CN105140969A - 一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，包括：抽水工况下，抽水蓄能机组采用静止变频器启动方式或者背靠背启动方式进行启动过程中，设置合闸脉冲导前时间；对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许合闸电压、允许频率以及机组电压与电网电压间的相角差补偿进行整定，使得同期并网装置在机组处于抽水运行工况时，计算出发出合闸命令的准确时刻，完成并网。本发明有益效果：本发明的整定方法所得参数可以缩短并网暂态过程持续时间，减小对电网的冲击，降低并网失败的可能性。

Description

一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法

技术领域

本发明抽水蓄能机组并网参数的整定技术领域，特别涉及一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法。

背景技术

抽水蓄能电站兼具有发电、抽水等多种运行工况，通过工况间的转换，抽水蓄能电站能够实现调峰填谷、调频调相、电压调整等多项重要功能，抽水蓄能电站的各种运行工况都需要与电力系统并网运行，但是不同工况下抽水蓄能机组对同期并网的要求各不相同。

抽水蓄能机组并网是十分重要的操作，且操作比较频繁。并网过程会产生一定的冲击电流，如果冲击电流过大，不仅会使发变组保护装置误动作，导致并网失败，而且冲击电流所产生的电动力会给水轮机和发电机设备的安全运行带来不利影响，严重时会损坏发电设备，带来巨大的经济损失。因此开展抽水蓄能机组不同运行工况下的同期并网研究，对提高抽水蓄能机组和电站的安全稳定运行，具有重要意义。

目前，抽水蓄能电站不同工况下的同期参数多是基于运行经验值或设计单位的推荐值进行设定，在整定值的选择方面具有一定的随机性和任意性，尤其是没有针对不同机组的特性和运行规律，选择最优同期参数。

抽水蓄能电站发电工况的并网过程与普通水电站同步发电机的并网过程并无本质差别，仍使用普通同步发电机的准同期并网参数就可以取得良好的并网效果，但抽水蓄能电站抽水工况的并网过程与普通发电机的并网相比具有一定的特殊性。抽水工况下，机组有两种启动方式，即静止变频器(StaticFrequencyConverter，SFC)启动方式和背靠背启动方式，在并网参数的整定过程中，这两种方式由于对应的并网过程有所不同，必须分别考虑。

SFC启动方式是利用晶闸管变频器产生频率可变的交流电源对蓄能机组进行启动，该方法通过转子位置检测装置输出转速及位置信号，由变频器控制调整晶闸管的导通角，用此来进行转速和整流控制，现已被用做各蓄能电站的主启动方式。

蓄能机组的SFC启动过程的一般过程为：在确定机组开机条件后，投入SFC装置与被启动机组间的选择开关和断路器，使被启动机组与SFC装置连接，在抽水蓄能机组转子上通入额定的励磁电流，然后投入SFC装置电源，静止变频器开始向电机定子输入频率从零开始，逐步上升的三相交流电，定子三相电流所产生的旋转磁场与已励磁的转子磁场相互作用产生加速力矩，机组转速随之逐步升至额定转速，最后以准同期方式并网，机组转换为由电网供电，完成启动。

SFC启动的同期过程准同期并网过程中，因为机组在并网前后分别为两种供电方式，即从由SFC装置供电转换为由电网供电，因此需要转换供电电源。为避免两电源同时供电现象的出现，在同期装置发出“并网”指令后首先停止SFC装置工作,使机组处在无动力状态,仅靠自身惯性继续旋转，然后等待SFC启动回路开关分闸,再进行同期合闸操作，机组改由电网供电。

同步启动又称背靠背启动或对拖启动。同步启动时用本电站或相邻电站的一台常规发电机组或蓄能机组做发电机运行来启动其它蓄能机组抽水。首先将被启动机组与启动机组的定子绕组在电气上连接，并分别在转子上通入额定的励磁电流。发电机启动过程中产生的低频电流直接流入待启动机组的定子上，待启动机组在同步转矩作用下逐步升速。当转速升到80％额定转速时，投入各自的励磁调节器，然后以准同期方式并入电网，完成起动过程。

