一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法与流程

本发明涉及电力系统，具体涉及一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法。

背景技术：

1、发电机在投入电力系统运行之前，它的状态变量与电网并联母线的状态变量往往不相等。须对发电机组进行适当的操作，使之符合并列条件后才允许断路器合闸并网运行，把同步发电机并联至电网的过程称为同期或并网。在并列时需要避免产生巨大的电磁冲击和机械冲击，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。如果要断路器合闸瞬间发电机定子电流和电磁转矩均为零，则要求发电机各相电动势的瞬时值要与电网端对应相电压的瞬时值完全一致，即理想发电机并网条件包括：

2、①发电机频率与系统频率相同；

3、②发电机出口电压幅值与系统电压幅值相同，且波形一致；

4、③发电机相序与系统相序相同；

5、④发电机出口电压相位与系统电压相位一致。

6、将发电机调整到完全符合并网条件后的合闸并网操作过程称为准同期法。采用准同期并网方法可使冲击电流很小且对电网的有功扰动很小，因此准同期并网方式是电力系统运行中的主要并网方式。调整过程中，常用同步指示器来判断条件的满足情况。准同期并网要求在合闸前，将要并网的发动机加速至接近同步转速，加上励磁并调节至端电压与电网电压相等，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由准同期控制器自动选择合适的时间发出合闸命令，机组投入电力系统后被迅速拉入同步。

7、现有的准同期并网方法通过采集机端侧电压和系统侧电压，自动监视两侧电压的频率差、电压幅值差和相角差。当机端侧和系统侧电压相序相同，且二者频率差、幅值差、相角差均在最大允许范围内时，分析计算出合适的同期时刻并提前一个导前时间发出合闸命令，经过同期鉴定闭锁继电器后送至断路器完成并网。一般最大允许频差、最大允许压差、最大允许相角差均由经验整定。

8、目前的同期方法具有如下缺点：1、缺少对发电机并网暂态过程有功冲击幅值的计算方法；2、现有水轮发电机组同期并网方法仅设置频差允许条件，无法准确将并网有功冲击幅值限制在理想范围内，可能导致并网有功冲击幅值过大，影响电力系统安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，效限制水轮发电机组并网暂态过程中有功冲击幅值，提升断路器使用寿命，减小机组的有功扰动，提升电力系统安全稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，包括以下步骤：step1、设置同期并网的最大允许压差、最大允许频差、最大允许相角差、最大允许并网有功冲击幅值；

4、step2、根据最大允许并网有功冲击幅值计算附加允许频差；

5、step3、集并监视机端侧和系统侧电压；

6、step4、根据采集电压判断是同时满足电压相序相同、发电机侧和电网侧电压差小于最大允许电压、相角差小于最大允许相角、频率差同时满足最大允许频差和附加频差；step5、若五项并网判断条件同时满足，则分析计算出合适的同期时刻并提前一个导前时间发出合闸命令，经过同期鉴定闭锁继电器后送至断路器完成并网。

7、上述的step2中根据水轮发电机组并网有功冲击幅值计算允许频差的方法如下：step2.1、发电机并网时刻为t1，并网暂态过程中发电机振荡至功角最大值，即出现有功冲击幅值的时刻为t2，此时发电机频率与系统频率相等，忽略调速系统在暂态过程中的影响和第一个周波阻尼作用时，得到过程能量转化关系式，进而二阶无穷小后的方程式；

8、step2.2、根据step2.1得到的二阶无穷小后的方程式得到发电机并网暂态过程有功冲击幅值pmax方程式，进而得到水轮发电机组并网有功冲击幅值和允许频差之间的比值k的计算公式。

9、上述的step2.1中得到的过程能量转化关系式为：

10、

11、式中i为水轮发电机组转动惯量，ω2为发电机与电网频率相等时对应的机械角速度，近似等于额定转速，ω1为额定转速加并网时刻的转速差△ωm；p为并网暂态过程中发电机的电磁功率，在第一个周波可近似视为p＝pmaxsin(ωt)，有：

12、

13、忽略二阶无穷小项后方程化为：

14、

15、式中ωn为额定机械角速度，t为并网暂态过程中低频振荡频率即发电机固有频率，该频率为:

16、

17、上述的step2.2的具体过程为：

18、由step2.1得到发电机并网暂态过程有功冲击幅值pmax为：

19、

20、进而得到水轮发电机组并网有功冲击幅值和允许频差之间的比值k：

21、

22、本发明提供的一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，在判断机端侧电压和系统侧电压频差、幅值差、相序和相角差的同期条件基础上，基于发电机并网功角振荡机理，结合发电机电气、机械参数将有功冲击幅值限制条件转换为附加频差条件，用五个条件作为水轮发电机组并网的判断依据。该方法有效限制了水轮发电机组并网暂态过程中有功冲击幅值，提升断路器使用寿命，减小机组的有功扰动，提升了电力系统安全稳定性。

技术特征：

1.一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，其特征在于，所述的step2中根据水轮发电机组并网有功冲击幅值计算允许频差的方法如下：

3.根据权利要求1所述的一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，其特征在于，所述的step2.1中得到的过程能量转化关系式为：

4.根据权利要求3所述的一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，其特征在于，所述的step2.2的具体过程为：

技术总结
一种限制水轮发电机组并网有功冲击的同期方法，包括：Step1、设置同期并网的设定参数；Step2、根据最大允许并网有功冲击幅值计算附加允许频差；Step3、集并监视机端侧和系统侧电压；Step4、根据采集电压判断是同时满足五项并网判断条件；Step5、若五项并网判断条件同时满足，提前一个导前时间发出合闸命令，经过同期鉴定闭锁继电器后送至断路器完成并网。在判断同期条件基础上，基于发电机并网功角振荡机理，结合发电机电气、机械参数将有功冲击幅值限制条件转换为附加频差条件，用五个条件作为水轮发电机组并网的判断依据，有效限制水轮发电机组并网暂态过程中有功冲击幅值，提升断路器使用寿命，减小机组的有功扰动，提升了电力系统安全稳定性。

技术研发人员：甘泉,翟玉杰,周立成,白二,张鹏,陈浩,赫晋喆,程实
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19