分布式能源電站SID－2AF微機同期裝置并網試驗

王晨希

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213011)

1 研究背景

某分布式能源站擬規劃建設2×59 MW+1×45．5 MW燃氣－蒸汽聯合循環機組。發電機－變壓器組以單元接線的方式接入廠內110 kV母線，發電機出口裝設斷路器。為了保證電網的充裕度和安全性，使其擁有足夠的發電和輸電容量且在事故狀態下不會導致失控和大面積停電，發電機組以快速、平穩的狀態并入電網至關重要［1］。

SID－2AF微機同期裝置可以實現發電機差頻并網，在發電機并網過程中，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。精確的數學模型可確保裝置捕捉到第1次出現的并網時機，并準確地在相角差為0°時完成無沖擊并網。

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

2 發電機并網

2．1 準同期方式并網

準同期并網是給未與系統并列的發電機加上勵磁，在并入電網前調節發電機機端電壓和頻率，使其滿足發電機機端電壓和電網電壓差不超過系統側電壓的5%～10%、發電機頻率和電網頻率差不超過0．1 ～0．2 Hz、發電機和電網相位差不超過 10°等條件，以平穩的方式將發電機并入電網，減小對電網和發電機本身的沖擊。在并網過程中，電壓差會導致無功性質的沖擊，頻率差會導致有功性質的沖擊，相位差則會同時包含有功和無功性質的沖擊。因此，掌握準確的并網時間和并網條件尤為重要。

2．2 并網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。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，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，包括單側無壓合閘、雙側無壓合閘、同頻并網、差頻并網。確定模式后即進入同期過程，在同期過程中，如果出現裝置不能自動完成同期操作的情況(如在非無壓合閘并網時系統側或帶并側無壓，或同期時間超過整定值等)，裝置報警并進入閉鎖狀態。當符合同期合閘條件時，裝置發出合閘令，完成同期操作。在發電機同期時，如果頻差或壓差超過整定值且允許調頻調壓，裝置自動發出相關控制指令，以快速達到同期條件。完成同期操作后裝置進入閉鎖狀態［3－5］。

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

3 同期試驗及數據分析

同期裝置在工作過程中能否快速實現電壓調節、頻率調節并準確并網操作，對于機組及電網安全、穩定、可靠運行至關重要。因此，在機組并網前，需要對同期裝置進行調壓、調頻、核相等試驗［6］。

3．1 調壓試驗

設定同期裝置系統側電壓互感器(TV)二次電壓整定值為100 V，待并側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)，采用差頻并網方式。

3．1．1 升壓試驗

在固有頻差的前提下，設定試驗初始值:系統側頻率 fs=50．0Hz，待并側頻率 fg=50．1 Hz，系統側電壓 Us=100．0 V，待并側電壓 Ug=93．8 V，試驗過程中，手動升高發電機電壓。當系統側電壓為100．0 V，待并側電壓為93．8V，電壓差值為6．2V時，同期裝置未發出合閘命令。當系統側電壓為100．0 V，待并側電壓為95．3V，電壓差值為4．7V時，同期裝置發出合閘命令。

3．1．2 降壓試驗

在固有頻差的前提下，設定試驗初始值:fs=50．0 Hz，fg=50．1 Hz，Us=100．0 V，Ug=106．0 V，試驗過程中，手動降低發電機電壓。當系統側電壓為100．0 V，待并側電壓為106．0 V，電壓差值為 6．0 V時，同期裝置未發出合閘命令。當系統側電壓為100．0V，待并側電壓為104．3V，差值為4．3V 時，同期裝置發出合閘命令。

3．2 調頻試驗

3．2．1 升頻試驗

系統側和待并側電壓設定為額定值，允許頻差為 ±0．15 Hz，設定試驗初始值:Us=100 V，Ug=100 V，fs=50．0 Hz，fg=47．5 Hz，試驗過程中，手動升高發電機側頻率。當系統側頻率為50．0 Hz，待并側頻率為49．6 Hz，頻率差值為0．4 Hz時，同期裝置未發出合閘命令。當系統側頻率為50．0 Hz，待并側頻率為49．9 Hz，頻率差值為0．1 Hz時，同期裝置發出合閘命令。

3．2．2 降頻試驗

系統側和待并側電壓設定為額定值，允許頻差為 ±0．15 Hz，設定試驗初始值:Us=100 V，Ug=100 V，fs=50．0 Hz，fg=50．2 Hz，試驗過程中，手動降低發電機側頻率。當系統側頻率為50．0 Hz，待并側頻率為50．2 Hz，頻率差值為0．2 Hz時，同期裝置未發出合閘命令。當系統側頻率為50．0 Hz，待并側頻率為50．1 Hz，頻率差值為0．1 Hz時，同期裝置發出合閘命令。

3．3 核相試驗

在新機組并網前，通過檢查發電機出口和系統側相序、相位，達到新機組安全并網的目的。

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，用電壓表測得各組TV低壓側A，B，C相相電壓均為60 V左右，兩組TV低壓側同相電壓幾乎為零，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

發電機啟動至全速，空載建壓，通過已經核對好二次相位的發電機側TV和系統側TV核相，由相序表量得發電機側TV與系統側TV相序一致，由此說明一次相序正確。

4 結束語

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