背靠背启动的准同期并网过程与SFC启动方式类似，同样存在供电电源切换的问题，即机组需要从由启动发电机供电切换为由电网供电，在同期系统发出“并网”指令后，首先断开背靠背启动发电机组回路,使待并网机组处在无动力运行状态，仅靠自身惯性继续旋转，待背靠背启动发电机组回路断开以后再进行同期并网合闸操作，改由电网供电。

此外，在采用各种启动方式进行机组启动时，为了减小启动时的阻力，一般采用脱水启动方式，即在转速升高到额定转速10％－20％时，监控发指令给调相压水气系统，开始往转轮室注入高压气，在第一次将转轮室水位压到转轮以下，压水气系统通过其控制系统和水位信号反馈，自动调节补气和停止补气，保证在整个启动过程中维持转轮室水位在转轮以下，因此启动时的负载转矩极小，可视为空载。

对于准同期并网，抽水蓄能机组在抽水工况下的并网与发电工况下的并网没有本质的区别，理想的并网要求依然是在并网开关合闸瞬间满足如下3个条件：

(1)机组电压与系统电压的幅值相等；

(2)机组的频率与系统的频率相等；

(3)机组电压相位与系统电压相位相同。

这三个条件是理论上并网的最优条件，在实际应用中，允许机组与系统间的电压差、频率差及相角差的存在，但必须严格控制在一定范围内，以确保将并网冲击电流控制在合理的范围内。

由于抽水蓄能机组在抽水工况下的并网过程较发电工况下的并网存在一定的差异，虽然同样要实现上述并网条件，但必须结合不同的运行工况和启动方式的特点对并网参数作出调整。

发明内容

本发明的目的是为满足抽水蓄能机组不同运行工况下同期并网对整定参数的要求，提供一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，包括：

抽水工况下，抽水蓄能机组采用静止变频器启动方式或者背靠背启动方式进行启动过程中，设置合闸脉冲导前时间；

对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许合闸电压、允许频率以及机组电压与电网电压间的相角差补偿进行整定，使得同期并网装置在机组处于抽水运行工况时，计算出发出合闸命令的准确时刻，完成并网。

所述设置合闸脉冲导前时间的具体方法为：

合闸脉冲导前时间依照当前启动方式确定，为所有的延时之和，即：

SFC启动方式或者背靠背启动方式下：合闸脉冲导前时间T_DL＝t₁+t₂；

其中，t₁为同期合闸信号开始发出至启动电源切除的延时，t₂为从启动电源切除至并网合闸完成的延时。

SFC启动方式和背靠背启动方式下，具体的延时类型以及延时的划分，如下表所示；其中，表1为SFC启动同期过程的延时表，表2为背靠背启动同期过程延时表；

表1

表2

对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许合闸电压进行整定的方法为：

假定抽水蓄能机组启动时为空载，且忽略电枢电阻R_a；则抽水蓄能机组的允许合闸电压差ΔU为：

其中，E₀为励磁电动势，U为机端电压，δ_M为滞后于的功率角， 为功率因数角，X_d为直轴同步电抗，I为电枢电流，X_q为交轴同步电电抗。

将所述允许合闸电压差ΔU分别加至抽水蓄能机组的允许合闸电压差高限dU_max和低限dU_min，分别得到抽水蓄能机组在抽水工况下的允许合闸电压差高限dU_max'和低限dU_min'。

对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许频率进行整定的方法为：

假定抽水蓄能机组启动时为空载，且忽略电枢电阻R_a；则抽水蓄能机组的允许频率差Δf为：

Δf＝f(t₂)-f₀；

其中， $f\left(t_2\right)=\frac{\[-tan\left(\frac{1}{2}{t}_2\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\right)-\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\·\arctan \left(\frac{k_2+2f_0{k}_1}{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}\right)-k_2\]}{2k_1};$

$k_1=\frac{16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}}{4{\mathrm{\π}}^{2}J};k_2=\frac{{\mathrm{\σ}}_e{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J};k_3=\frac{{\mathrm{\σ}}_h{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J};$

t₂为抽水蓄能机组从启动电源切除至并网合闸完成的延时；r为转子半径，J为转子的转动惯量，p为电机磁极对数，l_t1为定子铁芯总长度，B为磁通密度振幅，G为铁芯总重量，σ_h、σ_e均为取决于材料性能的常数，f₀为机组初始频率，设定为额定频率；

