微机电力自动装置原理课件 第2章 同发机的自并列

第2章微型计算机概述2.1概述2.2准同期并列的基本原理2.3自动并列装置的工作原理2.4频率差与电压差的调整2.5微机型(数字型)并列装置的组成第2章同步发电机的自动并列第2章微型计算机概述2.1概述2.1.1并列操作的意义1、什么并列操作？一台发电机组在投入电网运行之前，必须的发电机输出的电压UG、频率fG、初相角φG等参数进行适当的调整，使其与母线电压Ux频率fx、初相角φx等参数基本一致。这一系列操作过程称为并列操作。第2章微型计算机概述2、同步发电机组并列时应该遵守的原则（1）并列断路器合闸时，冲击电流(1--2)倍额定电流(2)发电机组并入电网后应能迅速进入同步状态..过程要短、对电网扰动要小。二、准同期并列1、同期并列的条件：（1）ωG=ωx,或fG=fx(频率相等)（2）UG=Ux(电压相等)（3）δe=δG-δx=0(相位差相等)发电机频率和电压参数：ωG、fG、UG。电网频率和电压参数：ωx、fx、Ux。δe=δG-δx第2章微型计算机概述2、准同步并列。同期并列的条件中间有一项不能满足的情况称为准同步并列：如情况A：（1）ωG=ωx,或fG=fx(频率相等)（2）UG≠Ux(电压不相等)（3）δe=δG-δx=0(相位差等于0)情况B：（1）ωG=ωx,或fG=fx(频率相等)（2）UG=Ux(电压相等)（3）δe=δG-δx≠0(相位差不等于0)情况C：（1）ωG≠ωx,或fG≠fx(频率不相等)（2）UG=Ux(电压相等)（3）δe=δG-δx=0(相位差等于0)第2章微型计算机概述3、准同步并列条件下冲击电流的计算（一）UG≠Ux(电压不相等)时，准同步并列，产生的过电流：28.1hhmXdXGhIIIXXUU“UG、Ux为发电机电压和电网电压有效值，Xd为发电机次瞬态电抗。Xx是电力系统等值电抗。Ihm为冲击电流最大瞬态值第2章微型计算机概述（二）δe=δG-δx≠0(相位差不等于0)时冲击电流计算（合闸相角有差）势发电机交轴次瞬态电动发电机交轴次瞬态电抗2sin2qqxqqhEXeXXEI第2章微型计算机概述(三)频率不相等时冲击电流计算（ωG≠ωx,或fG≠fx(频率不相等)1、(此条件下虽然UG=Ux(电压幅价相等)，但是合闸断路器两边的瞬态电压Us差并不相等:XGssmxsmGSXGSsteeUtUUtUu,2sin22sin2)2cos(其中：S称为滑差角频率或滑差频率fs。他们之间有如下关系：第2章微型计算机概述2、滑差角频率或滑差频率fs的关系为额定频率。用标麽值表示：所以脉动周期为：ZNNssssSssHfffTf502212*第2章微型计算机概述3、频率不相等时冲击电流计算（与情况2相同）势发电机交轴次瞬态电动发电机交轴次瞬态电抗2sin2qqxqqhEXeXXEI滑差角频率或滑差频率fs越大，冲击电流越大，第2章微型计算机概述4、总结：合闸冲击电流与什么有关？（1）UG、Ux为发电机电压和电网电压差越大冲击电流越大。（2）合闸相角差越大冲击电流越大。（3）发电机电压和电网电压频率差越大冲击电流越大。（4）滑差角频率或滑差频率fs越大，冲击电流越大。第2章微型计算机概述5、待并列发电机组进入同步运行的过程（1）当发电机与电网进行有功功率交换时：如果发电机的电压UG超前电网电压Ux,发电机发出功率，则发电机制动而减速。反之，当UG低于Ux时，发电机吸收功率，发电机将加速。（2）交换功率的方向与合闸相角差δe的正负有关。（3）发电机组进入同步运行的过程：如图2-4：当合闸相角差为δe0，图2-4中a点，发电机处于发电状态，而受到制动，其发出的功率沿功角特性曲线达到b点，此时δe=0，这时发电机依然处于发电状态，而使得δe逐渐减小..XG第2章微型计算机概述合闸相角差为δe变负。发电机处于电动机状态。又处于加速状态，交换功率沿特性曲线移动到图中C点。