CN110212589A - 一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，首先测量电机惰走时的定子电压频率变化率k，然后根据计算最小允许频差Δf_min；还包括将准同期装置同期点的正向允许频差Δf₊和负向允许频差Δf_‑分别整定为不同的值，在电机惰走过程中，在高于电网频率的并网区间内，允许频差Δf₊设置为理论最小值；在低于电网频率的并网区间内，允许频差Δf_‑留有裕度，以保证100％成功并网。此种整定方法可易于工程化使用，同时兼顾了高并网成功率和小并网冲击。

Description

一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法

技术领域

本发明涉及一种电机允许并网频差的计算整定方法，尤其涉及一种惰速并网方式下的同步电机允许并网频差的整定方法。

背景技术

在部分应用场合，同步电机并网前，拖动其启动的原动机必须与电机断开连接，因为原动机(如变频器)无法承受电网电压。因并网前电机失去原动力，准同期装置无法同时调节并网的频差、角差和压差。此时，通常采用所谓的惰速并网方式。

上述惰速并网方式具体是指，原动机先将同步电机拖动至超同步转速后，断开与电机的连接，电机转速随之惰走。当电机转速惰走至同步速附近时，准同期装置捕捉同期点将机组并入电网。

为了保证这种并网方式的可靠性，简单的放宽允许并网条件(包括允许的频差、角差和压差)，即可很好的保证并网成功率。但是，对于大容量同步电机，这种方法会加剧并网冲击，甚至威胁电网和电机的安全。缩紧允许并网条件，又会降低并网成功率，甚至导致满足要求的同期点根本不存在。

考虑到现代微机励磁系统电压调节速度很快，在电机惰走过程中，并网允许压差很容易满足。考虑到允许并网角差对并网冲击电流影响较大，工程实际中通常整定的较小。因此，在惰速并网方式下，允许并网频差的整定就显得至关重要。

已有公开资料虽然对惰速并网频差的计算方法进行了研究，但方法较均较复杂，未能提供直观且不易于实施的工程整定算法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，其可易于工程化使用，同时兼顾了高并网成功率和小并网冲击。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，首先测量电机惰走时的定子电压频率变化率k，然后根据计算最小允许频差Δf_min。

上述测量电机惰走时的定子电压频率变化率k的具体过程是：首先将电机频率拖动至f₁＝52.5Hz，电机进入惰走状态；对电机定子电压的频率进行录波，直至定子电压的频率低于f₂＝48Hz，得到惰走过程中定子电压频率随时间的变化曲线；然后，在变化曲线上截取f₀＝50Hz附近的频率变化曲线，判断定子电压频率由f_a降低至f_b的时间t，则电机惰走的频率变化率其中f₂＜f_b＜f_a＜f₁。

还包括将准同期装置同期点的正向允许频差Δf₊和负向允许频差Δf_-分别整定为不同的值，即：

其中，K为频差裕度系数，K＞1；

在电机惰走过程中，在高于电网频率的并网区间内，允许频差Δf₊设置为理论最小值；在低于电网频率的并网区间内，允许频差Δf_-留有裕度，以保证100％成功并网。

当机组长期运行或检修后，还对同期定值进行校核。

采用上述方案后，本发明针对同步电机惰速并网方式，提出了一种最小允许并网频差的计算公式，本发明仅依赖于电机惰走时的实际定子电压频率变化率，易于工程实施，同时兼顾了高并网成功率和小并网冲击。

附图说明

图1是一种惰速并网方式的应用场合；

图2是初始相差与最小允许并网频差的关系示意图；

图3是不对称频差整定方法示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本发明提供一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，具体包含如下两部分内容：