将所述允许频率差Δf分别加至抽水蓄能机组允许频率差高限df_max和低限df_min，分别得到抽水蓄能机组在抽水工况下的允许频率差高限df_max'和低限df_min'。

所述对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的机组电压与电网电压间的相角差补偿ΔΦ进行整定的方法为：

ΔΦ＝δ_M-Δθ；

其中， $\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-2{\mathrm{\πf}}_{s}t+2{\mathrm{\πf}}_0{t}_1+2{\mathrm{\πk}}_b{t}_2+\frac{{\mathrm{\πlncosk}}_a{t}_2}{k_1{k}_a};$

I为电枢电流，X_q为交轴同步电电抗，U为机端电压，为功率因数角，f_s为系统频率，f₀为机组初始频率，t₁为同期合闸信号开始发出至启动电源切除的延时，t₂为从启动电源切除至并网合闸完成的延时，t为并网合闸过程的总延时， $k_b=\frac{1}{2k_1}\[-\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\·\arctan \left(\frac{k_2+2f_0{k}_1}{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}\right)-k_2\];k_1=\frac{16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},k_2=\frac{{\mathrm{\σ}}_2{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},$ r为转子半径，J为转子的转动惯量，p为电机磁极对数，l_t1为定子铁芯总长度，B为磁通密度振幅，G为铁芯总重量，σ_h、σ_e均为取决于材料性能的常数，f₀为机组初始频率，设定为额定频率。

如果在抽水工况下并网过程中需要制造转角，只需要在所述抽水蓄能机组的机组电压与电网电压间的相角差补偿ΔΦ的基础上加上所需转角即可。

在工程实际应用中，按照所要整定的机组的实际情况，抽水蓄能机组的允许合闸电压、允许频率可以不作调整。

本发明的有益效果是：

(1)在分析抽水蓄能机组抽水运行工况下同期并网启动过程的基础上，给出了同期合闸导前时间的计算方法，以及在导前时间内抽水蓄能机组电压、频率变化情况的计算方法；

(2)基于对抽水蓄能机组在合闸导前时间内机组电压、频率变化的计算结果，结合机组对并网参数限制的要求，能够计算出在准同期装置发出合闸命令时机组自身的电压幅值、频率以及电压相角；

(3)本发明所提的整定计算方法，可有效减少抽水蓄能机组抽水工况下的并网冲击电流，提高同期并网的成功率，并延长机组的使用寿命。

附图说明

图1是凸极同步电动机向量图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

抽水蓄能机组存在发电和抽水两种运行工况，一个是作为同步发电机运行，另一个是作为同步电动机运行，二者都需要并网运行，因此就存在一个同期并网的过程，这个同期并网对抽水蓄能机组而言是十分重要的一个操作。

无论是发电机，还是抽水，理想的并网条件有3个：

(1)抽水蓄能机组的机端电压幅值与电网的电压幅值相等；

(2)抽水蓄能机组的转速(机组频率)与电网频率(50Hz)相等；

(3)并网开关合闸瞬间，抽水蓄能机组机端电压的相位与电网电压的相位相等(相角差为0)。

上述3个条件是理想条件，如果满足，抽水蓄能机组的并网开关在合闸时不会产生冲击电流，对机组和电网都不会带来冲击。实际上达不到理想条件，且抽水蓄能机组和电网都具有一定的承受冲击电流的能力，所以对上述3个条件可以适当放宽，限定一个上限值和下限值，只要满足限值即认为达到了同期并网的条件，就允许进行同期并网操作。

同期并网过程的调节、控制和操作是由专门的同期并网装置完成的。该装置通过对抽水蓄能机组的转速(频率)、电压幅值进行调节和控制，使之进入整定好的上限值和下限值范围之内，然后监测机组电压与电网电压间的相角差，当相角差进入整定的上限值和下限值范围之内时，发出同期合闸命令，该命令经过一系列的中间控制回路，最终驱动并网断路器闭合，完成同期并网操作。

同期并网装置从发出同期合闸命令到并网断路器成功闭合，是需要一定的时间的，这个时间称之为合闸脉冲导前时间，对于发电机运行状态，这个导前时间约为150ms—200ms，对于抽水运行状态，这个导前时间与启动方式、断路器类型等有很大关系，一般在500ms到800ms不等。