这样来回摆动，由于阻呢因素最后进入同步状态。时：XG第2章微型计算机概述三、自同步1、自同步操作是将一台未加励磁电流的发电机升速到接近电网频率,滑差角频率不超过允许值.且在发电机组的加速速度小于某一给定值的条件下,首先合上并列断路器QF,接着立即合上励磁开关SE,给转子加上励磁电流,在发电机电动势逐渐增长的过程中由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行.2、特点：不要专门的合闸机构；但是冲击电流大，只实用于紧急情况下的操作。3、引起的冲击电流Ih=Ux/(Xd+Xx)第2章微型计算机概述第二节准同期并列的基本原理序1、准同期并列等效电路图第2章微型计算机概述序2、准同期并列原理由上图。设断路器QF两边电压分别为UG和UX，并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值、和进入同步运行的过渡过程。都与合闸的脉动电压US值滑差角频率有关。因此准同期并列主要操作原理是：（1）测量出脉动电压US值滑差角频率。（2）依据测量出脉动电压US值滑差角频率和断路器QF的动作时间，计算出合适的合闸闭合时刻。（3）使并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值维持允许的范围内。第2章微型计算机概述一、脉动电压（及其特性）一、脉动电压（及其特性）1、脉动电压是什么电压？它是：断路器QF两边电压UG和UX之差，是进入同步运行的过渡过程中，合闸时断路器QF两边电压的脉动电压US值，与UG和UX的幅度有关，和他们的初始相位差有关。2、脉动电压的表达式1SsmXSXGSsSXGXGUtUUtUuUUU22sin22cos表达式：这时而当第2章微型计算机概述3、脉动电压的表达式2mxmGSsmxmGSssmGmXmGmXSXGSsSXGXGUUUtUUUttUUUUUtUuUUU时，当时，当表达式：这时而当0cos22cos22第2章微型计算机概述4、US电压波形图第2章微型计算机概述5、图形说明了什么在US的脉动电压波形中载有准同期并列所需要的信息===电压幅度差、频率差、以及相角差以及相角差随着时间的变化规律。为自动并列装置提供了并列条件信息和合适的合闸信号以及信号发出的时机。6、电压幅度差、频率差、以及相角差等参数的范围和要求：（1）电压幅度差：电压幅度差US的大小与合闸冲击电流Ih大小成正比.。所以电压幅度差US的大小受到冲击电流Ih大小的限制。应该小一点好。（2）频率差：ωωUG与UX的频率差就是US的频率fs,滑差角ωs与其成正比，其倒数就是脉动电压的周期Ts，合闸过程中要求滑差角ωs和脉动电压的周期Ts限制在一定范围内。第2章微型计算机概述要求：)(1022.010022.050,%2.0sTfHfSYSNsyZNNsy而：即：设滑差角频率的允许值第2章微型计算机概述（3）合闸相角差δe的控制A、合闸相角差δe的控制的含义：相角差δe是时间的函数，它的大小影响合闸电流的大小，如如果没有其他因素的影响，可以考虑在相角差δe=0时合闸最好，可以使合闸电流=0，但是合闸断路器QF的吸合需要时间，还有其他控制电路动作也需要时间，若还在相角差δe=0时合闸，等合闸断路器QF吸合时，相角差δe≠0，合闸的冲击电流会很大。达不到减小冲击电流的目的。必须对合闸相角差δe进行控制。B、如何进行控制？其方法有（1）恒定越前相角法，即在离δe=0前δyj角度处进行程控合闸。合闸完成恰好δe=0；采用的控制装置称为恒定越前相角并列装置。（2）恒定越前时间法，在UG=Ux前tyj发出合闸信号。采用的控制装置称为恒定越前时间并列装置。合闸完成恰好UG=Ux。第2章微型计算机概述二、准同期并列装置1、准同期并列装置组成如图2-8：它由（1）频率差检测控制单元（2）电压差检测控制单元（3）合闸信号控制单元执行合闸单元是合闸断路器QF2、准同期并列装置按自动化程度的分类（1）半自动准同期并列装置。