淺談同期并網(wǎng)檢測技術(shù)在應(yīng)急發(fā)電自動投切系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡曉斌 楊陽 江麗麗

摘 ? 要：應(yīng)急發(fā)電設(shè)備在市電恢復(fù)供電后，應(yīng)及時退出應(yīng)急供電狀態(tài)并切換為市電模式。關(guān)于負荷切換時如何保證無沖擊電流和電壓閃動以實現(xiàn)負荷平穩(wěn)過渡的痛點問題，本文根據(jù)并網(wǎng)基本條件和原理，對并網(wǎng)電壓、電流、相位及頻率等關(guān)鍵參數(shù)進行檢測分析，提出一種基于差頻并網(wǎng)的同期檢測方法及并網(wǎng)保護策略，能夠保證在不停電狀態(tài)下完成主線路零閃動切換和負荷供電電源的平穩(wěn)過渡，切實高應(yīng)急電源應(yīng)用的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng) ?同期檢測技術(shù) ?差頻并網(wǎng) ?電壓零閃動 ?保護策略

中圖分類號：TM61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0003-02

發(fā)電車、UPS等應(yīng)急電源裝備是重要會議、大型活動以及其他對供電可靠性有嚴格要求場合的有效保電手段。其中，應(yīng)急發(fā)電車、發(fā)電機等因具有移動靈活、方便運輸和部署等特點，廣泛應(yīng)用于各類保電工作現(xiàn)場[1]，以避免市電長時間檢修給供電企業(yè)形象造成不良影響。

然而，應(yīng)急發(fā)電設(shè)備在市電恢復(fù)供電后，考慮到其自身發(fā)電時長、節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟性等因素，應(yīng)及時退出應(yīng)急供電狀態(tài)并切換為市電模式。由于應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)和市電系統(tǒng)的電壓、電流、相位及頻率參數(shù)不同，如何保證負荷切換時無沖擊電流和電壓零閃動以實現(xiàn)平穩(wěn)過渡成為應(yīng)急發(fā)電自動投切系統(tǒng)必須解決的問題，對于保護用電負載、應(yīng)急發(fā)電設(shè)備以及供電系統(tǒng)的穩(wěn)定都有極其重要的意義。

1 ?應(yīng)急電源并網(wǎng)條件及工作原理

應(yīng)急發(fā)電并網(wǎng)條件：（1）應(yīng)急電源輸出側(cè)電壓波形與市電系統(tǒng)電壓波形相同;（2）應(yīng)急電源輸出頻率與市電系統(tǒng)頻率相同（頻率差值滿足區(qū)間±0.15Hz即可）;（3）應(yīng)急電源與市電電壓相序、相位、幅值相同（幅值壓差在±2%區(qū)間內(nèi)即可），壓差數(shù)值越小，并網(wǎng)時波動越小越平穩(wěn)[2-3]。

應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)通過采集市電系統(tǒng)側(cè)電壓與自身輸出側(cè)電壓對比，當(dāng)兩側(cè)的電壓壓差、頻差、相位及相序滿足既定并網(wǎng)條件時，市電開關(guān)投入運行進行并網(wǎng)運行，實現(xiàn)市電的不停電投切。應(yīng)急電源在退出時，通過應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)的延時單元實現(xiàn)線路零閃動切換至主線路供電，確保市電恢復(fù)時平穩(wěn)交接過渡。

2 ?同期并網(wǎng)關(guān)鍵參數(shù)影響分析

考慮到應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)與市電并網(wǎng)運行可能造成的電壓波動、進相運行、保護誤動作及負荷沖擊等異常事故，因此本文對同期并網(wǎng)的關(guān)鍵參數(shù)壓差、頻差、導(dǎo)前時間整定等進行影響分析，以避免可能導(dǎo)致的負荷損壞及電源系統(tǒng)劇烈波動現(xiàn)象。

2.1 并網(wǎng)允許壓差值

應(yīng)急電源輸出側(cè)電壓幅值與市電系統(tǒng)電壓幅值壓差值超越并網(wǎng)允許壓差值后，會引發(fā)無功電流沖擊，這將對應(yīng)急發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機定子繞組產(chǎn)生過熱或振動現(xiàn)象，甚至破壞發(fā)電機繞組正常運行，因此必須嚴格控制并網(wǎng)壓差。