抽水蓄能机组在并网前，电压幅值、机组频率、电压相位差等参数时刻都在变化。因此在合闸脉冲导前时间内，上述参数也将会产生一定的变化，如果合闸脉冲导前时间很短，这个变化可以忽略，如果时间较长，必须考虑这种变化。

在抽水蓄能机组抽水运行工况下的并网过程中，由于合闸脉冲导前时间较长，因此需要考虑该时间内相应参数的变化，相应的在整定参数中需要设置合理的合闸脉冲导前时间参数，目的就是为了准确计算该时间内并网参数的变化，力求做到并网冲击电流最小。目前用于抽水蓄能电站的同期并网装置往往只有一套同期并网参数，这个参数一般按发电并网的运行方式考虑，如果是抽水运行方式下的并网，仍采用发电运行方式下的并网参数(或者有多套参数，但只是修改了导前时间，对于电压、频率的上下限值并没有进行修改)，显然不是最优的并网参数，必然会带来较大的并网冲击电流。为了达到抽水运行状态下较为理想的同期合闸效果，必须做到：

(1)结合抽水运行工况下的启动方式和断路器类型，设置准确的合闸脉冲导前时间；

(2)对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的频率、电压幅值、机组电压与电网电压间的相角差等参数的变化情况进行准确计算，这样同期并网装置能够在机组处于抽水运行工况时，计算出发出合闸命令的准确时刻，尽可能做到理想并网，减小同期并网过程中的冲击电流。

1、针对启动电源回路切除时刻相关变化过程分析如下：

结合上述介绍以及背景技术中对抽水蓄能电站抽水工况的两种主要启动方式的描述，抽水工况在两种主要启动方式下，都存在着抽水蓄能机组供电电源转换这一不同于发电机状态并网的问题，即需要将启动的拖动电源切除，使蓄能机组短时间内处于无动力状态，依靠转子自身惯性维持运行，随后完成与电网的并列，改由电网提供电能。因此，待并网的机组在断开启动电源后，机组将会从当前由启动电源供电，转变为依靠转子惯性转动，相应的其端电压向量会产生突变。

从图1凸极同步电动机向量图中可以看出在同步电动机状态下，端电压超前励磁电动势功率角δ_M，但在断开启动电源供电后则会导致δ_M＝0，于是有即端电压向量与励磁电动势向量重合。

E₀＝4.44fN₁k_w1Φ₀(1)

式(1)中f为频率，N₁为每相绕组总的串联匝数，k_w1为电枢绕组系数，Φ₀为每极的主磁通，由式(1)可见，由于启动电源切除瞬间励磁电流和转子转速(由于机组较大的机械惯性)基本保持不变，基本保持不变，而将滞后δ_M，幅值也会发生相应变化，最终与幅值保持一致。

忽略电枢电阻R_a，由相量图1可得

Usinδ_M＝I_qMX_q(2)

将代入式(2)并化简可得到δ_M的计算公式：

同时根据

E₀＝Ucosδ_M+I_dMX_d(4)

将代入式(4),易得

2、机组依靠惯性运行过程中相关变化过程的分析：

在启动电源完全断开到并网完成的过程中，由于必须考虑断路器操作机构的固有动作时间，所以仍有一段延迟时间，在这段时间内，如前所述，机组处于依靠惯性运行的空载运行状态，由于没有原动机提供的驱动转矩T₁，机组原有的空载转矩平衡T₁＝T₀被打破，即只有空载转矩T₀仍存在，发电机将减速运行。

空载转矩T₀的表达式为

$T_0=\frac{P_{Fe}+p_{mec}}{{\mathrm{\Ω}}_s}---\left(6\right)$

其中p_Fe为定子铁损，p_mec为机械损耗，Ω_s为当前系统同步角速度。对于式(6)中各损耗有

p_Fe＝p_h+p_e(7)

式(7)中p_h为磁滞损耗_，p_e为涡流损耗。

p_h＝σ_hfB²G(8)

p_Fe＝σ_ef²B²G(9)

