一種抽水蓄能機組在抽水工況下并網(wǎng)參數(shù)的整定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明抽水蓄能機組并網(wǎng)參數(shù)的整定技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種抽水蓄能機組在抽 水工況下并網(wǎng)參數(shù)的整定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 抽水蓄能電站兼具有發(fā)電、抽水等多種運行工況，通過工況間的轉(zhuǎn)換，抽水蓄能電 站能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、電壓調(diào)整等多項重要功能，抽水蓄能電站的各種運行工況 都需要與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，但是不同工況下抽水蓄能機組對同期并網(wǎng)的要求各不相同。
[0003] 抽水蓄能機組并網(wǎng)是十分重要的操作，且操作比較頻繁。并網(wǎng)過程會產(chǎn)生一定的 沖擊電流，如果沖擊電流過大，不僅會使發(fā)變組保護裝置誤動作，導(dǎo)致并網(wǎng)失敗，而且沖擊 電流所產(chǎn)生的電動力會給水輪機和發(fā)電機設(shè)備的安全運行帶來不利影響，嚴(yán)重時會損壞發(fā) 電設(shè)備，帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此開展抽水蓄能機組不同運行工況下的同期并網(wǎng)研究，對 提高抽水蓄能機組和電站的安全穩(wěn)定運行，具有重要意義。
[0004] 目前，抽水蓄能電站不同工況下的同期參數(shù)多是基于運行經(jīng)驗值或設(shè)計單位的推 薦值進行設(shè)定，在整定值的選擇方面具有一定的隨機性和任意性，尤其是沒有針對不同機 組的特性和運行規(guī)律，選擇最優(yōu)同期參數(shù)。
[0005] 抽水蓄能電站發(fā)電工況的并網(wǎng)過程與普通水電站同步發(fā)電機的并網(wǎng)過程并無本 質(zhì)差別，仍使用普通同步發(fā)電機的準(zhǔn)同期并網(wǎng)參數(shù)就可W取得良好的并網(wǎng)效果，但抽水蓄 能電站抽水工況的并網(wǎng)過程與普通發(fā)電機的并網(wǎng)相比具有一定的特殊性。抽水工況下，機 組有兩種啟動方式，即靜止變頻器（static化equen巧Converter, SFC)啟動方式和背靠背 啟動方式，在并網(wǎng)參數(shù)的整定過程中，運兩種方式由于對應(yīng)的并網(wǎng)過程有所不同，必須分別 考慮。
[0006] SFC啟動方式是利用晶閩管變頻器產(chǎn)生頻率可變的交流電源對蓄能機組進行啟 動，該方法通過轉(zhuǎn)子位置檢測裝置輸出轉(zhuǎn)速及位置信號，由變頻器控制調(diào)整晶閩管的導(dǎo)通 角，用此來進行轉(zhuǎn)速和整流控制，現(xiàn)已被用做各蓄能電站的主啟動方式。
[0007] 蓄能機組的SFC啟動過程的一般過程為：在確定機組開機條件后，投入SFC裝置與 被啟動機組間的選擇開關(guān)和斷路器，使被啟動機組與SFC裝置連接，在抽水蓄能機組轉(zhuǎn)子 上通入額定的勵磁電流，然后投入SFC裝置電源，靜止變頻器開始向電機定子輸入頻率從 零開始，逐步上升的=相交流電，定子=相電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與已勵磁的轉(zhuǎn)子磁場相 互作用產(chǎn)生加速力矩，機組轉(zhuǎn)速隨之逐步升至額定轉(zhuǎn)速，最后W準(zhǔn)同期方式并網(wǎng)，機組轉(zhuǎn)換 為由電網(wǎng)供電，完成啟動。
