CN109038684B - 一种大型同步调相机组惰转同期并网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，包括：利用SFC装置拖动调相机组，当调相机组的转速加速到额定转速的1.05倍时，SFC装置退出，励磁系统升压；调相机组受机械摩擦力、主变空载损耗和励磁损耗的作用，转速逐渐下降，监控系统在检测到机端电压上升到设定值后给同期装置发启动同期指令，同期装置检测待并侧及电网侧电压进行实时运算，在机组惰转过程中捕捉并网时机，在判定符合同期的条件时，发出并网断路器合闸指令；检测到并网断路器合闸信号后，同期装置反馈监控系统同期成功信号，同期并网成功。本发明能实现同步调相机组快速、可靠的并网，并且对于其它类似惰转类设备的同期并网具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，属于电网电机控制技术领域。
背景技术
同步调相机实质上是不带机械负载的同步电动机，从系统吸收少量有功功率用于补偿电机自身损耗，总是在接近于零电磁功率和零功率因数的情况下运行。作为一种无功补偿装置，通过调节励磁电流，向电力系统发出或吸收无功功率，进而维持电网电压水平，显著地提高电力系统的可靠性、经济性与供电质量。
大型调相机的启动，从经济性、技术先进性、灵活性方面考虑，采用SFC变频启动。不同于SFC拖动直至同期并网成功的抽水蓄能机组，调相机定子与SFC输出之间无升压变压器，而是直接连接，可以节省投资。
常规同步发电机或抽水蓄能机组同期并网期间，可以根据并网的需要调节原动机及励磁系统，以调节待并侧频率和电压；而对于采用SFC变频启动的调相机，只能控制待并侧电压，不能控制其频率，更无法控制相位，这就大大增加了并网的难度，特别是同期装置参数的整定，迫切需要一种在机组惰转条件下能够可靠、便捷的同期并网方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，可以实现快速、精准捕捉同步调相机同期点，满足调相机极高成功率并网要求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，包括以下步骤：
1)构建采用SFC变频启动的调相机组并网系统，所述系统中，调相机组通过并网开关Q1与电网相连，并网开关Q1的两侧布有电压互感器PT1和PT2，分别检测电网与调相机组两侧的电压信号，同期装置通过接收PT1和PT2电压信号，来计算电压幅值、频率和相位；SFC变频装置通过切换开关K1及隔离开关与调相机组定子相连，励磁系统与调相机组转子相连；
2)监控系统在检测到调相机组、SFC变频装置、励磁系统和同期装置正常后，给SFC变频装置下发开机指令，SFC变频装置驱动同步调相机组的转速从零开始逐渐升高；同时SFC变频装置通过控制励磁系统来调节励磁电流；
3)当同步调相机组的转速加速到额定转速的1.05倍时，SFC变频装置给监控系统发送转速达到 3150rpm的信号，监控系统发出指令切除SFC变频装置，并断开隔离开关，调相机组开始惰转；待SFC 变频装置退出后，监控系统向励磁系统发出升压命令；
4)监控系统在检测到调相机组机端电压达到一定值时，给同期装置发送启动同期的指令，此时励磁系统继续升压；同期装置通过接收电压互感器PT1和PT2电压信号，实时计算电网侧和待并侧电压幅值、频率和相位；
5)同期装置接收到启动同期指令后进行同期判断，捕捉符合同期并网条件的时机，发出合闸指令；
6)当同期装置检测到并网开关Q1已合闸信号后，给监控系统发送同期并网成功信号，自动同期并网结束。
前述的步骤3)中，励磁系统按照电压闭环方式向电压给定值调节。
前述的步骤4)中，监控系统在检测到调相机组机端电压达到机端额定电压的40％时，给同期装置发送启动同期的指令。
前述的调相机组机端电压幅值通过同期装置调节励磁实现，或者通过励磁系统直接升压至系统电压标幺值实现。
前述的步骤5)中，符合同期并网条件的时机是指，调相机组在惰转过程中至少需要有一个同期窗口使得调相机组机端电压的频率、相位和幅值与电网侧电压同步，这三个条件同时满足。
前述的步骤5)中，发出合闸指令的时机是指，用符合同期并网的三个条件的时刻，减去导前角时间，即为给断路器发出的合闸命令的时刻；所述导前角时间是通过现场试验测试出来的，为从发出合闸命令到实际合闸的时间。
