一种发电机进相运行功角预警装置及方法

技术领域

本发明属于发电机进相技术领域，涉及一种发电机进相运行功角预警装置及方法。

背景技术

电力系统有功和无功是两个关键的监测参数，有功主要取决于原动机，无功则决定着系统电压的大小，交流传输系统属于动态控制系统，即在一个做功周期内，发电和用电保持动态平衡。电力系统电压直接影响用户的供电质量，如果电压不在额定范围内，将会对产品的质量产生很大的影响，为了维持电力系统电压维持在额定工作范围，通过自动电压调节器维持全电网的电压稳定，控制各个电源和无功源的出力，维持电压在允许范围内。

目前电网运行时会出现无功过剩、电压偏高的现象，而随着电网的规模不断扩大，电网的无功储备问题也得到了越来越多的关注。因此有必要开展发电机进相运行工作，充分利用发电机的这一固有能力，吸收系统多余的无功，调节和维持系统较好的、合理的电能质量，避免运行电压偏高所引起的高压设备损坏和使用寿命缩短，具有重要的现实意义。发电机进相能力受到诸多条件限制，其中功角涉及到发电机能够安全、稳定运行，如果功角超过静稳极限，将会造成发电机失磁，严重还可导致发电机失步运行，进一步由保护装置将发电机切除，极不利于电力系统的安全稳定运行，所以在发电机进相过程中，功角是一个重要的监测指标。如何保证发电机能够为电网调压做出贡献，又保证发电机本体和电网的完全，成为电力系统关注的重点。目前发电机在进相时，通常由人工算出发电机的功角，降低了功角计算的时效性，同时也缺少一种专门用于发电机进相的功角装置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种发电机进相运行功角预警装置及方法，本发明能够实时测量出发电机的功角，当功角达到极限值的90％时，发出预警信息，提醒运行人员停止继续进相，保证发电机和电网的安全性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种发电机进相运行功角预警装置，包括：

PLC控制器，所述PLC控制器的电流通道、电压通道、有功功率通道、无功功率通道、功率因数通道分别与电气参数测量端口电流测量端口、电压测量端口、有功功率测量端口、无功功率测量端口、功率因数测量端口相连；所述PLC控制器用于采集发电机进相运行时的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数参数，得到发电机进相运行功角；

电气参数测量端口，所述电气参数测量端口用于将发电机电压变送器、电流变送器、有功功率变送器、无功功率变送器和功率因数变送器输出的信号转接至PLC控制器模拟量采集通道；

工控触摸屏，所述工控触摸屏的485通信端口与所述PLC控制器的485通信端口相连，所述工控触摸屏用于设置发电机进相运行功角预警值，同时实时显示PLC控制器测量的发电机功角，当功角达到设置预警值时，在工控触摸屏发出预警信息。

本发明进一步的改进在于：

还包括电源，所述电源直流电压输出24V端口分别与PLC控制器和工控触摸屏直流供电24V端口相连，所述电源用于为PLC控制器和工控触摸屏提供装置工作的电能。

所述电源采用开关电源或直流稳压电源，额定输出功率为200W，额定输出直流电压为24V，输入电源与额定220V单相交流电源相连，所述电源输出直流电压波动范围为±5％额定电压，纹波电压峰峰值≤150mV。

所述PLC控制器包括CPU模块、模拟量输入模块和信号模块，所述CPU模块分别与模拟量输入模块和信号模块相连，模拟量输入模块具有8路4-20mA输入通道，用于采集发电机电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数变送器输出的4-20mA电流信号，并转换为数字量提供给所述CPU模块；所述信号模块具有485和232通信接口，用于实现CPU模块和工控触摸屏之间的信息交互。

所述工控触摸屏屏幕尺寸为8.4寸，比例为4:3，分辨率为800*600，额定运行功率为40W，具有64G存储空间和2G内存，所述工控触摸屏实时显示发电机功角设置预警值和测量值，当功角达到设置预警值时，工控触摸屏发出预警信息，提醒工作人员停止降低发电机无功进相深度；所述预警值设置为极限功角90度的90％。

所述PLC控制器根据测量的电流参数、电压参数、功率因数得到发电机功角

所述发电机功角

一种发电机进相运行功角预警方法，包括如下步骤：

步骤1，闭合电源开关，进入初始化界面，完成启动和自检；

步骤2，在工控触摸屏设置功角预警值为81度；

步骤3，根据发电机铭牌参数在工控触摸屏输入发电机电抗Xq的值；

步骤4，在工控触摸屏启动按钮；

步骤5，工控触摸屏显示发电机进相运行时电压Ut、电流It、有功功率Pt、无功功率Qt、功率因数ηt、发电机功角

步骤6，所述PLC控制器通过公式

步骤7，所述PLC控制器通过公式

步骤8，所述工控触摸屏判断收取的发电机功角

步骤9，在工控触摸屏弹出发电机功角即将超过设置预警值，运行人员停止降低无功功率的操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用发电机变送器屏输出的电压、电流、功率因数、有功和无功信号，通过两种功角计算原理得到发电机实时功角参数，并在工控触摸屏上显示出来，当发电机进相深度持续降低达到极限值的90％时，发出预警信息，告知现场运行人员停止进相，注意观察发电机进相运行电气和机械参数，防止出现失磁和失步事故。