[0008] SFC啟動的同期過程準(zhǔn)同期并網(wǎng)過程中，因為機組在并網(wǎng)前后分別為兩種供電方 式，即從由SFC裝置供電轉(zhuǎn)換為由電網(wǎng)供電，因此需要轉(zhuǎn)換供電電源。為避免兩電源同時供 電現(xiàn)象的出現(xiàn)，在同期裝置發(fā)出"并網(wǎng)"指令后首先停止SFC裝置工作，使機組處在無動力 狀態(tài)，僅靠自身慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，然后等待SFC啟動回路開關(guān)分閩，再進行同期合閩操作，機 組改由電網(wǎng)供電。
[0009] 同步啟動又稱背靠背啟動或?qū)ν蠁印Ｍ絾訒r用本電站或相鄰電站的一臺常 規(guī)發(fā)電機組或蓄能機組做發(fā)電機運行來啟動其它蓄能機組抽水。首先將被啟動機組與啟動 機組的定子繞組在電氣上連接，并分別在轉(zhuǎn)子上通入額定的勵磁電流。發(fā)電機啟動過程中 產(chǎn)生的低頻電流直接流入待啟動機組的定子上，待啟動機組在同步轉(zhuǎn)矩作用下逐步升速。 當(dāng)轉(zhuǎn)速升到80%額定轉(zhuǎn)速時，投入各自的勵磁調(diào)節(jié)器，然后W準(zhǔn)同期方式并入電網(wǎng)，完成起 動過程。
[0010] 背靠背啟動的準(zhǔn)同期并網(wǎng)過程與SFC啟動方式類似，同樣存在供電電源切換的問 題，即機組需要從由啟動發(fā)電機供電切換為由電網(wǎng)供電，在同期系統(tǒng)發(fā)出"并網(wǎng)"指令后，首 先斷開背靠背啟動發(fā)電機組回路，使待并網(wǎng)機組處在無動力運行狀態(tài)，僅靠自身慣性繼續(xù) 旋轉(zhuǎn)，待背靠背啟動發(fā)電機組回路斷開W后再進行同期并網(wǎng)合閩操作，改由電網(wǎng)供電。
[0011] 此外，在采用各種啟動方式進行機組啟動時，為了減小啟動時的阻力，一般采用脫 水啟動方式，即在轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速10%- 20%時，監(jiān)控發(fā)指令給調(diào)相壓水氣系統(tǒng)，開 始往轉(zhuǎn)輪室注入高壓氣，在第一次將轉(zhuǎn)輪室水位壓到轉(zhuǎn)輪W下，壓水氣系統(tǒng)通過其控制系 統(tǒng)和水位信號反饋，自動調(diào)節(jié)補氣和停止補氣，保證在整個啟動過程中維持轉(zhuǎn)輪室水位在 轉(zhuǎn)輪W下，因此啟動時的負載轉(zhuǎn)矩極小，可視為空載。
[0012] 對于準(zhǔn)同期并網(wǎng)，抽水蓄能機組在抽水工況下的并網(wǎng)與發(fā)電工況下的并網(wǎng)沒有本 質(zhì)的區(qū)別，理想的并網(wǎng)要求依然是在并網(wǎng)開關(guān)合閩瞬間滿足如下3個條件：
[0013] (1)機組電壓與系統(tǒng)電壓的幅值相等；
[0014] (2)機組的頻率與系統(tǒng)的頻率相等；
[0015] (3)機組電壓相位與系統(tǒng)電壓相位相同。
[0016] 運=個條件是理論上并網(wǎng)的最優(yōu)條件，在實際應(yīng)用中，允許機組與系統(tǒng)間的電壓 差、頻率差及相角差的存在，但必須嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)，W確保將并網(wǎng)沖擊電流控制在 合理的范圍內(nèi)。
[0017] 由于抽水蓄能機組在抽水工況下的并網(wǎng)過程較發(fā)電工況下的并網(wǎng)存在一定的差 異，雖然同樣要實現(xiàn)上述并網(wǎng)條件，但必須結(jié)合不同的運行工況和啟動方式的特點對并網(wǎng) 參數(shù)作出調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的是為滿足抽水蓄能機組不同運行工況下同期并網(wǎng)對整定參數(shù)的要 求，提供一種抽水蓄能機組在抽水工況下并網(wǎng)參數(shù)的整定方法，