式(8)、(9)中σ_h、σ_e均为取决于材料性能的常数，f为系统的同步频率，B为磁通密度振幅，G为铁芯总重量。

$p_{mec}=16p{\left(\frac{v}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}---\left(10\right)$

p为电机磁极对数，v为转子圆周速度，l_t1为定子铁芯总长度。对于v有：

v＝2πrf(11)

式(11)中r为转子半径。

考虑到Ω_s＝2πf，同时将式(7)至(11)代入式(6)，可得

$\begin{array}{c}{T}_0=\frac{p_h+p_e+p_{mec}}{{\mathrm{\Ω}}_s}=\frac{{\mathrm{\σ}}_h{\mathrm{fB}}^{2}G+{\mathrm{\σ}}_e{f}^2{B}^{2}G+16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}rf}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}}{2\mathrm{\π}f}\\ =\frac{16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3{f}^2\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}+{\mathrm{\σ}}_e{\mathrm{fB}}^{2}G+{\mathrm{\σ}}_h{B}^{2}G}{2\mathrm{\π}}\end{array}---\left(12\right)$

在当前仅有空载转矩情况下，转子旋转的角加速度a与转矩的关系式为

$a=\frac{T}{J}=-\frac{T_0}{J}---\left(13\right)$

J为转子的转动惯量。根据角速度ω与角加速度的关系可得：

ω(t)＝ω(0)+∫α(t)dt(14)

因为本方法中，仅考虑从启动电源切除至并网合闸完成期间，约几十个毫秒过程中的频率的变化规律，所以公式中的磁通密度振幅B可视为常量，故将ω＝2πf代入公式(12)后，将仅存在一个与时间相关的变量f(t)，再将式(12)、(13)代入，并整理得

$f\left(t\right)=f\left(0\right)-\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^{2}J}\∫\[16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3{f}^2\left(t\right)\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}+{\mathrm{\σ}}_{e}f\left(t\right)B^{2}G+{\mathrm{\σ}}_h{B}^{2}G\]dt---\left(15\right)$

不难看出公式(16)中含有大量常系数，为方便后续运算，将这些系数进行简化，令： $k_1=\frac{16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},k_2=\frac{{\mathrm{\σ}}_e{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},k_3=\frac{{\mathrm{\σ}}_h{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},$ 则

f(t)＝f(0)-∫[k₁f²(t)+k₂f(t)+k₃]dt(16)

对式(16)两端求导可得微分方程

$\frac{df\left(t\right)}{dt}+k_{1}f{\left(t\right)}^2+k_{2}f\left(t\right)+k_3=0---\left(17\right)$

取f(0)＝f₀解该微分方程，可以得到频率随时间变化的数学模型，即

$f\left(t\right)=\frac{\[-tan\left(\frac{1}{2}t\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\right)-\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\·\arctan \left(\frac{k_2+2f_0{k}_1}{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}\right)-k_2\]}{2k_1}---\left(18\right)$

为进一步简化表达形式，现令

$k_a=\frac{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}{2}---\left(19\right)$

$k_b=\frac{1}{2k_1}\[-\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\·\arctan \left(\frac{k_2+2f_0{k}_1}{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}\right)-k_2\]---\left(20\right)$

将式(12)(13)代入公式(11),得

$f\left(t\right)=-\frac{tan\left(k_{a}t\right)}{2k_1}+k_b---\left(21\right)$

由该频率变化量，现设同期合闸信号开始发出至启动电源切除的延时为t₁，从启动电源切除至并网合闸完成的延时为t₂，而并网合闸过程的总延时设为t，易知t＝t₁+t₂(在实际运用中，如果机组、发信设备和断路器等硬件设备条件和启动方式确定后，前述延时均为定值)。

系统频率视为定值f_s，机组初始频率依然取f₀，合闸过程中相角差的变化量为

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=2{\mathrm{\πf}}_0{t}_1+2\mathrm{\π}{\∫}_0^{t_2}f\left(t\right)dt-2{\mathrm{\πf}}_{s}t---\left(22\right)$

整理得

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-2{\mathrm{\πf}}_{s}t+2{\mathrm{\πf}}_0{t}_1+2{\mathrm{\πbt}}_2+\frac{{\mathrm{\πlncosat}}_2}{k_{1}a}---\left(23\right)$

