分布式調(diào)相機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作分析及思考

摘 要：在介紹一次分布式調(diào)相機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作情況的基礎(chǔ)上，分析分布式調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)工作機(jī)理、分布式調(diào)相機(jī)在新能源區(qū)域抑制過電壓的能力以及失磁保護(hù)的工作原理，同時(shí)針對(duì)目前分布式調(diào)相機(jī)失磁保護(hù)在定值整定方面的不足，提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：分布式調(diào)相機(jī)；失磁保護(hù)；勵(lì)磁系統(tǒng)；整定配合

中圖分類號(hào)：TM341" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）18-0040-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.010

0" " 引言

隨著“3060”雙碳目標(biāo)的推進(jìn)，新型電力系統(tǒng)得以迅速發(fā)展，以風(fēng)、光、儲(chǔ)為主要發(fā)電模式的新能源廠站和區(qū)域得到快速建設(shè)。由于受地理、環(huán)境、氣候、季節(jié)等自然因素的影響，新能源發(fā)、送電存在隨機(jī)性強(qiáng)、波動(dòng)性大等客觀實(shí)際問題，導(dǎo)致電源輸送端無功需求變化大，電壓支撐薄弱，從而引起了不同程度的穩(wěn)定性問題，制約了新能源電源的送出和消納。各種研究表明，相比于SVC、STATCOM等傳統(tǒng)電力電子型無功補(bǔ)償設(shè)備，分布式調(diào)相機(jī)響應(yīng)速度快，過電壓抑制能力最佳，兼具很好的低電壓補(bǔ)償能力[1-2]，同時(shí)具有分布廣、集成度高、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決新能源區(qū)域無功支撐和穩(wěn)定性不足的問題，因此，在新能源區(qū)域，分布式調(diào)相機(jī)得到廣泛應(yīng)用。

調(diào)相機(jī)性能的充分發(fā)揮，需要在勵(lì)磁、調(diào)變組保護(hù)等二次設(shè)備的合理調(diào)節(jié)和保護(hù)下實(shí)現(xiàn)。本文將介紹一起典型新能源區(qū)分布式調(diào)相機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的案例，從勵(lì)磁調(diào)節(jié)過程、調(diào)變組失磁保護(hù)動(dòng)作情況等方面分析動(dòng)作機(jī)理，提出勵(lì)磁與調(diào)變組保護(hù)之間配合的優(yōu)化建議，從而提升調(diào)相機(jī)抑制過電壓的能力。

1" " 現(xiàn)場主接線及結(jié)構(gòu)

1.1" " 調(diào)相機(jī)主接線

調(diào)相機(jī)容量50 Mvar，機(jī)端出口電壓10.5 kV，經(jīng)過調(diào)相機(jī)主變升壓后接至35 kV母線，再經(jīng)新能源區(qū)主變升壓后接至220 kV母線，最終接入電網(wǎng)。其結(jié)構(gòu)和主接線為典型新能源區(qū)分布式調(diào)相機(jī)的電氣結(jié)構(gòu)，其中主接線如圖1所示。

1.2" " 機(jī)組及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)

調(diào)相機(jī)變壓器組及勵(lì)磁系統(tǒng)主要電氣參數(shù)如表1所示。

1.3" " 調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)控制模式

調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)具備電壓環(huán)和無功復(fù)合環(huán)運(yùn)行模式。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，可通過人工投入的方式投入無功復(fù)合環(huán)，無功復(fù)合環(huán)疊加在電壓環(huán)輸入環(huán)節(jié)，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)起到緩慢調(diào)節(jié)無功功率的功能，可控制機(jī)組的無功功率運(yùn)行在目標(biāo)值附近。勵(lì)磁系統(tǒng)控制原理如圖2所示，由圖可見，無功復(fù)合環(huán)增益Kq取0.2，而電壓主環(huán)增益Kp一般大于30，故無功復(fù)合環(huán)調(diào)節(jié)屬于慢速調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)低于主環(huán)調(diào)節(jié)速度。

