第一章发电机自动并列

电力系统自动化AutomationofPowerSystem河南城建学院电气与电子工程系第1章发电机的自动并列第一节概述=======基本知识点=======发电机模型并列的基本概念准同期并列自同期并列一、发电机模型隐极同步发电机的等效电路1隐极同步发电机一、发电机模型0aaE0EEIXIjaXIj90UaRI隐极同步发电机的向量图一、发电机模型EQ为虚拟电动势2凸极同步发电机一、发电机模型sRIUqX凸极同步发电机的等效电路图一、发电机模型凸极同步发电机的向量图0EqI)(qddXXIjqXIjaRIdII0QEmmGGGqqsQUtUuIIUUXIjUjXRIUE)sin()(时变方程：向量方程：二、并列的基本概念1概念使uG与ux满足一定条件后合断路器，并联运行2目的：①负荷波动；②系统事故3原则：①冲击电流小；②暂态过程短4方法：准同期并列：If→合闸→暂态→同步自同期并列：无If→UN→合闸→加If→暂态→同步准同期并列：过程：发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。优点：是冲击电流小；不足：并列时间较长且操作复杂。自同期并列：过程：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。优点：并列时间短且操作简单不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降，产生冲击电流。三、准同期并列1并列条件推导（1）基本条件XGXGXGhXGXGhUUEEEEIXXjEEI00)(要求（2）一般向量推广ωωδ≠0ω1ω2Δω≠0ωω√ωUm≠0ω（3）理想并列条件，幅值相等：UG=UX频率相等：ωG=ωX（ω=2πf）相角相等：δe=0（δG=δX）2并列条件分析（1）UG≠UX，fG=fX，δe=0（2）UG=UX，fG≠fX，δe=0（3）UG=UX，fG=fX，δe≠0（1）UG≠UX，fG=fX，δe=0''max55.2)(28.1dsdxGhXUXUUI当UGUx去磁，并列后立即带无功负荷；当UGUx助磁，并列后立即从系统吸收无功功率。如果ΔU很大，则过大时，将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。''hI（2）UG=UX，fG=fX，δe≠0如果δ很大，冲击电流很大，其有功分量电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。同步并列操作允许的合闸相位差不应超过去5°。2sin255.2I''''heqxXU（3）UG=UX，fG≠fX，δe=0发电机在频差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对转子产生制动（或加速）的力矩，使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。允许频率差范围为额定频率的0.2%~0.5%,0.1~0.25Hz发电机准同步并列的实际条件：(1)待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的5%~10%。(2)在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于5°。(3)待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超过额定频率的0.2%~0.5%。复习与思考1.并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？2.准同步并列的条件有哪些？如果不满足这些条件，会有什么后果？3.为什么要在δ=0之前提前发合闸脉冲？4.自动准同步装置的任务是什么？第二节准同期并列的基本原理=======基本知识点=======脉动电压准同期并列条件合闸条件的计算准同期并列装置一、脉动电压1电网电压与发电机电压幅值相等的情形)2cos()2sin(2)sin()sin(ttUuuutUutUuXGXGGXGSXXXXGGGG)2sin(2)2cos(tUUtUuXGGSXGSS工频时：)2cos(2)2sin(tUUtUuXGGSXGSS低频时：其中，uS的周期Ts≈2π/ωG，US的周期TS≈2π/ωS。)05.1cos()05.0sin(20.11.01.1tutUuNbNGaNXGSNXNG2电网电压与发电机电压幅值不等XGSSXGSSSXGXGSXXXGGGSUUUktUUUkttUUUUUtUtUu时，时，)12(,2,0)cos(2)sin()sin(223对比分析USTSUG=UXUSTSUG≠UXUG+UX|UG+UX|二、利用电压差检测准同期并列条件从理论上讲，按上述条件可以实现准同期并列，考虑到工程实际，具体问题需要处理（tC，tQF），并且ωS与δe的计算不是独立的。