1、最小允许并网频差的工程化计算方法

设三相对称电源(如公用电网)的电压频率为f₀(单位：Hz)，其电压矢量的相位为：

以原动机退出时为零时刻，此时电机定子电压频率为f₁。原动机退出后，随电机转速的惰走，设电机定子侧(以下简称待并侧)电压频率的变化率为k(单位：Hz/s)。

考虑到工程实际，在同步转速附近的小范围内认为k几乎不变，则电机定子电压频率f_M、相位与时间的关系分别为：

f_m(t)＝(f₁-k·t) 式②

式③中为与间夹角的初始值。与时间的关系可描述为：

将式②代入式④，可得到与f_Μ的关系如下：

式⑤以f_Μ为自变量，对于特定应用，f₁、f₀和k均为常数。

而则在0～2π之间随机取值，并形成一簇抛物线，如图1所示。抛物线与直线Δφ(f_M)＝n*2π,n＝1,2,3…相交的点，即为零角差并网点。

对于特定的其确定的抛物线顶点与某直线Δφ＝2nπ,n＝1,2,3…接近相切时，需要的允许并网频差最大，即最小允许频差Δf_min。Δf_min可由抛物线与直线的交点确定。根据图1中的几何关系得：

求解上述方程，得到：

因此，测量电机实际惰走速率后，通过式⑦易算得“最小允许并网频差”。

虽然上述公式的推导假设允许并网角差为零，但实际工程中，允许并网角差也通常整定得很小(如2度)。因此，假设是合理的，对频差的确定影响很小。

2、非对称频差整定

现代微机准同期装置，捕捉同期点的能力已经很强，根据实测的电机惰走速度变化率，工程现场即可完成允许频差的整定。

但是，考虑到电机运行一段时间后，其惰走特性可能会略有变化。因此，整定准同期装置的允许并网频差时，应在上述计算结果的基础上，留有足够的裕量。然而，这反过来会增大并网冲击电流，存在矛盾。

将准同期装置同期点的正向允许频差Δf₊和负向允许频差Δf_-分别整定为不同的值，即：

式⑧中，K为频差裕度系数，K＞1。

如图2所示，电机惰走过程中，在高于电网频率的并网区间内，允许并网频差Δf₊设置为理论最小值，以尽可能减小并网冲击；在低于电网频率的并网区间内，允许并网频差Δf_-留有足够的裕度，以保证100％成功并网。

以下将通过具体实施例对本发明的技术方案进行举例说明。

步骤1，电机惰走时机端电压频率的变化曲线测量

首先，断开准同期装置对并网开关的操作回路。

原动机拖动电机至f₁＝52.5Hz，然后退出运行，并与电机定子断开连接。同时启动录波仪器，对电机定子电压的频率进行录波，直至定子电压的频率低于48Hz，得到惰走过程中定子电压频率随时间的变化曲线。

步骤2，计算频率变化率k

在步骤1所得频率-时间录波曲线上，截取50Hz附近的频率变化曲线。例如，定子电压频率由51.5Hz降低至50Hz的时间为16秒，即电机惰走的频率变化率

步骤3，计算允许并网频差整定值

根据式⑦和⑧，可得到同期点的两个并网允许频差分别为：

将上述同期点并网允许频差定值，整定到准同期装置，并进行若干次的同期试验进行验证。

步骤4，长时间运行后的校验

当机组长期运行或检修后，可重复步骤1～步骤3对同期定值进行校核。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，其特征在于：首先测量电机惰走时的定子电压频率变化率k，然后根据计算最小允许频差Δf_min。

2.如权利要求1所述的一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，其特征在于：所述测量电机惰走时的定子电压频率变化率k的具体过程是：首先将电机频率拖动至f₁＝52.5Hz，电机进入惰走状态；对电机定子电压的频率进行录波，直至定子电压的频率低于f₂＝48Hz，得到惰走过程中定子电压频率随时间的变化曲线；然后，在变化曲线上截取f₀＝50Hz附近的频率变化曲线，判断定子电压频率由f_a降低至f_b的时间t，则电机惰走的频率变化率其中f₂＜f_b＜f_a＜f₁。

3.如权利要求2所述的一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，其特征在于：f_a＝51.5Hz，f_b＝50Hz。

4.如权利要求1所述的一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，其特征在于：还包括将准同期装置同期点的正向允许频差Δf₊和负向允许频差Δf_-分别整定为不同的值，即：

其中，K为频差裕度系数，K＞1；

在电机惰走过程中，在高于电网频率的并网区间内，允许频差Δf₊设置为理论最小值；在低于电网频率的并网区间内，允许频差Δf_-留有裕度，以保证100％成功并网。

5.如权利要求1所述的一种同步电机惰速并网允许频差定值的整定方法，其特征在于：当机组长期运行或检修后，还对同期定值进行校核。