前述的同期窗口的计算方法为：
51)根据调相机组的转动惯量、空载损耗以及主变的空载损耗，或者根据惰转曲线计算出机组的滑差，按照一定的频率差以及时间间隔，在设定初始相位的前提下，根据式(1)，计算出此时的相位差
其中，fN为系统侧频率，f0为调相机惰转后起始频率，f为调相机频率，
为调相机与系统侧初相位差；
52)利用计算机穷尽初相位差
从0～360゜的范围，计算出所有工况特性，根据工况特性曲线，搜寻出对应工况最接近系统侧频率时的相位差小于1度的时刻点，即可计算出对应的频率差；
53)穷尽所有工况并搜寻出最大频率差，设定为并网条件中的频差值，即为满足所有工况同期并网的频差定值；
54)设同期相位差定值为1゜，则实际满足该条件的相位差为-1゜～1゜一个区间，即为同期窗口。
本发明所达到的有益效果为：
采用本发明方法可以实现快速、精准捕捉同步调相机同期点，满足调相机极高成功率并网要求，合闸时两侧相位角差接近0度，真正做到无冲击并网；并且对于其它类似惰转类设备的同期并网具有指导意义。
附图说明
图1是本发明中采用SFC变频启动的调相机组并网系统。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，采用SFC变频启动的调相机组并网系统中，调相机组通过并网开关Q1与电网相连，Q1 开关的两侧布有电压互感器PT1和PT2，分别检测电网与调相机组两侧的电压信号，同期装置通过接收PT1 和PT2电压信号，来计算电压幅值、频率和相位。SFC变频装置通过切换开关K1及隔离开关与调相机定子相连，励磁系统与调相机转子相连，监控系统通过检测调相机、SFC、励磁、同期、油水系统状态信号实现流程控制。
本发明的大型同步调相机组惰转同期并网方法包括以下几个步骤：
(1)监控系统在检测到调相机组、SFC变频装置、励磁系统和同期装置正常后，给SFC变频装置下发开机指令，SFC变频装置驱动同步调相机组M的转速从零开始逐渐升高。此过程中SFC变频装置通过控制励磁系统来调节励磁电流。
(2)当同步调相机组M的转速加速到额定转速的1.05倍时，SFC变频装置给监控系统发送转速达到 3150rpm的信号，监控系统发出指令切除SFC变频装置，并断开隔离开关，调相机组开始惰转。待SFC 变频装置退出后，监控系统向励磁系统发出升压命令，励磁系统按照电压闭环方式向电压给定值调节。
(3)监控系统在检测到调相机组机端电压达到机端额定电压的40％时，给同期装置发送启动同期的指令，此时励磁系统继续升压。同期装置通过接收PT1和PT2电压信号，实时计算电网侧和待并侧电压幅值、频率和相位。
调相机组机端电压幅值可通过同期装置调节励磁实现，也可通过励磁系统直接升压至系统电压标幺值实现。
(4)同期装置接收到启动同期指令后进行同期判断，捕捉符合并网条件的时机；
同期判断，是指根据采集到的待并侧电压和电网侧电压进行分析，比较同期并网的三个条件：电压、频率及相位，并同时考虑导前角的因素。
调相机组在惰转过程中至少需要有一个同期窗口使得调相机组机端电压的频率、相位和幅值与电网侧电压同步，即满足上述同期并网的三个条件，才能满足合闸条件。
惰转同期并网合闸窗口的理论计算方法：根据调相机组的转动惯量、空载损耗以及主变的空载损耗，或者根据惰转曲线计算出机组的滑差，按照一定的频率差以及时间间隔(可设定)，在设定初始相位的前提下，根据式(1)，可计算出此时的相位差
其中，fN为系统侧频率，f0为调相机惰转后起始频率，f为调相机频率，
为调相机与系统侧初相位差。
利用计算机穷尽初始
可计算出所有工况特性，根据工况特性曲线，搜寻出对应工况最接近系统侧频率时的相位差小于1度的时刻点，即可计算出对应的频率差，穷尽所有工况并搜寻出最大频率差，设定为并网条件中的频差值，即为满足所有工况同期并网的频差定值。当相角差满足同期并网条件中的设定值时，(相位差精度一般为1度，为将并网冲击降到最小，相位差定值设定为1度，现代励磁系统能根据系统侧电压对机端侧电压进行精确的跟踪调节，同期相位差定值设置充分考虑测量系统误差即可，在计算频差定值时，可假定两侧电压幅值一致)，即可合并网断路器。
