第二章2-同步发电机自动并列.

第二章同步发电机的自动并列电力系统自动装置原理主要内容同步发电机自动并列的条件和原则1.准同期自动并列的分析2.准同期自动并列装置的实现原理3.频差压差调节的方法数字型并列装置4.电力系统自动装置原理电路示意图GGUXUDL第一节概述一并列操作的意义一台发电机组在未投入系统运行之前，它的电压与并列母线电压的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的调节，使之符合并列条件,并将断路器DL合闸作并网运行的一系列操作称为并列操作。GUxU电力系统自动装置原理1母线电压的状态量母线电压瞬时值:ftUtUumm2sinsin幅值频率相角a)断路器合闸时，冲击电流应尽可能小、其瞬时最大值一般不超过l一2倍的额定电流。b)发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态．其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。2同步发电机组并列时应遵循的原则：GGUXUDL自同期准同期3并列方法电力系统自动装置原理发电机G电压系统电压两者的电压差称为滑差电压二、准同期并列发电机准同期并列条件的分析XU~ABGUQF0SUGUXUGXeQFSUXUGUXXGXGEXE)sin(1tUUGmGG)sin(2tUUXmXX)sin()sin(21tUtUUUUXmXGmGXGS电力系统自动装置原理发电机并列的理想条件0exGxGffUU并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。123电力系统自动装置原理电压幅值差设，频率与相角相等。此时冲击电流，主要为无功分量。最大值相角差设，频率与电压相等。此时冲击电流，较小时，主要为有功分量。发电机并列时偏离理想条件所引起的后果mXmGUUxdmXmGhXXUUIhhmIi28.100XG2sin2exqqhXXEIe电力系统自动装置原理发电机并列时偏离理想条件所引起的后果(一)电压幅值差0eXGXGffUUhhmXdXGhIiXXUUI28.1冲击电流的有效值:冲击电流最大瞬时值:GUxUhI电力系统自动装置原理（二）合闸相角差0eXGXGffUUhhmeXqqeXqGhIiXXEXXUI28.12sin22sin2eGUxUSUhI电力系统自动装置原理（三）频率不相等SSSXGSseGSGXGGsXGXGGsXXGGsfTtUuUtUtUUttUutUtUu212cos2sin22sin22sin22cos2sin20sinsin2121滑差角频率滑差频率脉动周期脉动电压:假定:脉动电压的幅值:UsusTstXUsUGU2tX1tGeXGXGffUU,电力系统自动装置原理频率差——脉动电压的表现形式设，电压的幅值相等。脉动电压XG2sincos22GxGxsmGuUtt脉动电压幅值SUcos2GxssuUt滑差频率脉动周期SXGSf2SSSfT21电力系统自动装置原理脉动电压相量图波形图电力系统自动装置原理并列的同步过程1)a—b,GX,减速2)b点,G=X3)b—a—o,GX,减速4)o—c,GX,加速5)c点,G=X发电机状态电动机状态0abcPs电力系统自动装置原理三、自同期并列自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，且机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器DL，接着立刻合上励磁开关KE，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。KEUEXUDLGXxGUSystem电力系统自动装置原理SEG~EU~QFXXXU发电机的并列方法1.准同期并列：严格按照发电机理想并列条件进行并列。2.自同期并列：发电机事先未经励磁。将转子提到接近同步转速。此法适用于小型机。优点：快速、方便；控制简单。缺点：冲击电流大；引起系统电压突降；应用受限。XdXhXXUI电力系统自动装置原理引起冲击电流；发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影响。三缺点：XdXhXXUIdXdXGXXXUU控制操作非常简单，在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用机组投入电网运行。二优点：电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理一、脉动电压0SU1ST2STt1S2SXGUUXGUU电力系统自动装置原理脉动电压脉动电压的幅值US2sin2tUUUUSXSXGTs1Ts2tUstUUUUUUUSXGXGSXGcos222ttSS0XGSXGSUUUUUUTs1Ts2XGUUXGUUtUsminSXGUUUSSSTf211电压幅值差2频率差3合闸相角差的控制考虑到断路器操作机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合间信号。US中载有的准同期并列所需检测的信息电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理脉动电压中包括信息如下：电压幅值差。最佳为的值最小，二电压重合时判别。频率差，显示出相角差随时间变化的规律。要求小于某一允许的值，相当于要求脉动电压周期大于某一给定的值。最佳是在与重合时合闸，即相角差为零时（相量重合）幅值差最小，考虑动作时间，要提前。根据相角差的变化规律，可求得合闸指令最佳发出时机。