[0019] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0020] -種抽水蓄能機組在抽水工況下并網(wǎng)參數(shù)的整定方法，包括：
[0021] 抽水工況下，抽水蓄能機組采用靜止變頻器啟動方式或者背靠背啟動方式進行啟 動過程中，設(shè)置合閩脈沖導(dǎo)前時間；
[0022] 對合閩脈沖導(dǎo)前時間內(nèi)抽水蓄能機組的允許合閩電壓、允許頻率W及機組電壓與 電網(wǎng)電壓間的相角差補償進行整定，使得同期并網(wǎng)裝置在機組處于抽水運行工況時，計算 出發(fā)出合閩命令的準(zhǔn)確時刻，完成并網(wǎng)。
[0023] 所述設(shè)置合閩脈沖導(dǎo)前時間的具體方法為：
[0024] 合閩脈沖導(dǎo)前時間依照當(dāng)前啟動方式確定，為所有的延時之和，即：
[002引 SFC啟動方式或者背靠背啟動方式下：合閩脈沖導(dǎo)前時間Td尸ti+t2;
[0026] 其中，ti為同期合閩信號開始發(fā)出至啟動電源切除的延時，t2為從啟動電源切除 至并網(wǎng)合閩完成的延時。
[0027] SFC啟動方式和背靠背啟動方式下，具體的延時類型W及延時的劃分，如下表所 示；其中，表1為SFC啟動同期過程的延時表，表2為背靠背啟動同期過程延時表；
[0028] 表 1
[0029]
[0030] 表2
[0031] 123456 2 對合閩脈沖導(dǎo)前時間內(nèi)抽水蓄能機組的允許合閩電壓進行整定的方法為： 3 假定抽水蓄能機組啟動時為空載，且忽略電樞電阻R。;則抽水蓄能機組的允許合 閩電壓差A(yù)U為： 4 Al/ = ￡(, - ￡/ = ￡/ (COS如-1) + / Si n (妍'i +成1) X,,; 5
[003引其中，E。為勵磁電動勢，U為機端電壓，5M為島滯后于投的功率角，
.^^為功率因數(shù)角，Xd為直軸同步電抗，I為電樞電流，Xq為交軸 同步電電抗。 6 將所述允許合閩電壓差A(yù)U分別加至抽水蓄能機組的允許合閩電壓差高限加m。、 和低限加mi。，分別得到抽水蓄能機組在抽水工況下的允許合閩電壓差高限加nJ和低限 化…'。
[0038] 對合閩脈沖導(dǎo)前時間內(nèi)抽水蓄能機組的允許頻率進行整定的方法為：
[0039] 假定抽水蓄能機組啟動時為空載，且忽略電樞電阻R。;則抽水蓄能機組的允許頻 率差A(yù)f為；
[0040] A f二f (t2)-f〇;
[0041]其中，
一"I
[0042]
[0043] t2為抽水蓄能機組從啟動電源切除至并網(wǎng)合閩完成的延時；r為轉(zhuǎn)子半徑，J為轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)動慣量，P為電機磁極對數(shù)，Iti為定子鐵忍總長度，B為磁通密度振幅，G為鐵忍總重 量，Oh、O。均為取決于材料性能的常數(shù)，f。為機組初始頻率，設(shè)定為額定頻率；
[0044] 將所述允許頻率差A(yù)f分別加至抽水蓄能機組允許頻率差高限壯m。,和低限壯mm， 分別得到抽水蓄能機組在抽水工況下的允許頻率差高限壯和低限壯mi。'。
[0045] 所述對合閩脈沖導(dǎo)前時間內(nèi)抽水蓄能機組的機組電壓與電網(wǎng)電壓間的相角差補 償AO進行整定的方法為；
[0046] A巫=5M-A0;
[0047]其中，
；
[004引I為電樞電流，Xq為交軸同步電電抗，U為機端電壓，心為功率因數(shù)角，f歷系統(tǒng) 頻率，f。為機組初始頻率，t1為同期合閩信號開始發(fā)出至啟動電源切除的延時，t2為從啟動 電源切除至并網(wǎng)合閩完成的延時，t為并網(wǎng)合閩過程的總延時，


r為轉(zhuǎn)子半徑，J為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，P為電機磁極對數(shù)，Iti為定子鐵忍總長 度，B為磁通密度振幅，G為鐵忍總重量，。h、。期為取決于材料性能的常數(shù)，f。為機組初 始頻率，設(shè)定為額定頻率。
[0049] 如果在抽水