1.4" " 調(diào)變組保護(hù)配置

機(jī)組配置調(diào)相機(jī)變壓器組保護(hù)（下稱“調(diào)變組保護(hù)”）A屏、B屏、C屏，保護(hù)配置全面，其中包含調(diào)相機(jī)失磁保護(hù)。

2" " 失磁保護(hù)動(dòng)作分析

2.1" " 動(dòng)作過程

調(diào)相機(jī)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，初始階段，機(jī)組與系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行于無功復(fù)合環(huán)控制模式，電壓目標(biāo)值為9.432 kV，無功目標(biāo)值為-3.825 Mvar，調(diào)相機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率為-3.85 Mvar。

異常階段，勵(lì)磁系統(tǒng)依然運(yùn)行于無功復(fù)合環(huán)控制模式，電壓目標(biāo)值為9.497 kV，無功目標(biāo)值為-3.825 Mvar，但調(diào)相機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率在逐步降低，當(dāng)無功功率下降至-6.5 Mvar時(shí)，調(diào)變組保護(hù)裝置失磁保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作，跳開并網(wǎng)斷路器和滅磁開關(guān)，隨即調(diào)相機(jī)停機(jī)。

2.2" " 勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程分析

調(diào)取勵(lì)磁調(diào)節(jié)器錄波，從波形看，在異常發(fā)生階段，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流呈下降趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)調(diào)相機(jī)無功功率也逐步降低，可見，勵(lì)磁電流和調(diào)相機(jī)無功功率的變化趨勢(shì)一致。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)側(cè)PT電壓、調(diào)相機(jī)機(jī)端調(diào)節(jié)PT電壓均呈現(xiàn)同步上升的趨勢(shì)，這與勵(lì)磁調(diào)節(jié)的方向相反，故可以判斷，調(diào)相機(jī)無功功率下降的調(diào)節(jié)，并非勵(lì)磁系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)，而是根據(jù)系統(tǒng)側(cè)的變化進(jìn)行的對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)。也就是說，本次異常過程，是系統(tǒng)側(cè)首先出現(xiàn)電壓上升，由于調(diào)相機(jī)與系統(tǒng)相連，故機(jī)端電壓隨之上升，當(dāng)機(jī)端電壓大于給定值后，勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)降低勵(lì)磁電流，試圖將機(jī)端電壓拉回給定值附近，但由于系統(tǒng)側(cè)容量遠(yuǎn)大于機(jī)組容量，故勵(lì)磁電流和無功功率將持續(xù)下降，雖然勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行于無功復(fù)合環(huán)控制，但無功調(diào)節(jié)僅用于穩(wěn)態(tài)的慢速調(diào)節(jié)，無法在動(dòng)態(tài)下快速跟蹤給定值，故無功功率持續(xù)下降，直至失磁保護(hù)動(dòng)作。勵(lì)磁調(diào)節(jié)過程波形如圖3所示。

2.3" " 問題與分析

在分析過程中，發(fā)現(xiàn)以下問題：

2.3.1" " 失磁特征問題

一般地，失磁保護(hù)的特征表現(xiàn)為系統(tǒng)電壓低、機(jī)端電壓低、勵(lì)磁電壓低、無功功率低，但是本次失磁保護(hù)動(dòng)作過程中，系統(tǒng)電壓和機(jī)端電壓呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，不符合失磁保護(hù)動(dòng)作特征和條件。

查看失磁保護(hù)定值，失磁Ⅰ段投入、失磁Ⅱ段退出；失磁Ⅰ段低電壓判據(jù)未投，逆無功功率百分比整定為11%（-50×11%=-5.5 Mvar），失磁動(dòng)作時(shí)間為1.5 s。由此可見，現(xiàn)場實(shí)際工況滿足失磁Ⅰ段定值整定的動(dòng)作條件，但未能正確匹配調(diào)相機(jī)的運(yùn)行工況。調(diào)相機(jī)實(shí)際在通過降低無功功率發(fā)揮抑制系統(tǒng)過電壓的功能，但是未能充分發(fā)揮，無功僅降至額定值的11%即被保護(hù)跳開，可見失磁保護(hù)定值整定存在缺陷。