可采用两种方式mXmGUUSSTGUXU恒定越前相角准同期恒定越前时间准同期电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理二、准同期并列装置并列装置的构成自动化程度一般分为频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元半自动全自动电力系统自动装置原理自动准同期并列装置(1)检测电压间的滑差角频率,且调节发电机的转速,使发电机的频率接近于系统频率。(2)检测电压值差,且调节发电机的电压,使两电压的差值小于规定允许值。(3)检查并列条件,条件满足时发出合闸信号。三个控制单元电源G升速减速升压降压并列断路器合闸频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元与门提前量信号形成电压差允许频率差允许合闸信号电力系统自动装置原理三、准同期并列合闸信号的控制逻辑（一）恒定越前相角准同期提前量信号取某一恒定相角。断路器的合闸时间为。同期装置动作时间为。YJQFtCtCQFttttsyYJ0常数最佳滑差角频率0SUtt1s02systtAU321sss3s0sys0sys0sys过零后合闸过零时合闸过零前合闸电力系统自动装置原理准同期并列装置两种原理按提前量的不同恒定越前相角恒定越前时间2sin2eXSXGUUUU321ssstUstDLtDLtDLs1s2s3UA恒定越前时间装置理论上可以使合闸相角差等于零。321ssstUstDLtDLtDLs1s2s3电力系统自动装置原理（二）恒定越前时间准同期提前量信号取恒定时间常数CQFttt0SUt1s02syst321sss3stt理论上可以完全无冲击，但是动作时间存在误差，设为允许合闸相角。CQFttttSey所以，还是要限制Sey电力系统自动装置原理四恒定越前时间并列装置的整定计算1)越前时间tYJ2)允许电压差3)允许滑差角频率DLcYJttt自动装置合闸信号输出回路的动作时间并列断路器的合闸时间qXqhmeyDLceysyEXXitt28.12arcsin2自动并列装置的动作误差时间断路器的动作误差时间一般定为(0.1一0.15)Ue电力系统自动装置原理逻辑关系满足即可以合闸。必须在之前判定完毕。第三节自动并列装置的工作原理一、装置的控制逻辑YJt越前时间信号电压差不允许滑差不允许与门或非门合闸信号电压差、频率差判别区SUtYJtst电力系统自动装置原理恒定越前时间并列装置的合闸控制一并列装置控制逻辑必须在越前时间信号到达之前完成频率差和电压差的检测任务，作出是否让越前时间信号通过与门Y1的判断。或非门提前时间信号电压差不允许频率差不允许合闸信号与门电压差频率差判别区tYJLtUs100010110001电力系统自动装置原理正弦整步电压法采用与直接做差，得到正弦性的包络线来判别。误差较大。自动并列装置的工作原理二、并列的检测信号GU两种方法应用于模拟式并列装置中，实现检测。线性整步电压法XU采用三角波（线性）的整步电压。不考虑电压差，只考虑相角差。精度较好。电力系统自动装置原理（一）利用正弦整步电压(脉动电压的幅值)作测量信号的并列检测方法脉动电压的幅值Us相角差电压差越前时间信号频差检测合闸误差影响线性整步电压的方法(相角差的特性)Ts1Ts2tUsTs1Ts2XGUUXGUUtUsGUsuxuG电力系统自动装置原理（二）线性整步电压的产生1.半波线性整步电压2.全波线性整步电压电力系统自动装置原理1半波线性整步电压VT1基极VT2基极a++-+---+---+****uxuGVT3VT2VT1abdux2uG2电力系统自动装置原理ux2uuG2t半波线性整步采用滤波器，把高次谐波滤掉，获得较为平滑的特性。但滤波器的时间常数将会影响其相移。全波线性整步电压线路可以提高矩形的密度，从而减小滤波器的时间常数，进一步改善它的性能。udt02ubtesLmsLmsLesLmsLUUuUu220ee02e:0,矩形e:2,矩形uat02电力系统自动装置原理2全波线性整步电压uG正VT1导通A低ux正VT2导通B低A高B高Y高A低B低*uG*uxVT1VT2VT3VT4VT5ABY整形电路相敏电路滤波电路和射极跟随器输出电力系统自动装置原理uGuAtuxuBtuAuBtuYtesLmsLesLmsLUuUuee00t-02usL电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理（三）相角差原理：矩形波的宽度（变化）与相对应。在数字式准同期装置中采用。分析：假设系统频率为额定值50Hz，待并发电机频率低于50Hz。)(te)(te1,2iixii计算公式：三角形上升边三角形下降边1,iixii电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理装置内部控制和算法最佳合闸相角221DCsiDCsiYJtttXiiisit21Xsisisit21发出合闸信号的条件：有可能错过合闸时刻。YJi2恒定等速变化电力系统自动装置原理三利用线性整步电压作测量信号的并列检测方法1恒定越前时间信号ssLmssLmsLmCRRssLmsLCssLmsLmsLRssLmsLseesLmsLUCRtRRURRRURRiiuUCdtduCitRRURRURRuitUuCUu221221222121210200eRsLR1R2CiciRVT5YJtCRRt21212RRURusLmtYJ02212ssLmssLmUCRtRRUR在一个周期内电力系统自动装置原理s1s2s3tuRuCtuR+uC212RRURusLmtYJtt电力系统自动装置原理数字自动并列装置内部控制和算法最佳导前合闸相角计算221DCsiDCsi