本文摘要：摘要：同步發電機同期并網操作時電力系統運行中的一項基本操作，在相關項目實施過程中，對同步發電機同期并網過程、同期并網控制模式及算法進行研究和分析。 關鍵詞：同期并網，自動準同期 1 概述 同步發電機同期并網操作時電力系統運行中的一項基本操作，要
摘要：同步發電機同期并網操作時電力系統運行中的一項基本操作，在相關項目實施過程中，對同步發電機同期并網過程、同期并網控制模式及算法進行研究和分析。
關鍵詞：同期并網，自動準同期
1 概述
同步發電機同期并網操作時電力系統運行中的一項基本操作，要求發電機組與電網，在壓差，頻差允許條件下，在相角差接近于零或者控制在允許范圍內，使發電機平滑無沖擊的并入電力系統中，避免由于壓差、頻差或者相角差過大，造成合閘時發電機組繞組電流過大，對發電機[1]連軸系統造成沖擊，因此，通過同期并網操作，將發電機組安全、可靠、準確快速的投入電網，從而保證系統可靠、安全運行及其重要。
2 同步發電機自動準同期的條件及原理
2.1 同期方式
電力系統中，同期方式可分為自同期和準同期兩種。
自同期方式是將未加勵磁電流的發電機的轉速升到接近電網頻率，滑差角頻率不超過允許值，且機組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上并網斷路器，接著合上勵磁開關，給轉子加上勵磁電流，在發電機電動勢增大過程中，由電力系統將并網的發電機組拉入同步運行。
準同期方式是將待并發電機在投入系統前通過調節調速器和勵磁裝置，使發電機轉速接近同步轉速，使機端電壓接近系統電壓，在頻差、壓差滿足給定條件時，選擇在零相角差到來前的合適時刻合上斷路器，斷路器觸點閉合瞬間引起的電流小于允許值，發電機迅速被拉入同步運行。
2.2 自動準同期系統構成
自動準同期裝置一般由三個控制單元組成：
(1)頻差控制單元:檢測機端電壓與系統電壓間滑差角頻率，當頻差不滿足條件時，調節發電機轉速，使兩端電壓接近;
(2)壓差控制單元:檢測機端電壓與系統電壓間的電壓差，當壓差不滿足條件時，通過調節勵磁來調節機端電壓，使它與系統電壓之間的壓差小于允許值;
(3)合閘信號控制單元:當發電機與系統間頻差和壓差都滿足并網條件時，選擇合適的時間發出合閘信號，使并網斷路器合閘時，相角差接近于零或控制在允許范圍內。
2.3并網條件及分析
準同期并網要求在合閘之前應滿足以下3個條件:
(1)壓差應在5%一10%以內;
(2)頻差應在不超過0.2%一0.5%，即0.1一0.25Hz;
(3)合閘并網時發電機與系統的相角差接近于零或控制在允許范圍內。
在兩電源間存在電壓差和頻率差的情況下進行并網會造成有功功率和無功功率的沖擊，也就是說在斷路器合閘瞬間，電壓高一側向電壓低一側輸送一定數量的無功功率，頻率高一側向頻率低一側輸送一定數量的有功功率;但在發電機空載的情況下，即使存在較大的電壓差和較大的頻率差，其所對應的無功功率和有功功率也是很有限的，不會傷害發電機[2]。
但是，在具有相角差的情況下并網的后果就完全不同了。在斷路器合閘瞬間，系統電壓施加在發電機定子上，其產生的由三相電流合成的以角速度旋轉的旋轉磁場將產生一個電磁轉矩強迫發電機轉子軸系的磁軸取向一致，這一拉入同步的過程使轉子軸系在極短時間內在定子電磁轉矩作用下旋轉一個角度就加于定子的過程，因此相角差較大會對轉子軸系造成極大的傷害。
設并網合閘時，合閘瞬間存在相角差，同期并網時沖擊電流的有效值為:當相角差較小時，這種沖擊電流主要為有功電流分量，說明合閘后發電機與電網間立刻進行有功功率交換，使機組聯軸受到突然沖擊，為保證機組安全運行，一般將有功沖擊電流限制在較小數值。
3 同步發電機自動準同期設計
3.1 ORC系統概述
