淺談同期并網檢測技術在應急發電自動投切系統中的應用

胡曉斌 楊陽 江麗麗

摘 ? 要：應急發電設備在市電恢復供電后，應及時退出應急供電狀態并切換為市電模式。關于負荷切換時如何保證無沖擊電流和電壓閃動以實現負荷平穩過渡的痛點問題，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下完成主線路零閃動切換和負荷供電電源的平穩過渡，切實高應急電源應用的安全性和可靠性。

關鍵詞：應急發電系統 ?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，應急發電車、發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場[1]，以避免市電長時間檢修給供電企業形象造成不良影響。

然而，應急發電設備在市電恢復供電后，考慮到其自身發電時長、節能環保和經濟性等因素，應及時退出應急供電狀態并切換為市電模式。由于應急發電系統和市電系統的電壓、電流、相位及頻率參數不同，如何保證負荷切換時無沖擊電流和電壓零閃動以實現平穩過渡成為應急發電自動投切系統必須解決的問題，對于保護用電負載、應急發電設備以及供電系統的穩定都有極其重要的意義。

1 ?應急電源并網條件及工作原理

應急發電并網條件：（1）應急電源輸出側電壓波形與市電系統電壓波形相同;（2）應急電源輸出頻率與市電系統頻率相同（頻率差值滿足區間±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%區間內即可），壓差數值越小，并網時波動越小越平穩[2-3]。

應急發電系統通過采集市電系統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，實現市電的不停電投切。應急電源在退出時，通過應急發電系統的延時單元實現線路零閃動切換至主線路供電，確保市電恢復時平穩交接過渡。

2 ?同期并網關鍵參數影響分析

考慮到應急發電系統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劇烈波動現象。

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電壓幅值壓差值超越并網允許壓差值后，會引發無功電流沖擊，這將對應急發電設備的發電機定子繞組產生過熱或振動現象，甚至破壞發電機繞組正常運行，因此必須嚴格控制并網壓差。

2.2 并網允許頻差值

應急發電系統的頻率和市電系統在并網運行時，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，則應急發電系統和市電并網初始時刻，會產生短暫劇烈的有功功率暫態交換過程，直到市電系統將應急發電機拉入頻率同步的運行狀態。因此，過大的頻差顯然會加劇暫態交換過程并影響并網后進入穩態運行的暫態時間周期。

2.3 導前時間整定

導前時間是控制系統發出合閘命令時間與并網投切開關合閘時間之和。考慮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及負載設備的沖擊破壞。因此，對應急發電系統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出或延遲發出。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場進行實際測試獲取。

3 ?同期并網檢測技術實現

目前，應急發電系統大部分都是無人操作的自動投切系統，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電系統輸出側和市電系統側電壓、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模型進行快速運算，保障在頻差符合并網區間內時自動完成并網合閘指令的發送。同時，該方法能夠自動對發電機組頻率和輸出側電壓進行調節，以適應并網時頻差、壓差整定區間，確保以最快最平穩的方式完成自動并網。

此外，為防止并網不同期造成系統劇烈波動或震蕩，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，因檢同期參數調整時間過長或并網失敗導致應急發電系統機組過載導致發電設備發熱嚴重或絕緣破壞問題。其次，并網時一旦電網系統發生震蕩現象，必然導致系統電壓抬升，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電系統額定電流的1.2倍即可，當系統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生。

4 ?結語

本文從應急發電系統和市電系統同期并網作用和并網原理及關鍵參數影響進行分析，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，應急發電系統自動檢測電網參數并實現同期并網，能夠保證在不停電狀態下完成主線路零閃動切換和負荷供電電源的平穩過渡，切實高應急電源使用的安全性和可靠性，同時對于應急發電自動投切系統的信息化、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. 應急發電車并網控制技術研究與應用[J].電力設備，2018（24）：00.