抽水蓄能机组励磁系统运行特点分析_李保平

收稿日期:2009-06-29
作者简介:李保平(1962-),男,高级工程师,主要从事发电机励磁控制系统技术工作。

抽水蓄能机组励磁系统运行特点分析
O pera tion Ch aracteristic An alysis o n Excita tion Sys tem fo r Pu mped Storage U nit
李保平
(河北省电力研究院,石家庄　050021)
摘要:针对抽水蓄能机组与火电机组在运行方式上的不同,分析抽水蓄能机组在启动、停机的控制方式下励磁系统的运行特点。

结合抽水蓄能机组在电网中所起的作用,介绍在电网调峰和黑启动时机组励磁系统的运行特点。

关键词:抽水蓄能机组;励磁系统;SFC ;调峰;黑启动Abstract :I n allusion to the differdent opera tion mo de of pumped sto rage po wer unit with the rmal pow er plant ,this paper analyzes the o pera tion characteristics of the excitatio n sy stem in pumped sto rag e pow er unit during the sta rt -up and outage of unit .In v iew of the function of pumped sto rage po wer unit in the pow er grid ,a naly zes the o pera tion charac -teistics of pumped storag e pow er unit during adjusting peak and black sta rt of pow er g rid
Key words :pumped sto rage pow er unit ;e xcita tion sy stem ;SF C ;adjusting peak load ;black star t 中图分类号:T V743;TM 761文献标志码:B
文章编号:1001-9898(2009)06-0004-02
抽水蓄能机组与火电机组在运行方式上有很大不同,无论是在机组的启动、停机的控制方式,还是在电网中的作用,与火电机组相比具有运行工况多、有特殊要求等特点,因此给参与控制的励磁系统提出了相应要求。

下面分几方面对抽水蓄能机组励磁系统的特点进行分析和探讨。

1　机组启动、停机时励磁系统的运行特点
1.1　机组启动时励磁系统的运行特点
抽水蓄能机组启、停频繁,启动方式灵活、多样,机组即可以以发电工况运行,也可以以水泵方式运行。

在发电工况下,励磁系统以常规程序投入。

水泵工况下,在大容量的抽水蓄能机组上由于直接异步法启动和半压异步法启动对电网的电能质量有一定的影响,对主设备的冲击也比较大,所以这种方法在大机组中较少使用。

随着电力电子技术的发展,
目前普遍采用的是静态变频器(SFC )启动。

在采用
SFC 启动时,电机作为一个电动机进行控制,SFC 系统将机组由静态拖动到水泵工况运行,这时励磁系统的控制目标与发电工况不同,它要配合SFC 系统将机组比较平稳的拖动到正常的水泵工况运行。

在采用SFC 启动过程中,励磁控制方式应采用以控制励磁电流为目标的控制方式,当励磁系统收到SFC 启动命令时,励磁系统的控制方式选择为励磁电流控制方式(ECR ),在SFC 方式启动过程中,在当转速小于90%的额定转速时,励磁系统控制目标在额定励磁电流的50%～60%,当机组转速达到90%的额定转速时,励磁系统控制方式则转换为自动电压调节(AV R )方式。

机组的同期系统进行转速及电压的调整,机组在满足同期条件后并网,开始水泵工况运行。

在水泵工况下,机组另外还有1种启动方式即背靠背同步启动方式,背靠背方式是利用2台机组,其中1台机组为发电工况,作为拖动机组,另1台机组为水泵工况,作为被拖动的电动机。

背靠背启动时,作为拖动的发电机和被拖动的电动机励磁控制方式都选择ECR 方式,励磁电流控制目标分别设定为60%左右和50%左右。

由发电机将电动机拖至接近同步转速,当转速达到90%的额定转速时,被拖动机组励磁控制方式切换至AVR 方式,同期系统进行转速及电压的调整,机组在满足同期条件后并网,拖动机组可根据预先指定的停机或发电方式运行。