機組內循環(ORC)工作原理為：經工質泵增壓后的工質(液態)進入蒸發器，通過與熱源進行換熱蒸發至過熱汽態，驅動渦輪做功并帶動發電機發電，做功后的乏汽排至冷凝器，凝結后的液態工質再次由工質泵進行增壓進入蒸發器，如此往復循環，形成閉環系統。
3.2 ORC發電機組并網流程
CT300機組控制系統由DCS控制系統、密封油泵控制柜、油站控制柜、變頻控制柜、并網控制柜、加熱器控制柜、減溫減壓器控制柜、閥門、傳感器等組成。采用DCS控制系統作為中央控制系統，操作人員通過上位監控計算機對整個控制系統進行監控。
在系統處于轉速PID自動調節模式時[3]，同期并網模塊實時監測同期并網使能信號，當使能信號為ON時，依據當前監測發電機側與電網側的頻率、電壓、相位，給出升壓、降壓、升速、降速信號，DCS控制系統中的同期并網程序模塊，在接收到該調速信號后，對目標轉速進行實時調節，此時渦輪轉速的改變引起發電機轉速改變，并影響發電機側電能的頻率、電壓、相位，同期并網模塊判斷當前狀態并下發合閘指令，完成同期并網過程。
4關鍵技術問題
4.1渦輪轉速閉環控制功能
在接收到同期并網使能信號后，同期并網程序模塊介入到系統渦輪轉速PID控制模塊中，通過對渦輪轉速的調節完成并網過程。由于系統渦輪轉速PID控制模塊包括手動模式[4]，自動模式、禁止模式，且在系統工藝3。
渦輪轉速閉環控制功能包括：
(1)手自動無擾切換
該控制功能包括兩種狀態：1.手動控制閥門開度;2.根據轉速自動調節閥門開度，在手動切換自動，或者自動切換手動狀態時需要保證閥門開度均為前一狀態的最后輸出值。
(2)轉速超限保護功能
在轉速超過某一定值時，關閉渦輪調節閥，并實現控制鎖定，等待操作員進行復位控制。
(3)設定值限值保護
當設定值與反饋值的差值大于某一定值時，操作員無法進行自動調速功能。
(4)反饋值保護功能
轉速反饋值必須大于某一定值時，操作員才能進行手動自動切換，該功能是進行同期并網功能的前提條件。
(5)同期并網調速功能
4.2同期并網過程分析
同期并網柜判斷并下發合閘指令后，發電機完成同期并網過程，之后發電機側與系統電網側的電壓、頻率、相位相同，此后系統將處于功率調節模式[5]。
工藝狀態的波動對渦輪轉速均會產生影響，由圖3可以看出轉速曲線波動比較大，正是由于無法精準的控制渦輪轉速，導致同期并網模塊在下發增速減速指令時會對渦輪轉速閉環控制產生影響，加大了系統波動，因此，增速及減速系數需做相應調整，在實際調試過程中采用每個掃描周期的0.1%較為合適，增速減速相對平穩[6]。
在合閘指令下發之前頻率曲線的波動并不規則，但是在系統合閘之前，頻率波動周期變長，設置合適的增減速系數可以促進系統同期并網的順利完成。
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5結論
該項目的發電方式決定了該系統同期并網過程控制邏輯較為復雜，還需保證系統閉環調速功能的穩定性及可靠性，最終通過同期并網模塊及DCS控制系統實現了自動準同期并網，驗證了該控制模式的可行性，對后續項目提供了寶貴的經驗。
參考文獻
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[4]任保瑞.發電機低勵限制和失磁保護的參數配合分析[J].電工技術,2013(8):10-11.
[5]張春林.發電機失磁保護的探討[J].電工技術,2012(5):13-14.
[6]高利孝,張海瑞.基于實測功角加速判據的發電機失磁保護配置研究[J].電工技術,2012(12):60-61.
作者：馬 東，彭中偉
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