该装置没有频率差检测控制单元和电压检测控制单元，只有合闸信号控制单元。并列时由人工依据经验操作（2）自动准同期并列装置：由频率差检测控制单元；电压检测控制单元；合闸信号控制单元等组成。由计算机进行自动检测和控制。不要人工操作。第2章微型计算机概述三、准同期并列合闸信号和控制逻辑（的形成）（一）恒定越前相角法准同期并列合闸信号参数的计算1、合闸断路器QF的合闸时间参数为tQF,2、如果UG和UX相等，且ωs很小，合闸断路器QF的合闸时间参数为tQF，其主触头闭合瞬间的相角差近似认为接近δyj值。3、最佳滑差角可以由下式计算QFSQFsyyjQFyjsysttt0002恒定越前相角法合参数原理图2-10第2章微型计算机概述合闸信号控制情况：左边提前角度太小；中间提前角度恰好；右边提前量太大。第2章微型计算机概述（二）恒定越前时间法准同期并列合闸信号参数的计算1、它是采用提前时间量信号即在脉动电压US达到两相电压UG、Ux重合（δe=0)之前tyj发出合闸信号。2、一般取tyj等于并列装置合闸出口继电器动作时间tc和断路器的合闸时间tQF之和。因此采用恒定越前时间的并列装置在理论上可以使合闸相位差δe=0,3、在δe=0之前的恒定越前时间tyj发出合闸信号，他对应的恒定越前相角δyj的值是随ωs变化的。其变化规律如下图。第2章微型计算机概述4、yjsyjt第2章微型计算机概述四、恒定越前时间并列装置合闸参数的整定计算1、恒定越前时间并列装置的整定参数有：（1）越前时间tyjtyj=tc+tQFtc为自动装置合闸信号回路的动作时间；tQF为并列断路器的合闸时间。（2）允许电压差Us=0.1----0.15UN(额定电压）（3）允许滑差角频率ωsy)(28.12)(arcsin2radEXXittttqxqhmeyeyQFcQFceysy决定由允许的最大冲击电流动作误差时间为自动装置、断路器的和第2章微型计算机概述恒定越前时间并列装置的整定参数举例[例题2。1])(199,00992.0arcsin205.128.12)25.0125.0(12arcsin2???,,2,05.0%,20,5.0,25.0,125.0radTeyIIsstXXeySsyGNhmQFXq与相应的脉动电压周期允许滑差角试计算允许合闸误差角电流为发电机允许的最大冲击时间为自动并列装置最大误差为它的最大可能误差时间已知第2章微型计算机概述整定参数举例例继续)(7.433.122)3(1042.050233.12)/(33.115.0199.0)(05.0)(1.02.05.0?22*sTTfsradststSYSSNsysysycQFey？脉动电压周期示：滑差角频率用标么值表所以：自动装置的误差时间断路器合闸的误差时间）允许滑差角（第2章微型计算机概述第三节自动并列装置的工作原理序:自动并列装置的组成:其结构有两类:1类是逻辑电路组成如图2-8所示。另1类是由微机组成如图2-26所示。一、恒定越前时间并列装置的工作原理（逻辑电路式自动并列装置）恒定越前时间并列装置中的合闸信号扩展单元是由它由（1）频率差检测控制单元。（2）电压差检测控制单元。（3）合闸信号控制逻辑单元等组成。（一）装置的控制逻辑第2章微型计算机概述图2-12第2章微型计算机概述由图可知恒定越前时间信号能否通过与门YI，成为合渣输出信号决定于滑差角频率检测结果，和电压差检测结果。（如不符合条件就不能发出合闸信号）。即：越前时间信号=1电压差信号不允许=1滑差角频率不允许=1发出合闸信号=0另外的问题是滑差角频率检测结果，和电压差检测的结果是如何检测出来的？第2章微型计算机概述二、并列装置的检测（装置及）信号（的形成）目的检测出UG-UX=US,ωG-ωx=？ωs=？（一）整步电压（USL）自动并