分布式能源電站SID－2AF微機同期裝置并網(wǎng)試驗

王晨希

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

1 研究背景

某分布式能源站擬規(guī)劃建設(shè)2×59 MW+1×45．5 MW燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機組。發(fā)電機－變壓器組以單元接線的方式接入廠內(nèi)110 kV母線，發(fā)電機出口裝設(shè)斷路器。為了保證電網(wǎng)的充裕度和安全性，使其擁有足夠的發(fā)電和輸電容量且在事故狀態(tài)下不會導(dǎo)致失控和大面積停電，發(fā)電機組以快速、平穩(wěn)的狀態(tài)并入電網(wǎng)至關(guān)重要［1］。

SID－2AF微機同期裝置可以實現(xiàn)發(fā)電機差頻并網(wǎng)，在發(fā)電機并網(wǎng)過程中，一旦收到啟動同期的指令，同期裝置會對機組頻率及電壓進行控制，從而使頻差及壓差進入整定范圍。精確的數(shù)學(xué)模型可確保裝置捕捉到第1次出現(xiàn)的并網(wǎng)時機，并準(zhǔn)確地在相角差為0°時完成無沖擊并網(wǎng)。

SID－2AF微機同期裝置及其二次回路相對簡單，但為了保證在發(fā)電機短路試驗、空載試驗完成后的假同期試驗、準(zhǔn)同期并網(wǎng)試驗等順利完成，從而保障發(fā)電機安全穩(wěn)定可靠并網(wǎng)，在發(fā)電機整套啟動并網(wǎng)之前必須對同期裝置進行靜態(tài)、動態(tài)試驗［2］。

2 發(fā)電機并網(wǎng)

2．1 準(zhǔn)同期方式并網(wǎng)

準(zhǔn)同期并網(wǎng)是給未與系統(tǒng)并列的發(fā)電機加上勵磁，在并入電網(wǎng)前調(diào)節(jié)發(fā)電機機端電壓和頻率，使其滿足發(fā)電機機端電壓和電網(wǎng)電壓差不超過系統(tǒng)側(cè)電壓的5%～10%、發(fā)電機頻率和電網(wǎng)頻率差不超過0．1 ～0．2 Hz、發(fā)電機和電網(wǎng)相位差不超過 10°等條件，以平穩(wěn)的方式將發(fā)電機并入電網(wǎng)，減小對電網(wǎng)和發(fā)電機本身的沖擊。在并網(wǎng)過程中，電壓差會導(dǎo)致無功性質(zhì)的沖擊，頻率差會導(dǎo)致有功性質(zhì)的沖擊，相位差則會同時包含有功和無功性質(zhì)的沖擊。因此，掌握準(zhǔn)確的并網(wǎng)時間和并網(wǎng)條件尤為重要。

2．2 并網(wǎng)過程中同期裝置工作過程

同期裝置的工作流程如圖1所示。裝置進入工作模式之后，首先進行自檢，如果自檢不通過，則報警并進入自鎖狀態(tài)。自檢通過后進入輸入量檢查，如果輸入量不滿足條件，則報警并進入自鎖狀態(tài)，如果輸入量符合進入同期過程要求，裝置會輸出“就緒”信號，在收到“啟動同期”信號后，裝置自動進入同期程序。進入同期程序后，首先判定同期模式，包括單側(cè)無壓合閘、雙側(cè)無壓合閘、同頻并網(wǎng)、差頻并網(wǎng)。確定模式后即進入同期過程，在同期過程中，如果出現(xiàn)裝置不能自動完成同期操作的情況(如在非無壓合閘并網(wǎng)時系統(tǒng)側(cè)或帶并側(cè)無壓，或同期時間超過整定值等)，裝置報警并進入閉鎖狀態(tài)。當(dāng)符合同期合閘條件時，裝置發(fā)出合閘令，完成同期操作。在發(fā)電機同期時，如果頻差或壓差超過整定值且允許調(diào)頻調(diào)壓，裝置自動發(fā)出相關(guān)控制指令，以快速達到同期條件。完成同期操作后裝置進入閉鎖狀態(tài)［3－5］。

圖1 同期裝置工作流程Fig．1 Synchronous device workflow

3 同期試驗及數(shù)據(jù)分析

同期裝置在工作過程中能否快速實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)并準(zhǔn)確并網(wǎng)操作，對于機組及電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行至關(guān)重要。因此，在機組并網(wǎng)前，需要對同期裝置進行調(diào)壓、調(diào)頻、核相等試驗［6］。

