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安全自動(dòng)裝置關(guān)鍵技術(shù)的探討

2020-04-13

1同期合閘
  1.1概要說(shuō)明

  同期合閘是變電站中經(jīng)常碰到的操作,對(duì)減小沖擊,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。同期的條件有三點(diǎn):頻差、壓差、角差合格[1]。

  同期要求為安全、準(zhǔn)確、快速。三個(gè)條件中安全最重要,同期裝置必須有完善的閉鎖功能,寧拒動(dòng)不誤動(dòng)。對(duì)差頻同期,在系統(tǒng)角差為0時(shí)合閘,對(duì)系統(tǒng)的沖擊最小;電廠中作為發(fā)電機(jī)的并網(wǎng),快速性也很重要,捕捉第一次0角度合閘可以節(jié)省大量能源。

  1.2環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期

  差頻同期是指兩個(gè)沒(méi)有電氣聯(lián)系的兩個(gè)系統(tǒng)的并列,包括發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)及兩個(gè)無(wú)聯(lián)系電網(wǎng)的并列;兩側(cè)的頻率不同,有可能捕捉到0角度合閘時(shí)機(jī)。環(huán)網(wǎng)并列是指兩個(gè)本已有電氣聯(lián)接的系統(tǒng),再在該點(diǎn)增加一個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān);兩側(cè)頻率相同,相角差即為系統(tǒng)在這兩點(diǎn)之間的功角,該角度在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼柏?fù)荷沒(méi)有大變動(dòng)時(shí)基本保持不變。

  國(guó)內(nèi)有的稱(chēng)之為檢同期與捕捉同期,有的稱(chēng)之檢同期與準(zhǔn)同期,有的叫同頻同期與差頻同期。兩個(gè)系統(tǒng)若頻率相差在測(cè)量誤差范圍內(nèi),是同頻,但卻不能按同網(wǎng)來(lái)同期,為了物理概念上的清楚,本文定義這兩種方式為環(huán)網(wǎng)并列與差頻同期。

  差頻同期的目標(biāo)是捕捉第一次的零相角差時(shí)機(jī)合閘,即自動(dòng)準(zhǔn)同期;環(huán)網(wǎng)并列相角差為兩端的功角,僅是一個(gè)壓差和功角的閉鎖功能。

  1.3同期遙控方式及自適應(yīng)識(shí)別

  環(huán)網(wǎng)并列和差頻同期的要求不同。裝置雖然可以自適應(yīng)地判定出是同頻還是差頻,但對(duì)頻差很小的系統(tǒng),這樣作意味著犧牲一些時(shí)間來(lái)判定,會(huì)對(duì)合閘的時(shí)機(jī)帶來(lái)延誤。而調(diào)度員是了解系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)的,知道欲合閘的斷路器是處于同頻還是差頻同期的位置,在發(fā)命令的時(shí)候即區(qū)分開(kāi)同頻同期、差頻同期、遙控合閘命令會(huì)更好。裝置的自動(dòng)識(shí)別功能,是指在合閘命令下發(fā)后,自動(dòng)判定是差頻、同頻還是無(wú)壓狀態(tài),并由不同的約束條件進(jìn)行操作。

1.4合閘導(dǎo)前時(shí)間的計(jì)算

  裝置出口到斷路器合上閘的動(dòng)作時(shí)間。它的準(zhǔn)確獲得直接關(guān)系到同期點(diǎn)角差的準(zhǔn)確性。常規(guī)方法是通過(guò)開(kāi)入量的方式,即通過(guò)接入斷路器的輔助接點(diǎn),來(lái)計(jì)算發(fā)出合閘令到該信號(hào)變位的時(shí)間。該方法思路直接,輕易實(shí)現(xiàn);但問(wèn)題是當(dāng)斷路器合上電流的時(shí)刻與輔助接點(diǎn)變位不一致的時(shí)差會(huì)引入誤差,另外要接點(diǎn)抖動(dòng)也影響精度。

  本文提出一種模擬量檢測(cè)導(dǎo)前時(shí)間的方法,即用電流的從無(wú)到有的檢測(cè)。若采樣裝置采樣速率能達(dá)到64點(diǎn)/周波(DF1700模塊采樣速率),則時(shí)間分辨率約為0.3毫秒,可以滿(mǎn)足要求。這種方法要求引入電流的檢測(cè),分布式的同期系統(tǒng)一般是將同期功能融合在斷路器的測(cè)控單元中,能滿(mǎn)足這種要求。該方法物理概念更為清楚:從無(wú)流變?yōu)橛辛鳎ǘ皇禽o助接點(diǎn)變位)時(shí),才算真正合閘成功。1.5同期算法

  同期是一項(xiàng)可靠性要求極高的操作。誤動(dòng)時(shí)的大角度合閘會(huì)給發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)帶來(lái)很大的沖擊,降低發(fā)電機(jī)的使用壽命,或是帶來(lái)系統(tǒng)的振蕩及解列。而延誤第一次最佳同期時(shí)期也是要盡量防止的。因此必須考慮高可靠性、高精度、多級(jí)閉鎖、快速的控制算法與措施。

