行時，機網協調pq曲線范圍越小越好，并且各機組實時運行在規定范圍；

5)圖11b為發電廠機網協調正確運行方式，各機組運行在機網協調pq曲線范圍內，這種運行方式抵御系統擾動能力最強。

基于如下發電機機網協調pq曲線的負荷調節限制，可以保證各機組實時運行在機網協調pq曲線范圍：

(1)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線上方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc增加有功負荷，并減小有功負荷；

(2)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線下方時，閉鎖本發電機自動發電控制裝置agc減小有功負荷，并增加有關負荷；

(3)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線左側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc減小發電機勵磁，并增加勵磁；

(4)如同步發電機pq點在機網協調pq曲線右側時，閉鎖本發電機自動電壓控制裝置avc增加發電機勵磁，并減小勵磁。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明的結構作任何形式上的限制。凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發明的技術方案范圍內。