胡曉斌 楊陽(yáng) 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(shí)退出應(yīng)急供電狀態(tài)并切換為市電模式。關(guān)于負(fù)荷切換時(shí)如何保證無(wú)沖擊電流和電壓閃動(dòng)以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平穩(wěn)過(guò)渡的痛點(diǎn)問(wèn)題，本文根據(jù)并網(wǎng)基本條件和原理，對(duì)并網(wǎng)電壓、電流、相位及頻率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析，提出一種基于差頻并網(wǎng)的同期檢測(cè)方法及并網(wǎng)保護(hù)策略，能夠保證在不停電狀態(tài)下完成主線路零閃動(dòng)切換和負(fù)荷供電電源的平穩(wěn)過(guò)渡，切實(shí)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(cè)技術(shù) ?差頻并網(wǎng) ?電壓零閃動(dòng) ?保護(hù)策略

中圖分類號(hào)：TM61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）05（a）-0003-02

發(fā)電車、UPS等應(yīng)急電源裝備是重要會(huì)議、大型活動(dòng)以及其他對(duì)供電可靠性有嚴(yán)格要求場(chǎng)合的有效保電手段。其中，應(yīng)急發(fā)電車、發(fā)電機(jī)等因具有移動(dòng)靈活、方便運(yùn)輸和部署等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類保電工作現(xiàn)場(chǎng)[1]，以避免市電長(zhǎng)時(shí)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(shí)長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性等因素，應(yīng)及時(shí)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(fù)荷切換時(shí)無(wú)沖擊電流和電壓零閃動(dòng)以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡成為應(yīng)急發(fā)電自動(dòng)投切系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題，對(duì)于保護(hù)用電負(fù)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(shí)波動(dòng)越小越平穩(wěn)[2-3]。

應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)采集市電系統(tǒng)側(cè)電壓與自身輸出側(cè)電壓對(duì)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(shí)，市電開關(guān)投入運(yùn)行進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)市電的不停電投切。應(yīng)急電源在退出時(shí)，通過(guò)應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)的延時(shí)單元實(shí)現(xiàn)線路零閃動(dòng)切換至主線路供電，確保市電恢復(fù)時(shí)平穩(wěn)交接過(guò)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(yùn)行可能造成的電壓波動(dòng)、進(jìn)相運(yùn)行、保護(hù)誤動(dòng)作及負(fù)荷沖擊等異常事故，因此本文對(duì)同期并網(wǎng)的關(guān)鍵參數(shù)壓差、頻差、導(dǎo)前時(shí)間整定等進(jìn)行影響分析，以避免可能導(dǎo)致的負(fù)荷損壞及電源系統(tǒng)劇烈波動(dòng)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(huì)引發(fā)無(wú)功電流沖擊，這將對(duì)應(yīng)急發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生過(guò)熱或振動(dòng)現(xiàn)象，甚至破壞發(fā)電機(jī)繞組正常運(yùn)行，因此必須嚴(yán)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(yùn)行時(shí)，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(huì)影響二者同步運(yùn)行。但如果頻率差值超過(guò)一定范圍，則應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)和市電并網(wǎng)初始時(shí)刻，會(huì)產(chǎn)生短暫劇烈的有功功率暫態(tài)交換過(guò)程，直到市電系統(tǒng)將應(yīng)急發(fā)電機(jī)拉入頻率同步的運(yùn)行狀態(tài)。因此，過(guò)大的頻差顯然會(huì)加劇暫態(tài)交換過(guò)程并影響并網(wǎng)后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的暫態(tài)時(shí)間周期。

2.3 導(dǎo)前時(shí)間整定

導(dǎo)前時(shí)間是控制系統(tǒng)發(fā)出合閘命令時(shí)間與并網(wǎng)投切開關(guān)合閘時(shí)間之和?？紤]到并網(wǎng)過(guò)程相位差導(dǎo)致的有功電流和無(wú)功電流沖擊，需嚴(yán)格控制相位差對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)及負(fù)載設(shè)備的沖擊破壞。因此，對(duì)應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)在同期并網(wǎng)時(shí)導(dǎo)前時(shí)間的整定須加以限制，防止合閘指令過(guò)早發(fā)出或延遲發(fā)出。需要說(shuō)明的是，這里的導(dǎo)前時(shí)間需要針對(duì)不同的斷路器開關(guān)和應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試獲取。

3 ?同期并網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

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

差頻并網(wǎng)模式的主要思路是通過(guò)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(jì)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(jìn)行快速運(yùn)算，保障在頻差符合并網(wǎng)區(qū)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)完成并網(wǎng)合閘指令的發(fā)送。同時(shí)，該方法能夠自動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)組頻率和輸出側(cè)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)并網(wǎng)時(shí)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(dòng)并網(wǎng)。

此外，為防止并網(wǎng)不同期造成系統(tǒng)劇烈波動(dòng)或震蕩，同期并網(wǎng)單元應(yīng)具備過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)及發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)等相應(yīng)保護(hù)配置功能。過(guò)載保護(hù)主要是考慮并網(wǎng)合閘過(guò)程中，因檢同期參數(shù)調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或并網(wǎng)失敗導(dǎo)致應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)機(jī)組過(guò)載導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重或絕緣破壞問(wèn)題。其次，并網(wǎng)時(shí)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(fù)載絕緣擊穿或放電打火。因此通常需設(shè)置過(guò)電壓自動(dòng)跳閘及報(bào)警等功能。過(guò)流保護(hù)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(guò)載或并網(wǎng)失敗引起電流沖擊時(shí)，通過(guò)過(guò)流保護(hù)功能自動(dòng)切斷并網(wǎng)開關(guān)并進(jìn)行報(bào)警，防止機(jī)組燒毀或設(shè)備損壞等電力事故發(fā)生。

4 ?結(jié)語(yǔ)

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(jìn)行分析，提出一種基于差頻并網(wǎng)的同期檢測(cè)方法及并網(wǎng)保護(hù)策略，在市電恢復(fù)時(shí)，應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)參數(shù)并實(shí)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(dòng)切換和負(fù)荷供電電源的平穩(wěn)過(guò)渡，切實(shí)高應(yīng)急電源使用的安全性和可靠性，同時(shí)對(duì)于應(yīng)急發(fā)電自動(dòng)投切系統(tǒng)的信息化、智能化運(yùn)維具有重要推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

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