  從裝置可靠性上考慮,有的廠家采用雙微機(jī)控制的方式,是一種好的思路。也可用硬件上的其它方法。算法上多重化計(jì)算及閉鎖也很重要。

  計(jì)算方法大體有兩種,一是硬件整形脈沖比相的方法,一是通過(guò)采樣點(diǎn)比較幅值和相位的方法。兩種方法各有利弊,互相配合能產(chǎn)生完善而穩(wěn)定的效果。

  常規(guī)采用的通過(guò)實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)作幅值矢量差來(lái)推算相角差的方法有如下3個(gè)原理性缺陷:1、兩路輸出幅值不同時(shí),直接計(jì)算誤差大;2、因?yàn)閮陕冯妷旱念l率不同,同步采樣點(diǎn)的差并不是實(shí)際幅值的差,原理上有誤差;3、分析一下下面公式,

  上式第一項(xiàng)是兩個(gè)電壓波形直接疊減后的波形包絡(luò)線(xiàn),常規(guī)算法就是對(duì)該項(xiàng)的猜測(cè)。由上式可清楚看出其是按正弦波形變化的,不是線(xiàn)性猜測(cè)。大頻差時(shí)猜測(cè)算法會(huì)帶來(lái)誤差。

  采用直接計(jì)算相角差的方法可以叫做直接法,頻差固定時(shí),相角差的變化是線(xiàn)性的,猜測(cè)輕易的多,也更加準(zhǔn)確。猜測(cè)算法采用最小二乘法抗干擾性能會(huì)大大提高。測(cè)點(diǎn)間距、擬和數(shù)據(jù)窗的推移等都需要根據(jù)實(shí)際情況確定。另外對(duì)與調(diào)幅、調(diào)頻同時(shí)進(jìn)行的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)同期,其猜測(cè)算法就是一個(gè)二階甚至更高階的問(wèn)題,要采用微分、積分等算法。

2電壓無(wú)功綜合自動(dòng)控制

  2.1VQC控制特性及控制模式的思考

  相對(duì)于同期合閘,VQC則是一個(gè)時(shí)刻運(yùn)行的、以整個(gè)變電站為對(duì)象的、相對(duì)慢速的一個(gè)控制系統(tǒng)。其控制策略復(fù)雜,對(duì)出口的實(shí)時(shí)性要求不高,但對(duì)閉鎖的響應(yīng)要求快速、完備。

  現(xiàn)有站內(nèi)VQC實(shí)現(xiàn)方式基本有3種:后臺(tái)軟件VQC、主控單元網(wǎng)絡(luò)VQC、獨(dú)立硬件的VQC[2]。

  后臺(tái)軟件VQC:將控制策略全部放在后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)中,通過(guò)間隔層的測(cè)控單元獲取數(shù)據(jù),微機(jī)中VQC軟件根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判定并發(fā)控制命令,由相應(yīng)測(cè)控單元執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)是人機(jī)界面友好,方便調(diào)試和維護(hù)。

  主控單元網(wǎng)絡(luò)VQC系統(tǒng):將控制核心下放到間隔層,由單獨(dú)的CPU完成,但其IO的輸入輸出仍由間隔層IO測(cè)控模塊完成。優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的得到更直接了一層,閉鎖的速度較第一種方式快了一些。但界面一般較差,維護(hù)和設(shè)置不會(huì)太輕松。

  獨(dú)立硬件VQC系統(tǒng):不依靠其他裝置,本身溶輸入輸出與策略判定為一體。好處是閉鎖的速度最快,從閉鎖的角度講可靠性最高。但問(wèn)題是需要重復(fù)鋪設(shè)大量的電纜,信號(hào)重復(fù)采集。

  現(xiàn)在的問(wèn)題是:用戶(hù)選擇時(shí),既覺(jué)得獨(dú)立硬件的VQC系統(tǒng)造價(jià)高、多拉電纜,又擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)型VQC產(chǎn)品的可靠性:VQC對(duì)對(duì)閉鎖的速度要求高。網(wǎng)絡(luò)型VQC的問(wèn)題是,當(dāng)發(fā)出控制出口命令后,這時(shí)發(fā)生可主變保護(hù)或電容器保護(hù)動(dòng)作等需閉鎖的情況,無(wú)法彌補(bǔ)這個(gè)時(shí)間差。

  換一個(gè)思路思考:把控制策略放在PC機(jī)中,而把閉鎖策略放在相應(yīng)的測(cè)控單元中。即后臺(tái)控制 閉鎖,間隔層閉鎖。通過(guò)軟PLC功能將需要的閉鎖條件輸入IO裝置中,對(duì)后臺(tái)發(fā)來(lái)的控制命令不是即刻執(zhí)行,而是通過(guò)自身的閉鎖邏輯檢查,出口條件滿(mǎn)足才能出口,這樣既保證了實(shí)時(shí)的閉鎖速度,又保證了后臺(tái)策略的豐富。


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