同期并网方法及系统与流程

本发明涉及电网并联技术领域，具体地，涉及一种同期并网方法及系统。

背景技术

现代电力系统电源普遍由分布于不同地域的发电厂中的同步电机并联运行所构成，从而经济、合理地利用不同种类的能源，包括：水能、风能、核能、煤炭、天然气等自然资源。同步电机与电网互联是在同期装置的控制下通过断路器完成的，因此同期装置的安全可靠运行是同步电机并网的前提。另外，当两个不同电网系统通过交流方式互联时，也需要同期装置对互联时刻进行优化，确定最佳的合闸时间。

随着投运的同步电机容量不断增大，非同期合闸所产生的冲击电流在巨大电动力的作用下将造成电机的损坏，也对电网造成巨大的冲击从而使电网的稳定性遭到破坏。因此现代同步电机普遍配有智能化的同期装置，采用自动准同期方式对同期点进行预测，使得电机在满足一定压差、频差和角差的情况下进行同期并列操作。

从同期原理上看，同期装置捕捉同期点时，电网频率与同步电机的频率必须存在频差，以便捕捉同期点。现有技术的同期装置要向励磁调节装置和调速装置发出调节指令，该调节指令叠加到各自装置的设定值上，相应的装置再去响应，有可能造成超调或欠调，导致调节过程存在延时，同期并网延迟，调节精度不高。

技术实现要素：

本发明实施例的主要目的在于提供一种同期并网方法及系统，避免了超调或欠调，调节过程更加迅速，大大提升了调节精度。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种同期并网方法，包括：

调速装置测量待并电机的频率，判断待并电机的频率是否满足第一并网条件；

当待并电机的频率不满足第一并网条件时，调速装置调整待并电机的转速，直至待并电机的频率满足第一并网条件；

励磁调节装置测量待并电机的励磁电流，判断待并电机的励磁电流是否满足第二并网条件；

当待并电机的励磁电流不满足第二并网条件时，励磁调节装置调整待并电机的励磁电流，直至待并电机的励磁电流满足第二并网条件；

当同时满足第一并网条件和第二并网条件时，同期装置输出断路器合闸指令。

本发明实施例还提供一种同期并网系统，包括：

调速装置，用于测量待并电机的频率，判断待并电机的频率是否满足第一并网条件；当待并电机的频率不满足第一并网条件时，调整待并电机的转速，直至待并电机的频率满足第一并网条件；

励磁调节装置，用于测量待并电机的励磁电流，判断待并电机的励磁电流是否满足第二并网条件；当待并电机的励磁电流不满足第二并网条件时，调整待并电机的励磁电流，直至待并电机的励磁电流满足第二并网条件；

同期装置，用于当同时满足第一并网条件和第二并网条件时输出断路器合闸指令。

本发明实施例的同期并网方法及系统的调速装置测量待并电机的频率，判断待并电机的频率是否满足第一并网条件；当待并电机的频率不满足第一并网条件时，调速装置调整待并电机的转速，直至待并电机的频率满足第一并网条件；同时，励磁调节装置测量待并电机的励磁电流，判断待并电机的励磁电流是否满足第二并网条件；当待并电机的励磁电流不满足第二并网条件时，励磁调节装置调整待并电机的励磁电流，直至待并电机的励磁电流满足第二并网条件；当同时满足第一并网条件和第二并网条件时，同期装置输出断路器合闸指令，可以避免超调或欠调，令调节过程更加迅速，大大提升了调节精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中同期并网方法的流程图；

图2是本发明实施例中同期并网系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于现有技术的同期装置要向励磁调节装置和调速装置发出调节指令，该调节指令叠加到各自装置的设定值上，相应的装置再去响应，有可能造成超调或欠调，导致调节过程存在延时，同期并网延迟，调节精度不高，本发明实施例提供一种同期并网方法，可以避免超调或欠调，令调节过程更加迅速，大大提升了调节精度。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例中同期并网方法的流程图。如图1所示，同期并网方法包括：