3．1 調(diào)壓試驗

設(shè)定同期裝置系統(tǒng)側(cè)電壓互感器(TV)二次電壓整定值為100 V，待并側(cè)TV二次電壓整定值為100 V，允許壓差為±5%Ue(Ue為額定工作電壓)，采用差頻并網(wǎng)方式。

3．1．1 升壓試驗

在固有頻差的前提下，設(shè)定試驗初始值:系統(tǒng)側(cè)頻率 fs=50．0Hz，待并側(cè)頻率 fg=50．1 Hz，系統(tǒng)側(cè)電壓 Us=100．0 V，待并側(cè)電壓 Ug=93．8 V，試驗過程中，手動升高發(fā)電機電壓。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓為100．0 V，待并側(cè)電壓為93．8V，電壓差值為6．2V時，同期裝置未發(fā)出合閘命令。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓為100．0 V，待并側(cè)電壓為95．3V，電壓差值為4．7V時，同期裝置發(fā)出合閘命令。

3．1．2 降壓試驗

在固有頻差的前提下，設(shè)定試驗初始值:fs=50．0 Hz，fg=50．1 Hz，Us=100．0 V，Ug=106．0 V，試驗過程中，手動降低發(fā)電機電壓。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓為100．0 V，待并側(cè)電壓為106．0 V，電壓差值為 6．0 V時，同期裝置未發(fā)出合閘命令。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓為100．0V，待并側(cè)電壓為104．3V，差值為4．3V 時，同期裝置發(fā)出合閘命令。

3．2 調(diào)頻試驗

3．2．1 升頻試驗

系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)電壓設(shè)定為額定值，允許頻差為 ±0．15 Hz，設(shè)定試驗初始值:Us=100 V，Ug=100 V，fs=50．0 Hz，fg=47．5 Hz，試驗過程中，手動升高發(fā)電機側(cè)頻率。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)頻率為50．0 Hz，待并側(cè)頻率為49．6 Hz，頻率差值為0．4 Hz時，同期裝置未發(fā)出合閘命令。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)頻率為50．0 Hz，待并側(cè)頻率為49．9 Hz，頻率差值為0．1 Hz時，同期裝置發(fā)出合閘命令。

3．2．2 降頻試驗

系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)電壓設(shè)定為額定值，允許頻差為 ±0．15 Hz，設(shè)定試驗初始值:Us=100 V，Ug=100 V，fs=50．0 Hz，fg=50．2 Hz，試驗過程中，手動降低發(fā)電機側(cè)頻率。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)頻率為50．0 Hz，待并側(cè)頻率為50．2 Hz，頻率差值為0．2 Hz時，同期裝置未發(fā)出合閘命令。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)頻率為50．0 Hz，待并側(cè)頻率為50．1 Hz，頻率差值為0．1 Hz時，同期裝置發(fā)出合閘命令。

3．3 核相試驗

在新機組并網(wǎng)前，通過檢查發(fā)電機出口和系統(tǒng)側(cè)相序、相位，達到新機組安全并網(wǎng)的目的。

3．3．1 核對二次相位

使用同一電源加在待核相兩組TV高壓側(cè)，用電壓表測得各組TV低壓側(cè)A，B，C相相電壓均為60 V左右，兩組TV低壓側(cè)同相電壓幾乎為零，不同相之間電壓為100 V左右，由此說明二次相位正確。

3．3．2 核對一次相序

發(fā)電機啟動至全速，空載建壓，通過已經(jīng)核對好二次相位的發(fā)電機側(cè)TV和系統(tǒng)側(cè)TV核相，由相序表量得發(fā)電機側(cè)TV與系統(tǒng)側(cè)TV相序一致，由此說明一次相序正確。

4 結(jié)束語

SID自動準(zhǔn)同期裝置是利用頻差檢查、壓差檢查以及導(dǎo)前時間整定等原理，通過時間程序與內(nèi)部集成電路，在一定的控制策略下實現(xiàn)發(fā)電機與電網(wǎng)并列。裝置配有自動電壓調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)單元，同期過程中在壓差和頻差進入整定值范圍時快速發(fā)出控制脈沖，否則自動調(diào)節(jié)發(fā)電機機端電壓和頻率。該裝置性能可靠、合閘迅速，實踐證明，通過調(diào)試和校驗，SID－2AF微機同期裝置可保證該發(fā)電機成功并網(wǎng)，也進一步為電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行奠定了基礎(chǔ)。