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电力参数监测及故障保护系统优化措施

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:电流测量值经平均值算法处理后,与电压、功率因数合成为有功功率、无功功率及其他电力参数。如果三相电流不平衡超出允许范围,控制系统将发出故障关机指令,风力发电机组退出电网。

电力参数监测及故障保护系统优化措施

风力电机组需要持续监测的电力参数包括电网三相电压发电机输出的三电流、电网频率、发电机功率因数等。无论风力发电机组是处于并网状态还是脱网状态,这些参数都被监测,用于判断风力发电机组的起动条件、工作状态及故障情况,还用于统计风力发电机组的有功功率、无功功率和总发电量。此外,还根据电力参数,主要是发电机有功功率和功率因数来确定补偿电容的投入与切出。

1.电压测量主要检测以下故障

(1)电网冲击:相电压超过450V,0.2s。

(2)过电压:相电压超过433V,50s。

(3)低电压:相电压低于329V,50s。

(4)电网电压跌落:相电压低于260V,0.1s。

(5)相序故障。

在主电路中设有过电压保护,其动作设定值可参考冲击电压整定保护值。发生电压故障时,风力发电机组必须退出电网,一般采取正常关机,而后根据情况进行处理。

电压测量值经平均值算法处理后,可用于计算机组的功率和发电量。

2.电流测量主要检测以下故障

(1)电流跌落:0.1s内一相电流跌落80%。

(2)三相不对称:三相中有一相电流与其他两相相差过大,相电流相差25%,或在平均电流低于50A时,相电流相差50%。

(3)晶闸管故障:软起动期间,某相电流大于额定电流或者触发脉冲发出后电流连续0.1s为0。(www.xing528.com)

对电流故障同样要求反应迅速。通常控制系统带有两个电流保护,即电流短路保护和过电流保护。电流短路保护采用断路器,动作电流按照发电机内部相间短路电流整定,动作时间0~0.05s。过电流保护由软件控制,动作电流按照额定电流的2倍整定,动作时间1~3s。

电流测量值经平均值算法处理后,与电压、功率因数合成为有功功率、无功功率及其他电力参数。

电流是风力发电机组并网时需要持续监视的参量,如果切入电流不小于允许极限,则晶闸管导通角不再增大,当电流开始下降后,导通角逐渐打开直至完全开启。并网期间,通过电流测量,可检测发电机或晶闸管的短路及三相电流不平衡信号。如果三相电流不平衡超出允许范围,控制系统将发出故障关机指令,风力发电机组退出电网。

3.持续测量电网频率

测量值经平均值算法处理与电网上、下限频率进行比较,超出时,风力发电机组退出电网。电网频率直接影响发电机的同步转速,进而影响发电机的瞬时出力。

4.功率因数的测量

功率因数通过分别测量电压相角和电流相角获得,经过移相补偿算法和平均值算法处理后,用于统计发电机有功功率和无功功率。由于无功功率导致电网的电流增加,线损增大,且占用系统容量。因而送入电网的功率,感性无功分量越少越好,一般要求功率因数保持在0.95以上。因此,风力发电机组使用了电容器补偿无功功率。考虑到风力发电机组的输出功率常在大范围内变化,补偿电容器一般按不同容量分成若干组,根据发电机输出功率的大小来投入与切出。这种方式投入补偿电容时,可能造成过补偿。此时会向电网输入容性无功。

电容补偿并未改变发电机运行状况。补偿后,发电机接触器上电流应大于主接触器电流。

5.功率监测

功率可通过测得的电压、电流、功率因数计算得出,用于统计风力发电机组的发电量。风力发电机组的功率与风速有固定函数关系,如测得功率与风速不符,可以作为风力发电机组故障判断的依据。当风力发电机组功率过高或过低时,可以作为风力发电机组退出电网的依据。

(1)功率过低。如果发电机功率持续(一般设置30~60s)出现逆功率,其值小于预置值Ps,风力发电机组将退出电网,处于待机状态。脱网动作过程如下:断开发电机接触器,断开旁路接触器,不释放叶尖扰流器,不投入机械制动。重新切入,可考虑将切入预置点自动提高0.5%,但转速下降到预置点以下后升起再并网时,预置值自动恢复到初始状态值。重新并网动作过程如下:合发电机接触器,软起动后晶闸管完全导通。当输出功率超过Ps3s时,投入旁路接触器,转速切入点变为原定值。功率低于Ps时,由晶闸管通路向电网供电,这时,输出电流不大,晶闸管可连续工作。这一过程是在风速较低时进行的。发电机输出功率为负功率时,吸收电网有功功率,风力发电机组几乎不做功。如果不提高切入设置点,起动后,仍然可能是电动机运行状态。

(2)功率过高。一般说来,功率过高现象由两种情况引起:一是由于电网频率波动引起的。电网频率降低时,同步转速下降,而发电机转速短时间不会降低,转差较大;各项损耗及风力机能量转换不突变,因而功率瞬时变得很大。二是由于气候变化空气密度的增加引起的。功率过高如持续一定时间,控制系统应做出反应。可设置为:当发电机输出功率持续10min大于额定功率的15%后,正常关机;当功率持续2s大于额定功率的50%时安全关机。

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