2.3.2" " 勵(lì)磁無功低勵(lì)限制與失磁保護(hù)配合問題

本次失磁保護(hù)動(dòng)作過程中，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無功低勵(lì)限制未動(dòng)作，而失磁保護(hù)直接先動(dòng)作，不符合兩者配合原則。

查看勵(lì)磁調(diào)節(jié)器定值，無功低勵(lì)限制定值為-30 Mvar，動(dòng)作時(shí)間為1 s，由此可見，無功低勵(lì)限制定值遠(yuǎn)低于失磁保護(hù)定值，不符合配合原則。

2.4" " 思考及建議

2.4.1" " 失磁保護(hù)定值整定建議

參照文獻(xiàn)[3]，失磁保護(hù)Ⅰ段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況并經(jīng)專業(yè)評(píng)估后選擇是否投入，同時(shí)規(guī)定，當(dāng)正常運(yùn)行且調(diào)相機(jī)深度進(jìn)相時(shí)，若調(diào)相機(jī)機(jī)端電壓低于額定電壓的95%，失磁Ⅰ段宜退出。故失磁Ⅰ段是否投入，應(yīng)該根據(jù)新能源廠站的實(shí)際需求進(jìn)行評(píng)估。實(shí)際上，由于分布式調(diào)相機(jī)需要發(fā)揮抑制新能源區(qū)域過電壓的能力，故建議退出失磁Ⅰ段，投入失磁Ⅱ段。

失磁保護(hù)應(yīng)投入母線電壓或機(jī)端電壓判據(jù)。

參照文獻(xiàn)[3]，逆無功功率百分比應(yīng)根據(jù)調(diào)相機(jī)最大進(jìn)相能力進(jìn)行整定，查閱進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)相機(jī)最大進(jìn)相深度為-43 Mvar，考慮安全系數(shù)，建議取值-35 Mvar。

2.4.2" " 無功低勵(lì)限制與失磁保護(hù)配合建議

當(dāng)調(diào)相機(jī)運(yùn)行于深度進(jìn)相時(shí)，無功低勵(lì)限制器應(yīng)先動(dòng)作，將調(diào)相機(jī)無功功率限制回安全范圍。如果限制器動(dòng)作后異常工況繼續(xù)發(fā)展，至保護(hù)動(dòng)作值后，調(diào)變組保護(hù)再動(dòng)作跳閘[4-5]。故無功低勵(lì)限制定值應(yīng)高于失磁保護(hù)，無功低勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于失磁保護(hù)。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無功低勵(lì)限制的定值為-30 Mvar，動(dòng)作時(shí)間為1 s，故當(dāng)失磁保護(hù)無功功率百分比整定為70%（-35 Mvar），動(dòng)作時(shí)間整定為1.5 s或2 s，即可滿足配合原則。

3" " 結(jié)論

分布式調(diào)相機(jī)在新能源區(qū)域需要發(fā)揮抑制過電壓的能力，故失磁保護(hù)整定應(yīng)按照調(diào)相機(jī)進(jìn)相運(yùn)行需求進(jìn)行整定，且失磁Ⅰ段是否投用，需要專業(yè)評(píng)估。同時(shí)，失磁保護(hù)定值整定還應(yīng)結(jié)合進(jìn)相能力的數(shù)據(jù)，與勵(lì)磁無功低勵(lì)限制形成配合，以便在保障機(jī)組安全的前提下，充分發(fā)揮調(diào)相機(jī)的功能。

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收稿日期：2023-05-08

作者簡介：李繼平（1982—），男，江蘇人，工程師，研究方向：發(fā)電廠控制保護(hù)、特高壓直流輸電、柔性交直流輸電。