3、基于以上全部的分析，本发明提出了一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定计算方法，包括：

抽水工况下，抽水蓄能机组采用静止变频器启动方式或者背靠背启动方式进行启动过程中，设置合闸脉冲导前时间；

对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许合闸电压、允许频率以及机组电压与电网电压间的相角差补偿进行整定，使得同期并网装置在机组处于抽水运行工况时，计算出发出合闸命令的准确时刻，完成并网。

本发明将重点设定的参数为：

(1)合闸脉冲导前时间T_DL；

(2)允许合闸电压差(二次侧)高限dU_max，低限dU_min；

(3)允许频率差高限df_max，低限df_min；

(4)相角差补偿ΔΦ。

必须说明的是，对于不同厂家的自动准同期装置，这些参数往往有不同的名称及符号，但通常情况下，同期装置都会具有与上述参数相同功能的可设置参数。

参数的计算方法如下：

(1)合闸脉冲导前时间T_DL。合闸信号导前时间依照当前启动方式确定，为所有的延时之和，不同启动方式时，具体的延时类型以及延时t₁、t₂的划分，见表1、2所示，其中表1为SFC启动同期过程的延时表，表2为背靠背启动同期过程延时表。最终确定的合闸脉冲导前时间T_DL＝t＝t₁+t₂。

表1

表2

(2)允许合闸电压差。允许合闸电压差的整定应先按照公式(5)进行计算，算得ΔU，其中各项参数为机组抽水工况下启动后，达到以额定电压和频率运行时，对应的机端电压、电流及功率角数据，可通过机组实验方式测得。ΔU计算完成后将其加至已整定完成的发电机工况下的dU_max、dU_min，即可分别得到新的dU_max、dU_min，则完成该参数的整定。

(3)允许频率差。取初始频率f₀等于额定频率(通常取50Hz)，结合电机各参数，利用公式(18)计算出f(t₂)，取Δf＝f(t₂)-f₀，计算完成后将Δf加至已整定完成的发电机工况下的df_max、df_min，即可分别得到新的df_max、df_min，则完成该参数的整定。

(4)相角差补偿。因为本发明并不涉及对自动准同期装置的改进，所以并不改变装置内部用于减小相角差而设定的各种算法，因此对于相角差的调整，则完全通过相角差补偿ΔΦ这一自动准同期装置参数完成，实际应用中，此参数在发电工况下并网时通常设定为0，所以不妨利用该参数来改善抽水工况下的并网效果。

首先求取δ_M，该电气量在计算允许合闸电压差过程中，通过公式(3)就可以同时得到。之后利用公式(23),计算出Δθ，计算过程中仍设定初始频率f₀等于额定频率(通常取50Hz)，其他所需参数为机组固有数据，取得这两个电气量之后，考虑到ΔΦ是以电网侧电压超前机组侧为正，最终可以得到ΔΦ＝δ_M-Δθ。同时由于并网装置中的这一参数最初的目的是为满足必须人为制造转角的特殊的并网过程的需要，所以如果在抽水工况下并网过程需要制造转角，只需要在依照上述方法算出的ΔΦ基础上再加上所需转角即可。

当然在工程实际应用中，按照所要整定的机组的实际情况，部分参数可以不作调整，如以参数允许频率差为例，由于机组机械惯性的存在，导致计算所得结果并不会较发电工况的并网过程有明显差别，这种情况下，可不对该参数进行调整，但相角差补偿这一参数通常不应采用这一原则。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，包括：

抽水工况下，抽水蓄能机组采用静止变频器启动方式或者背靠背启动方式进行启动过程中，设置合闸脉冲导前时间；

对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许合闸电压、允许频率以及机组电压与电网电压间的相角差补偿进行整定，使得同期并网装置在机组处于抽水运行工况时，计算出发出合闸命令的准确时刻，完成并网。

2.如权利要求1所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，所述设置合闸脉冲导前时间的具体方法为：

合闸脉冲导前时间依照当前启动方式确定，为所有的延时之和，即：

SFC启动方式或者背靠背启动方式下：合闸脉冲导前时间T_DL＝t₁+t₂；

其中，t₁为同期合闸信号开始发出至启动电源切除的延时，t₂为从启动电源切除至并网合闸完成的延时。

3.如权利要求2所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，SFC启动方式和背靠背启动方式下，具体的延时类型以及延时的划分，如下表所示；其中，表1为SFC启动同期过程的延时表，表2为背靠背启动同期过程延时表；