s101：调速装置测量待并电机的频率，判断待并电机的频率是否满足第一并网条件。

s102：当待并电机的频率不满足第一并网条件时，调速装置调整待并电机的转速，直至待并电机的频率满足第一并网条件。

s201：励磁调节装置测量待并电机的励磁电流，判断待并电机的励磁电流是否满足第二并网条件。

s202：当待并电机的励磁电流不满足第二并网条件时，励磁调节装置调整待并电机的励磁电流，直至待并电机的励磁电流满足第二并网条件。

s301：当同时满足第一并网条件和第二并网条件时，同期装置输出断路器合闸指令。

由图1所示的流程可知，本发明实施例的同期并网方法中的调速装置测量待并电机的频率，判断待并电机的频率是否满足第一并网条件；当待并电机的频率不满足第一并网条件时，调速装置调整待并电机的转速，直至待并电机的频率满足第一并网条件；同时，励磁调节装置测量待并电机的励磁电流，判断待并电机的励磁电流是否满足第二并网条件；当待并电机的励磁电流不满足第二并网条件时，励磁调节装置调整待并电机的励磁电流，直至待并电机的励磁电流满足第二并网条件；当同时满足第一并网条件和第二并网条件时，同期装置输出断路器合闸指令，可以避免超调或欠调，令调节过程更加迅速，大大提升了调节精度。

一实施例中，第一并网条件为：电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率。

s102具体包括：当电网的频率与频差的差值大于待并电机的频率时，调速装置增大待并电机的转速，直至电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率；当电网的频率与频差的差值小于待并电机的频率时，调速装置减小待并电机的转速，直至电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率。频差由并网滑差决定，为预设的定值。

上述操作由调速装置进行闭环调节，调节方式可以采用“比例-积分-微分”(pid)算法进行，以节约同期并网的时间。其中，调速装置可以为待并电机的调速器(水轮机方向并网)、或静止变频器(静止变频器拖动方式并网)、或对侧机组的调速器(水泵方向背靠背启动方式并网)。

一实施例中，第二并网条件为：│vg/fg-ki│<σ；

其中，vg为电网的电压有效值，fg为电网的频率，k为比例系数，i为励磁电流，σ为预设值。

s202具体包括：当vg/fg-ki>σ时，励磁调节装置增大待并电机的励磁电流，直至│vg/fg-ki│<σ；当vg/fg-ki<-σ时，励磁调节装置减小待并电机的励磁电流，直至│vg/fg-ki│<σ。

其中，ki＝vu/fu，vu为待并电机的电压有效值，fu为待并电机的频率。上述操作可以采用“比例-积分-微分”(pid)算法进行，算法的跟踪目标是电网电压的有效值与频率的比值，调差死区为σ。

其中，调速装置和励磁调节装置同时调节参数，即s101至s102与s201至s202是并行的。

具体实施时，当电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率时，同期装置计算得到的频差(电网的频率与待并电机的频率的差值)满足第一并网要求；当│vg/fg-ki│<σ时，同期装置计算得到的压差(电网的电压有效值与待并电机的电压有效值的差值)满足第二并网要求。当同时满足第一并网要求与第二并网要求(同时满足第一并网条件和第二并网条件)时，电网与待并电机的角差满足第三并网要求，同期装置输出断路器合闸指令至断路器，断路器合闸。

另外，从同期装置输出断路器合闸指令(合闸脉冲)至断路器触头运动到合闸位置需经过一段时间，由于这一时差的存在，同期装置需要在同期时刻之前发出合闸脉冲，称这一时差为同期装置的导前时间。导前时间取决于断路器固有的机械动作延时(断路器动触头走过全行程所经历的时间)、断路器辅助继电器动作时间以及同期装置继电器开出动作时间。即，同期装置输出断路器合闸指令，在经过导前时间之后，断路器合闸。

本发明的实施方案的流程如下：

1、调速装置测量待并电机的频率；当电网的频率与频差的差值大于待并电机的频率时，调速装置增大待并电机的转速，当电网的频率与频差的差值小于待并电机的频率时，调速装置减小待并电机的转速，直至电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率。

2、同时，励磁调节装置测量待并电机的励磁电流；当vg/fg-ki>σ时，励磁调节装置增大待并电机的励磁电流，当vg/fg-ki<-σ时，励磁调节装置减小待并电机的励磁电流，直至│vg/fg-ki│<σ。