最终，得到同期并网的三个条件为：电网与调相机组两侧的电压满足频率差小于0.53Hz，电压幅值差在±5％范围内，相位差小于1°。
机端电压与系统电压相位差随调相机转子转动而平滑变化，在设定相位差为1゜时，实际满足该条件的相位差为-1゜～1゜一个区间(机端频率最靠近系统频率)，即为同期窗口，在频差较小时，同期窗口长，频差较大时同期窗口短，不同的工况对应不同的窗口。
再结合导前角的计算，给并网开关Q1发出合闸命令，控制并网开关Q1闭合。
导前角是通过现场试验测试出来的，从发出命令到实际合闸的时间，同期装置是在真正的合闸时刻前，减去这个导前角时间，然后给断路器发出的合闸命令。
(5)当同期装置检测到并网开关Q1已合闸信号后，给监控系统发送同期并网成功信号，自动同期并网结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建采用SFC变频启动的调相机组并网系统，所述系统中，调相机组通过并网开关Q1与电网相连，并网开关Q1的两侧布有电压互感器PT1和PT2，分别检测电网与调相机组两侧的电压信号，同期装置通过接收PT1和PT2电压信号，来计算电压幅值、频率和相位；SFC变频装置通过切换开关K1及隔离开关与调相机组定子相连，励磁系统与调相机组转子相连；
2)监控系统在检测到调相机组、SFC变频装置、励磁系统和同期装置正常后，给SFC变频装置下发开机指令，SFC变频装置驱动同步调相机组的转速从零开始逐渐升高；同时SFC变频装置通过控制励磁系统来调节励磁电流；
3)当同步调相机组的转速加速到额定转速的1.05倍时，SFC变频装置给监控系统发送转速达到3150rpm的信号，监控系统发出指令切除SFC变频装置，并断开隔离开关，调相机组开始惰转；待SFC变频装置退出后，监控系统向励磁系统发出升压命令；
4)监控系统在检测到调相机组机端电压达到一定值时，给同期装置发送启动同期的指令，此时励磁系统继续升压；同期装置通过接收电压互感器PT1和PT2电压信号，实时计算电网侧和待并侧电压幅值、频率和相位；
5)同期装置接收到启动同期指令后进行同期判断，捕捉符合同期并网条件的时机，发出合闸指令；
所述符合同期并网条件的时机是指，调相机组在惰转过程中至少需要有一个同期窗口使得调相机组机端电压的频率、相位和幅值与电网侧电压同步，这三个条件同时满足；
所述发出合闸指令的时机是指，用符合同期并网的三个条件的时刻，减去导前角时间，即为给断路器发出的合闸命令的时刻；所述导前角时间是通过现场试验测试出来的，为从发出合闸命令到实际合闸的时间；
所述同期窗口的计算方法为：
51)根据调相机组的转动惯量、空载损耗以及主变的空载损耗，或者根据惰转曲线计算出机组的滑差，按照一定的频率差以及时间间隔，在设定初始相位的前提下，根据式(1)，计算出此时的相位差
其中，fN为系统侧频率，f0为调相机惰转后起始频率，f为调相机频率，
为调相机与系统侧初相位差；
52)利用计算机穷尽初相位差
从0～360゜的范围，计算出所有工况特性，根据工况特性曲线，搜寻出对应工况最接近系统侧频率时的相位差小于1度的时刻点，即可计算出对应的频率差；
53)穷尽所有工况并搜寻出最大频率差，设定为并网条件中的频差值，即为满足所有工况同期并网的频差定值；
54)设同期相位差定值为1゜，则实际满足该条件的相位差为-1゜～1゜一个区间，即为同期窗口；
6)当同期装置检测到并网开关Q1已合闸信号后，给监控系统发送同期并网成功信号，自动同期并网结束。
2.根据权利要求1所述的一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，其特征在于，所述步骤3)中，励磁系统按照电压闭环方式向电压给定值调节。
3.根据权利要求1所述的一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，其特征在于，所述步骤4)中，监控系统在检测到调相机组机端电压达到机端额定电压的40％时，给同期装置发送启动同期的指令。
4.根据权利要求1所述的一种大型同步调相机组惰转同期并网方法，其特征在于，所述调相机组机端电压幅值通过同期装置调节励磁实现，或者通过励磁系统直接升压至系统电压标幺值实现。
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