表1

表2

4.如权利要求1所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许合闸电压进行整定的方法为：

假定抽水蓄能机组启动时为空载，且忽略电枢电阻R_a；则抽水蓄能机组的允许合闸电压差ΔU为：

其中，E₀为励磁电动势，U为机端电压，δ_M为滞后于的功率角， 为功率因数角，X_d为直轴同步电抗，I为电枢电流，X_q为交轴同步电电抗。

将所述允许合闸电压差ΔU分别加至抽水蓄能机组的允许合闸电压差高限dU_max和低限dU_min，分别得到抽水蓄能机组在抽水工况下的允许合闸电压差高限dU_max'和低限dU_min'。

5.如权利要求1所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的允许频率进行整定的方法为：

假定抽水蓄能机组启动时为空载，且忽略电枢电阻R_a；则抽水蓄能机组的允许频率差Δf为：

Δf＝f(t₂)-f₀；

其中， $f\left(t_2\right)=\frac{\[-tan\left(\frac{1}{2}{t}_2\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\right)-\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\·\arctan \left(\frac{k_2+2f_0{k}_1}{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}\right)-k_2\]}{2k_1};$

$k_1=\frac{16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}}{4{\mathrm{\π}}^{2}J};k_2=\frac{{\mathrm{\σ}}_e{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J};k_3=\frac{{\mathrm{\σ}}_h{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J};$

t₂为抽水蓄能机组从启动电源切除至并网合闸完成的延时；r为转子半径，J为转子的转动惯量，p为电机磁极对数，l_t1为定子铁芯总长度，B为磁通密度振幅，G为铁芯总重量，σ_h、σ_e均为取决于材料性能的常数，f₀为机组初始频率，设定为额定频率；

将所述允许频率差Δf分别加至抽水蓄能机组允许频率差高限df_max和低限df_min，分别得到抽水蓄能机组在抽水工况下的允许频率差高限df_max'和低限df_min'。

6.如权利要求1所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，所述对合闸脉冲导前时间内抽水蓄能机组的机组电压与电网电压间的相角差补偿ΔΦ进行整定的方法为：

ΔΦ＝δ_M-Δθ；

其中， $\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-2{\mathrm{\πf}}_{s}t+2{\mathrm{\πf}}_0{t}_1+2{\mathrm{\πk}}_b{t}_2+\frac{{\mathrm{\πlncosk}}_a{t}_2}{k_1{k}_a};$

I为电枢电流，X_q为交轴同步电电抗，U为机端电压，为功率因数角，f_s为系统频率，f₀为机组初始频率，t₁为同期合闸信号开始发出至启动电源切除的延时，t₂为从启动电源切除至并网合闸完成的延时，t为并网合闸过程的总延时， $k_b=\frac{1}{2k_1}\[-\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}\·\arctan \left(\frac{k_2+2f_0{k}_1}{\sqrt{4k_1{k}_3-{k_2}^2}}\right)-k_2\];k_1=\frac{16p{\left(\frac{2\mathrm{\π}r}{40}\right)}^3\sqrt{\frac{l_{t1}}{19}\×{10}^3}}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},k_2=\frac{{\mathrm{\σ}}_2{B}^{2}G}{4{\mathrm{\π}}^{2}J},$ r为转子半径，J为转子的转动惯量，p为电机磁极对数，l_t1为定子铁芯总长度，B为磁通密度振幅，G为铁芯总重量，σ_h、σ_e均为取决于材料性能的常数，f₀为机组初始频率，设定为额定频率。

7.如权利要求6所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，如果在抽水工况下并网过程中需要制造转角，只需要在所述抽水蓄能机组的机组电压与电网电压间的相角差补偿ΔΦ的基础上加上所需转角即可。

8.如权利要求1所述的一种抽水蓄能机组在抽水工况下并网参数的整定方法，其特征是，在工程实际应用中，按照所要整定的机组的实际情况，抽水蓄能机组的允许合闸电压、允许频率可以不作调整。