3、当电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率时，同期装置计算得到的频差满足第一并网要求；当│vg/fg-ki│<σ时，同期装置计算得到的压差满足第二并网要求，此时同期装置输出断路器合闸指令至断路器，在经过导前时间之后，断路器合闸。

综上，本发明实施例的同期并网方法的有益效果如下：

1、现有的同期装置是每隔一段时间(秒级)对待并电网的电压进行调节，导致调节缓慢，而本发明将同期装置励磁调节从同期装置解放出来置于励磁调节装置内，采用跟踪电网的电压有效值与电网的频率的比值的方式实现闭环调节，使得调节过程更加迅速(毫秒级)，避免了因转速低造成电压低，导致待并电机励磁过调节；避免了因转速高造成电压高，导致待并电机电压欠调节；以及避免了因转速变化导致的电压幅值变化的频繁调节，大大提升了同期并网时待并电网的电压的调节精度，令压差控制在合理范围内。

2、现有同期装置是每隔一段时间(秒级)对待并电网的频率进行调节，导致调节缓慢，而本发明将同期装置频率调节从同期装置解放出来转移至调速装置，采用跟踪指定频率功能，使得调节过程更加迅速(毫秒级)，大大提升了同期并网时待并电网的频率的调节精度，使得待并电机的频率与电网频率之间差值为给定的频差。

3、大大简化同期装置的功能。同期装置仅用于判断是否满足并网要求，并根据导前时间发出合闸脉冲，从而避免因同期装置调节问题导致的并网失败问题。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种同期并网系统，由于该系统解决问题的原理与同期并网方法相似，因此该系统的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图2是本发明实施例中同期并网系统的结构框图。如图2所示，同期并网系统包括：

调速装置，用于测量待并电机的频率，判断待并电机的频率是否满足第一并网条件；当待并电机的频率不满足第一并网条件时，调整待并电机的转速，直至待并电机的频率满足第一并网条件；

励磁调节装置，用于测量待并电机的励磁电流，判断待并电机的励磁电流是否满足第二并网条件；当待并电机的励磁电流不满足第二并网条件时，调整待并电机的励磁电流，直至待并电机的励磁电流满足第二并网条件；

同期装置，用于当同时满足第一并网条件和第二并网条件时输出断路器合闸指令。

在其中一种实施例中，第一并网条件为：

电网的频率与频差的差值等于待并电机的频率。

在其中一种实施例中，第二并网条件为：

│vg/fg-ki│<σ；

其中，vg为电网的电压有效值，fg为电网的频率，k为比例系数，i为励磁电流，σ为预设值。

在其中一种实施例中，调速装置具体用于：

当电网的频率与频差的差值大于待并电机的频率时，增大待并电机的转速；

当电网的频率与频差的差值小于待并电机的频率时，减小待并电机的转速。

在其中一种实施例中，励磁调节装置具体用于：

当vg/fg-ki>σ时，增大待并电机的励磁电流；

当vg/fg-ki<-σ时，减小待并电机的励磁电流。

综上，本发明实施例的同期并网系统的有益效果如下：

1、现有的同期装置是每隔一段时间(秒级)对待并电网的电压进行调节，导致调节缓慢，而本发明将同期装置励磁调节从同期装置解放出来置于励磁调节装置内，采用跟踪电网的电压有效值与电网的频率的比值的方式实现闭环调节，使得调节过程更加迅速(毫秒级)，避免了因转速低造成电压低，导致待并电机励磁过调节；避免了因转速高造成电压高，导致待并电机电压欠调节；以及避免了因转速变化导致的电压幅值变化的频繁调节，大大提升了同期并网时待并电网的电压的调节精度，令压差控制在合理范围内。

2、现有同期装置是每隔一段时间(秒级)对待并电网的频率进行调节，导致调节缓慢，而本发明将同期装置频率调节从同期装置解放出来转移至调速装置，采用跟踪指定频率功能，使得调节过程更加迅速(毫秒级)，大大提升了同期并网时待并电网的频率的调节精度，使得待并电机的频率与电网频率之间差值为给定的频差。

3、大大简化同期装置的功能。同期装置仅用于判断是否满足并网要求，并根据导前时间发出合闸脉冲，从而避免因同期装置调节问题导致的并网失败问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。