2.2 并網(wǎng)允許頻差值

應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)的頻率和市電系統(tǒng)在并網(wǎng)運行時，從客觀意義上講，二者的頻率不可能完全相同，只要滿足一定的頻差區(qū)間，不會影響二者同步運行。但如果頻率差值超過一定范圍，則應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)和市電并網(wǎng)初始時刻，會產(chǎn)生短暫劇烈的有功功率暫態(tài)交換過程，直到市電系統(tǒng)將應(yīng)急發(fā)電機拉入頻率同步的運行狀態(tài)。因此，過大的頻差顯然會加劇暫態(tài)交換過程并影響并網(wǎng)后進入穩(wěn)態(tài)運行的暫態(tài)時間周期。

2.3 導(dǎo)前時間整定

導(dǎo)前時間是控制系統(tǒng)發(fā)出合閘命令時間與并網(wǎng)投切開關(guān)合閘時間之和。考慮到并網(wǎng)過程相位差導(dǎo)致的有功電流和無功電流沖擊，需嚴格控制相位差對電網(wǎng)系統(tǒng)及負載設(shè)備的沖擊破壞。因此，對應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)在同期并網(wǎng)時導(dǎo)前時間的整定須加以限制，防止合閘指令過早發(fā)出或延遲發(fā)出。需要說明的是，這里的導(dǎo)前時間需要針對不同的斷路器開關(guān)和應(yīng)用現(xiàn)場進行實際測試獲取。

3 ?同期并網(wǎng)檢測技術(shù)實現(xiàn)

目前，應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)大部分都是無人操作的自動投切系統(tǒng)，因此需具備同期并網(wǎng)自動檢測功能。本文提出一種基于差頻并網(wǎng)的同期檢測方法及并網(wǎng)保護策略。

差頻并網(wǎng)模式的主要思路是通過采集應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)輸出側(cè)和市電系統(tǒng)側(cè)電壓、頻率、相位，設(shè)計鎖相電路和比較器電路，并按照模糊控制算法建立精確的函數(shù)模型進行快速運算，保障在頻差符合并網(wǎng)區(qū)間內(nèi)時自動完成并網(wǎng)合閘指令的發(fā)送。同時，該方法能夠自動對發(fā)電機組頻率和輸出側(cè)電壓進行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)并網(wǎng)時頻差、壓差整定區(qū)間，確保以最快最平穩(wěn)的方式完成自動并網(wǎng)。

此外，為防止并網(wǎng)不同期造成系統(tǒng)劇烈波動或震蕩，同期并網(wǎng)單元應(yīng)具備過流保護、過壓保護及發(fā)動機過載保護等相應(yīng)保護配置功能。過載保護主要是考慮并網(wǎng)合閘過程中，因檢同期參數(shù)調(diào)整時間過長或并網(wǎng)失敗導(dǎo)致應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)機組過載導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備發(fā)熱嚴重或絕緣破壞問題。其次，并網(wǎng)時一旦電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生震蕩現(xiàn)象，必然導(dǎo)致系統(tǒng)電壓抬升，容易引起負載絕緣擊穿或放電打火。因此通常需設(shè)置過電壓自動跳閘及報警等功能。過流保護通常最高設(shè)定為應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)額定電流的1.2倍即可，當(dāng)系統(tǒng)過載或并網(wǎng)失敗引起電流沖擊時，通過過流保護功能自動切斷并網(wǎng)開關(guān)并進行報警，防止機組燒毀或設(shè)備損壞等電力事故發(fā)生。

4 ?結(jié)語

本文從應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)和市電系統(tǒng)同期并網(wǎng)作用和并網(wǎng)原理及關(guān)鍵參數(shù)影響進行分析，提出一種基于差頻并網(wǎng)的同期檢測方法及并網(wǎng)保護策略，在市電恢復(fù)時，應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)自動檢測電網(wǎng)參數(shù)并實現(xiàn)同期并網(wǎng)，能夠保證在不停電狀態(tài)下完成主線路零閃動切換和負荷供電電源的平穩(wěn)過渡，切實高應(yīng)急電源使用的安全性和可靠性，同時對于應(yīng)急發(fā)電自動投切系統(tǒng)的信息化、智能化運維具有重要推動作用。

參考文獻

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[2] 李鵬飛，呂躍剛，劉吉宏，等.發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)[J].中國電力，2009（11）：61-65.

[3] 蓋家鵬，張忠社，韓江峰，等. 應(yīng)急發(fā)電車并網(wǎng)控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2018（24）：00.