胡曉斌 楊陽 江麗麗
摘 ? 要:應急發(fā)電設備在市電恢復供電后,應及時退出應急供電狀態(tài)并切換為市電模式。關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,本文根據并網基本條件和原理,對并網電壓、電流、相位及頻率等關鍵參數(shù)進行檢測分析,提出一種基于差頻并網的同期檢測方法及并網保護策略,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,切實高應急電源應用的安全性和可靠性。
關鍵詞:應急發(fā)電系統(tǒng) ?同期檢測技術 ?差頻并網 ?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,應急發(fā)電設備在市電恢復供電后,考慮到其自身發(fā)電時長、節(jié)能環(huán)保和經濟性等因素,應及時退出應急供電狀態(tài)并切換為市電模式。由于應急發(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、應急發(fā)電設備以及供電系統(tǒng)的穩(wěn)定都有極其重要的意義。
1 ?應急電源并網條件及工作原理
應急發(fā)電并網條件:(1)應急電源輸出側電壓波形與市電系統(tǒng)電壓波形相同;(2)應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)間內即可),壓差數(shù)值越小,并網時波動越小越平穩(wěn)[2-3]。
應急發(fā)電系統(tǒng)通過采集市電系統(tǒng)側電壓與自身輸出側電壓對比,當兩側的電壓壓差、頻差、相位及相序滿足既定并網條件時,市電開關投入運行進行并網運行,實現(xiàn)市電的不停電投切。應急電源在退出時,通過應急發(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,確保市電恢復時平穩(wěn)交接過渡。
2 ?同期并網關鍵參數(shù)影響分析
考慮到應急發(fā)電系統(tǒng)與市電并網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的關鍵參數(shù)壓差、頻差、導前時間整定等進行影響分析,以避免可能導致的負荷損壞及電源系統(tǒng)劇烈波動現(xiàn)象。
2.1 并網允許壓差值
應急電源輸出側電壓幅值與市電系統(tǒng)電壓幅值壓差值超越并網允許壓差值后,會引發(fā)無功電流沖擊,這將對應急發(fā)電設備的發(fā)電機定子繞組產生過熱或振動現(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壓差。
2.2 并網允許頻差值
應急發(fā)電系統(tǒng)的頻率和市電系統(tǒng)在并網運行時,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,則應急發(fā)電系統(tǒng)和市電并網初始時刻,會產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后進入穩(wěn)態(tài)運行的暫態(tài)時間周期。
2.3 導前時間整定
導前時間是控制系統(tǒng)發(fā)出合閘命令時間與并網投切開關合閘時間之和??紤]到并網過程相位差導致的有功電流和無功電流沖擊,需嚴格控制相位差對電網系統(tǒng)及負載設備的沖擊破壞。因此,對應急發(fā)電系統(tǒng)在同期并網時導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,這里的導前時間需要針對不同的斷路器開關和應用現(xiàn)場進行實際測試獲取。
3 ?同期并網檢測技術實現(xiàn)
目前,應急發(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自動檢測功能。本文提出一種基于差頻并網的同期檢測方法及并網保護策略。
差頻并網模式的主要思路是通過采集應急發(fā)電系統(tǒng)輸出側和市電系統(tǒng)側電壓、頻率、相位,設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區(qū)間內時自動完成并網合閘指令的發(fā)送。同時,該方法能夠自動對發(fā)電機組頻率和輸出側電壓進行調節(jié),以適應并網時頻差、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。
此外,為防止并網不同期造成系統(tǒng)劇烈波動或震蕩,同期并網單元應具備過流保護、過壓保護及發(fā)動機過載保護等相應保護配置功能。過載保護主要是考慮并網合閘過程中,因檢同期參數(shù)調整時間過長或并網失敗導致應急發(fā)電系統(tǒng)機組過載導致發(fā)電設備發(fā)熱嚴重或絕緣破壞問題。其次,并網時一旦電網系統(tǒng)發(fā)生震蕩現(xiàn)象,必然導致系統(tǒng)電壓抬升,容易引起負載絕緣擊穿或放電打火。因此通常需設置過電壓自動跳閘及報警等功能。過流保護通常最高設定為應急發(fā)電系統(tǒng)額定電流的1.2倍即可,當系統(tǒng)過載或并網失敗引起電流沖擊時,通過過流保護功能自動切斷并網開關并進行報警,防止機組燒毀或設備損壞等電力事故發(fā)生。
4 ?結語
本文從應急發(fā)電系統(tǒng)和市電系統(tǒng)同期并網作用和并網原理及關鍵參數(shù)影響進行分析,提出一種基于差頻并網的同期檢測方法及并網保護策略,在市電恢復時,應急發(fā)電系統(tǒng)自動檢測電網參數(shù)并實現(xiàn)同期并網,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,切實高應急電源使用的安全性和可靠性,同時對于應急發(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
[1] 郭權利,鄭俊哲,許鑒.新型自動準同期裝置設計[J].沈陽工程學院學報:自然科學版,2006(2):134-136.
[2] 李鵬飛,呂躍剛,劉吉宏,等.發(fā)電機組并網技術[J].中國電力,2009(11):61-65.
[3] 蓋家鵬,張忠社,韓江峰,等. 應急發(fā)電車并網控制技術研究與應用[J].電力設備,2018(24):00.