计算值判断条件理想条件Usmin=|UG-UX|Usmin≤USyUS=0ωs=2πfsωs≤ωsyωS=0t=tYJδe=tYJ•ωsδe=0三、合闸条件的计算1越前时间tYJtYJ=tC+tQF自动装置断路器2允许滑差ωsyQFCeysytt3合闸条件计算过程Step1：计算Usmin，如果Usmin≤USy转Step2；否则调整G来改变UGStep2：ωsy的计算Step3：如果ωs≤ωsy继续Step4；否则调整G来改变ωG，ωs=ωG-ωXStep4：δe的计算：δe=tYJ•ωsStep5：δe≤δey合闸；否则调整G来改变ωG，从而δe四、准同期并列装置1、全自动准同期并列（1）频差控制单元：调节发电机转速，从而改变频差；（2）电压差控制单元：调节发电机励磁，从而改变压差；（3）合闸信号控制单元：选择合适合闸时间2、半自动准同期并列（1）调压：手动（2）调频：手动（3）合闸：自动3手动准同期并列（1）调压：手动（2）调频：手动（3）合闸：手动第三节恒定越前时间并列装置=======基本知识点=======线性整步电压检测原理及装置一、线性整步电压1形成电路（1）整形电路：将正弦波转化为方波；（2）相敏电路：相等于与门，UG与UX同相时输出1，不同时输出0；（3）滤波电路：平滑Uy的波形；UG与UX的对比分析UGUXδe=0δe=90δe=180δe=270UGUX2特点（1）分段线性：[0,π]与[-π,0]；（2）与发电机电压和系统电压的幅值无关；3解析式],0[)(]0,[)(eslmsleslmslUUUUUGUX4波形slUGUXUyUttttt0（1）usl最大值对应δ=0°或360°，最小值对应δ=180°。所以线性整步电压包含了相角差信息量。（2）usl波形和顶值电压与uG、uX的幅值无关，不包含压差信息量。（3）usl的斜率与fs成正比，包含了频差信息量。二、检测1恒定越前时间（1）检测电路（比例-微分回路和电平检测器）（2）动作原理输入Usl→中间输出UR2→输出tYJ，动作检测电路（3）相关计算①UR2的计算（叠加原理）)(212212'2tURRRURRRUsslmslRsslmslmCslCCRURRRRCRRRRdtduCRRRRdtduCURRRRIRIU212121212121212112''2''2'22RRRUUU②tYJ的计算slmsslmYJsslmURRRRRRRCURRRtU2122121212)()(1111负号表示提前CRtCRtYJsYJs2恒定越前相角（滑差ωs）（1）检测装置（类似时间装置）（2）检测原理（3）tA的计算，相角先，时间后，，同时，，相角后，时间先，YJAsYsYJAsYsYJAsYsYJssYAAseYJsYtttttttttt恒定越前相角检测原理3压差检测对UG与UX进行比较当|UG-UX|≤UsY发运行信号；否则调节励磁复习与思考1.何谓整步电压？2.说明全波线性整步电压的特点第四节数字式并列装置=======基本知识点=======模拟式并列装置不足之处数字式并列装置主要特点数字式并列装置的硬件电路数字式并列装置的软件电路一、模拟式并列装置的不足之处在一个滑差周期Ts时间内把ωs假设为恒定。而数字式并列装置可以克服这一假设的限局性，采用较为精确的公式，考虑相角差δe可能具有加速运动等问题，能按照δe当时的变化规律，按最佳的越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，从而提出了自动并列装置的技术性能和运行可靠性。并列装置引入了计算机技术后，可以较方面地应用检测和诊断技术对装置进行自检，提高了装置的维护水平。二、数字式并列装置定义及主要特点1、定义：借助于微处理器的高速处理信息能力，利用编制的程序，在硬件配合下实现发电机并列操作。2、主要特点：由于利用微处理器具有高速运算功能和逻辑判断能力，使对机组的调节更加快速，更加精确。三、数字式并列装置硬件电路（一）硬件电路主机、输入、输出接口和输入、输出过程通道1、主机CPU和存贮器（RAM、ROM）一起称为主机。变量存放在RAM内，固定的参数和设定值确定理想导前相角，使合闸瞬间冲击电流以及编制的程序，则固化存放在ROM内。断路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉冲宽度等，存放在EPROM中。2、输入、输出接口电路完成信息传递任务3、输入、输出过程通道A.输入通道并列装置在现场工作输入信息有：1）状态量输入。并列点两侧电压互感器二次侧交流电压信号中提取电压幅值、频率和相角差等三种信息，2）并列点数字量。如tad，ωs.set，等，3）工作状态及复位按钮。setUB.输出通道①发电机转速调节的增速、减速信号；②调节发电机电压的升压、降压信号；③并列断路器合闸脉冲控制信号。（二）人-机联系用于程序调试、设置或修改参数。显示并列过程主要变量。常用的设备有：键盘、按钮、显示器、数码显示四、数字式并列装置的软件电路本节小结：从uG、ux的电压波形中采集两并列电源间的相角差δ、频率差fs等信息，数字式准同期并列装置充分发挥了微处理器高速运算能力且性能稳定，因而具有显著优点。作业与思考：1.模拟式并列装置存在的主要问题是什么？2.数字式并列装置的定义及主要特点是什么？