基于RTDS平台的调相机并网研究

基于RTDS平台的调相机并网研究

吴凯高桂革曾宪文

（上海电机学院上海201306）

摘要：同步调相机在并网时需要同期装置寻找合适的同期点进行同期并网。因此如何确定最终并网的频差与角差的范围，以及对同期点存在的概率进行研究，在减少冲击的情况下提高成功率，成为了调相机启动及并网中的关键问题。本文利用实时数字仿真器RTDS（RealTimeDigitalSimulators）作为试验平台，对提出的堕速并网方案进行了验证。

关键词：滤除噪声；数学形态法；故障诊断

0引言

我国能源分布及负荷发展极不平衡，水力资源主要集中在西南数省，煤炭资源主要集中在山西、陕西和内蒙西部，而负荷主要集中在东部沿海地区，因此远距离大容量输电势在必行。同时，我国各大区和独立省网的互联已进入实施阶段，利用直流输电作异步联网在技术上、经济上和安全性等方面的优势已在世界范围内得到证明。我国已成为世界范围内直流输电应用前景最为广阔的国家。电网“强直弱交”问题逐渐突出，局部电网受电比例较高，系统动态无功补偿不足和电压稳定问题凸显。为保证电力系统安全稳定运行，必须加强系统的电压支撑和运行灵活性，系统中应有足够的动态无功备用容量。[1-3]本文先采用数学理论法对同期点进行计算，然后在RTDS上验证其可行性。[1-3]

1理论同期点计算

由于在惰速状态下，并网时的角差由同期装置根据采样得到的惰速率计算导前时间等决定，而并网时刻的频差，则由角差在满足条件范围内时，系统所处的频率有关。

每一次启动时，转子的初始位置不同，造成惰速开始时频差不同，因此，每一次惰速并网的频差角差均具有随机性。

1.1假设条件

设电网电压频率为，设电网电压矢量的相位为：

（1）

主变高压侧电压矢量的相位为：

（2）

1.2初始相位计算

可以得到电网电压矢量与主变高压侧电压矢量的夹角随时间的变化函数：

（3）

分别设置、、三种情况，如下图所示。在的频差范围内，有两个角差为零的点。此外，可看出当前条件下，频差为的范围内，有可能没有相角查为零的点。

图1电机频率-并网角差曲线

2堕速率的计算与仿真

根据公式（1-2），改变电机频率的下降速度k，会成比例改变。但不会改变一元二次函数的对称轴线。取堕速时间分别为15s、17s、20s、25s（105％～100％额定转速时间），。可见，当电机惰性降速时间变长后，在[-0.5，0.5]的频差范围内，角差的“最大值”和“最小值”之差将变大；反之，惰性降速时间越短，差值越小。在特定k值下，改变的值，曲线将上下移动。

图2不同惰性降速特性下的曲线

考虑堕速率（为降速时间，取10s～40s），在此范围内，绘制曲线如下：

图3不同惰性率特性下的曲线

由上图可以看到，降速率越大，可靠同期的频差允许范围就越大；反之，就越小。（注意：上述推导基于并网角差为零的情况）。

在当前惰速率的条件下，可靠并网同期的频差范围可达±0.54Hz，因此，为保证每次并网成功，建议并网频差放宽至0.6Hz。

3试验验证

RTDS系统的搭建，应以减少资源占用，完成所有关键技术点为模型搭建目标原则。在充分统计RTDS仿真需求，预留仿真实验室空地及RACK、IO板卡及功放等资源的基础上，构建如下图所示的单台调相机组涉及到的仿真模型：

图4单台机组RTDS仿真结构图

调相机和主变的电气量接入同期装置，共计有如下模拟量：

系统侧电气量：系统侧三相电压。

待并侧电气量：待并侧三相电压。

另外，依据同期功能实现需要，由RTDS系统引入开关合闸位置接点，由DCS系统引入启动同期命令接点。同时，RTDS系统接入同期装置的合闸输出接点，励磁系统接入同期装置的升压、降压接点。

试验结果分析：

机组由静止状态启动，启动时间344s（不包括外围开关动作时间，最大输出功率2.5MW）

图5全启动过程（SFC控制器内部录波）

4结语

本文讨论了调相机变频启动系统方案与传统并网方案的差别，调相机变频启动采用惰速并网的方式，SFC退出运行以后，主机本身没有原动机，在惰速过程中通过同期装置捕捉同期点并网。

该方式降低了调相机建设成本，减少了设备，然而增加了并网过程中可能存在的冲击。因此，本节分析了惰速并网同期点存在的可能性，及在固定惰速率下的并网频差角差范围。

本文的分析全部基于并网角差为零，忽略了压差的影响。对存在理论同期点的频差进行了探讨。机组主励磁建压后，机组堕速率越大，需要的并网频差就越大。

此外，上述分析对于同期窗口的影响未考虑。若考虑同期窗口的影响，结果会更加恶劣。因此，需要寻求优化同期并网方案。

参考文献：

[1]王雅婷，张一驰，周勤勇，等.新一代大容量调相机在电网中的应用研究[J].电网技术，2017，41（1）：22-28.

[2]戴庆忠.同步调相机特性及应用[J].东方电气评论，2016，30（4）：47-51..

[3]王潇，周平，王洋，等.大容量调相机静止变频器起动方式研究[J].电气技术，2016，17（10）：31-35.