在启动过程中由于作为拖动的发电机和被拖动的电动机之间存在电压差,两个机组间会出现功率交换现象,这时励磁系统根据功率电流的方向自动增减励磁电流进行控制。

1.2　机组停机时励磁系统运行特点
由于抽水蓄能机组的转动惯性较大,在停机过程中耗费的时间较长,特别是在低转速过程中占用
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的时间较长。

以往采用的机械方式进行停机制动,不仅有严重的机械摩擦,而且会带来粉尘,影响设备的运行。

目前普遍采用电气制动方式进行抽水蓄能机组停机控制。

电气制动过程中,励磁系统要经历先灭磁,再投励磁的过程。

在抽水蓄能机组执行停机程序后,当转速小于额定转速50%时投入电气制动。

在电气制动过程中,发电机的短路电流I d可表示为:
I d=E/x2d+r2(1)式中:I d为发电机短路电流;x发电机直轴同步电抗;r发电机定子直流电阻;E为定子电势,与发电机励磁电流I f成正比,当励磁电流恒定时,定子电势的大小只与转速有关。

式(1)可近似为:
I d=K I I f/x2d+r2(2)式中:K1为转换系数。

由于电气制动力矩与发电机定子短路电流I d 成正比,在电气制动过程中通过对励磁电流的控制,可以使制动电流增大,得到较好的制动效果。

在电气制动过程中励磁系统选择EC R,励磁电流整定时发电机在电气制动过程中定子短路电流最好不宜超过发电机额定电流的1.1～1.2倍。

2　机组调峰时励磁系统运行特点
抽水蓄能机组具有多样的运行工况,可进行发电、抽水、发电调相、抽水调相等不同的运行方式。

由于抽水蓄能机组启动过程所需要的时间短,调节速度快,在电网中起着调峰、填谷平衡电网的作用。

励磁系统作为抽水蓄能机组的主要控制系统,为满足机组不同运行工况,必须具备相应的功能。

抽水蓄能机组在进行调相运行时可对电网的电压进行调节,它要求励磁系统能够有效的调节机组的运行状态,使发电机在保证稳定运行的基础上最大限度地对电网电压进行调节,励磁系统的低励磁限制环节必须依据机组的稳定边界、进相深度、热稳定性进行整定。

目前为了加强电网电压的控制,无论是在火电厂还是在水电厂都陆续投入A VC(自动电压控制),这就要求励磁系统与AVC相配合,并且在运行中保证励磁系统输出稳定。

电力系统稳定器(PSS)对改善电力系统的动态品质、防止电网发生低频振荡有着重要的意义,PSS 在抽水蓄能机组励磁系统中也是必备的,与常规火电厂和水电厂的要求也有所不同,抽水蓄能机组中, PSS的整定必须满足抽水蓄能机组在发电和抽水2种工况下的要求。

3　电网黑启动时励磁系统运行特点
励磁系统是抽水蓄能机组保证电网黑启动的主要条件之一。

励磁系统首先要启动励磁给发电机加压。

确定励磁系统的启动励磁方式,如果能够采用零起升压,即依靠机组的残压启动,则能够满足机组黑启动的要求;如果启动励磁电源依靠直流蓄电池,则对蓄电池的容量有一定的要求,应能满足发电机建压20%以上,以达到靠自励磁建压的水平。

在黑启动过程中会涉及到发电机建压后对空载线路充电,如果空载线路较长,就会存在一定的容性无功功率,在投空载长线路时发电机就要吸收线路的无功功率,如果线路的容性无功功率过大,就有可能造成发电机励磁系统的低励限制环节动作,其后果是引起励磁增加,最终可能出现过电压,使得主断路器跳闸,黑启动失败。

所以在黑启动方案中应将发电机进相试验中得到的励磁系统低励限制值,结合预先进行的有关系统计算参数对发电机励磁系统的低励限制环节进行整定,必要时可将低励限制保护退出,保证电网黑启动的成功。

4　结束语
由于抽水蓄能机组运行方式的多样性,要求励磁系统的功能较常规系统有其特殊性,特别是要根据不同的运行工况进行参数整定,并要在试验中进行验证调整。

本文责任编辑:丁　力
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