进一步的，本发明利用发电机原有变送器屏输出的发电进相运行功角预警装置需要的电气输入参数，无需额外设置专用测量模块，降低了装置的开发难度，同时原有变送器屏经过的长期稳定运行的验证，能够为该装置提供稳定且可靠的电气量参数。

进一步的，本发明通过PLC控制器采集发电机电压、电流、功率因数、有功和无功信号，计算得到了精确功角数值，从数据精度方面避免发电机进相进入保护装置失磁和失步动作区域，PLC控制器同时还可以连续、长期运行而不出现故障。

进一步的，本发明将发电机电压、电流和功率因数得到功角数值和有功和无功得到的功角数值进行一致性分析，从多个角度确保功角测量的可信度，当任一功角达到预警值时，均会发出预警信息，使得发电机在安全可控的情况下吸收系统多余的无功。

进一步的，本发明通过工控触摸屏显示测量的功角数值，并进行预警提示，工控触摸屏可设定功角预警值，非常便于现场使用。

进一步的，本发明可在每台发电机配置，不影响原有发电机的运行模式，在正常并网发电过程中，也可以监测功角，为运行人员提供数据监测依据。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的装置原理框图。

图中：1-PLC控制器，2-电气参数测量端口，3-工控触摸屏，4-电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明能够解决传统人工计算方式获取功角存在的缺点，提供一种专用于发电机进相的功角预警装置及方法，使得发电机进相不对本体和电网产生安全隐患。

如图1所示，本发明发电机进相运行功角预警装置，包括PLC控制器1、电气参数测量端口2和工控触摸屏3，所述PLC控制器1的电流通道、电压通道、有功功率通道、无功功率通道、功率因数通道分别与所述电气参数测量端口2电流测量端口、电压测量端口、有功功率测量端口、无功功率测量端口、功率因数测量端口相连，所述PLC控制器1用于采集发电机进相运行时的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数参数，得到发电机进相运行功角，所述电气参数测量端口2用于将发电机电压变送器、电流变送器、有功功率变送器、无功功率变送器和功率因数变送器输出的信号转接至PLC控制器1模拟量采集通道；所述PLC控制器1的485通信端口与工控触摸屏3的485通信端口相连，所述工控触摸屏3用于设置发电机进相运行功角预警值，同时实时显示PLC控制器1测量的发电机功角，当功角达到设置预警值时，在工控触摸屏3发出预警信息。

本实施例中，还包括电源4，所述电源4直流电压输出24V端口分别与PLC控制器1和工控触摸屏3直流供电24V端口相连，所述电源4用于为PLC控制器1和工控触摸屏3提供装置工作的电能。

本实施例中，所述电源4采用开关电源或直流稳压电源，额定输出功率为200W，额定输出直流电压为24V，输入电源与额定220V单相交流电源相连，所述电源4输出直流电压波动范围为±5％额定电压，纹波电压峰峰值≤150mV，所述电源4具有过电压、过流保护功能；电源4采用LRS型开关电源或LPS210直流稳压电源

本实施例中，所述PLC控制器1包括CPU模块、模拟量输入模块和信号模块，所述CPU模块分别与模拟量输入模块和信号模块相连，模拟量输入模块具有8路4-20mA输入通道，用于采集发电机电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数变送器输出的4-20mA电流信号，并转换为数字量提供给所述CPU模块，所述CPU模块进一步的得到发电机功角数值，所述信号模块具有485和232通信接口，用于实现CPU模块和工控触摸屏3之间的信息交互；CPU模块采用ST40型S7-200中央控制模块，模拟量输入模块EM AE08扩展模块，信号模块采用SBCM01信号板。

本实施例中，所述工控触摸屏3屏幕尺寸为8.4寸，比例为4:3，分辨率为800*600，额定运行功率为40W，具有64G存储空间和2G内存，所述工控触摸屏3实时显示发电机功角设置预警值和测量值，当功角达到设置预警值时，工控触摸屏3发出预警信息，提醒工作人员停止降低发电机无功进相深度；所述预警值设置为极限功角90度的90％；工控触摸屏3采用SG121型工业级触摸一体机。

本实施例中，所述PLC控制器1根据测量的电流参数、电压参数、功率因数得到发电机功角

本实施例中，所述发电机功角

发电机进相运行功角预警装置的预警方法，包括如下步骤：

1)闭合电源4开关，进入初始化界面，当装置提示启动、自检成功后，进入步骤2)；

2)在工控触摸屏3设置功角预警值为81度，进入步骤3)；

3)根据发电机铭牌参数在工控触摸屏3输入发电机电抗Xq的值，进入步骤4)；

4)在工控触摸屏3启动按钮，进入步骤5)；

5)工控触摸屏3显示发电机进相运行时电压Ut、电流It、有功功率Pt、无功功率Qt、功率因数ηt、发电机功角

6)所述PLC控制器1通过公式

7)所述PLC控制器1通过公式

8)所述工控触摸屏3判断收取的发电机功角

9)在工控触摸屏3弹出发电机功角即将超过设置预警值，运行人员停止降低无功功率的操作。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。