第二章--同步发电机的自动并列

第二章同步发电机的自动并列第二章同步发电机的自动并列主讲人：武汉大学电气工程学院胡志坚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.频差调节的方法4.电力系统自动装置原理同步发电机自动并列的条件和应遵守的原则理想并列条件：并列的现实情况分析原则：1.发电机合闸时，冲击电流应尽可能小（小于允许值）2.发电机合闸后，应尽快拉入同步第一节概述xGUUxGxGff电力系统自动装置原理SEG~EU~QFXXXU概述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发电机G电压系统电压两者的电压差称为滑差电压概述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电压幅值差设，频率与相角相等。此时冲击电流，主要为无功电流分量。最大值冲击电流的电动力对发动机绕组产生危害，因此，待并列发电机冲击电流最大瞬时值应限制在1-2倍额定电流以下。概述mXmGUUxdXGhXXUUIhhmIi28.1电力系统自动装置原理相角差设，频率与电压相等。此时冲击电流，较小时，主要为有功电流分量。当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量，说明合闸后发电机立即与电网交换有功功率，是机组联轴受到突然冲击，这对机组和电网都不利。因此，应将冲击电流限制在较小的数值。概述00XG2sin2exqqhXXEIe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。设初始角相等，则有一概述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概述相量图波形图电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理准同期并列主要是是对脉动电压和滑差角频率进行检测和控制，并选择适当的时间发出合闸信号，使合闸瞬间的脉动电压在允许值以内。脉动电压分析0SU1ST2STt1S2SXGUUXGUU2sin22sin2GxsmGsmGUUtUt2222cossmXmGmXmGsUUUUUt电力系统自动装置原理利用脉动电压us检测准同期并列的条件脉动电压us有时也称作滑差电压。1、电压幅值差电压幅值差|UG−Ux|为对应于脉动电压U•s波形的最小幅值，由图得Usmin=|UG-Ux|通过对Usmin的测量，就可判断U•G与U•s间的电压幅值差是否超出允许值。电力系统自动装置原理•2、频率差U•G与U•x间的频率差就是脉动电压U•s的频率fs而ωs=2πfs可见ωs反映了频率差fs的大小。要求ωs小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期Ts大于某一个给定值。电力系统自动装置原理例如，设滑差角频率的允许值最大为0.2%，即对应的脉动电压周期的值为所以的脉动周期大于10s，才满足小于0.2%的要求。sy20.20.2(rad/s)100NsyfsT2210(s)0.2ssyTsTsy电力系统自动装置原理第二节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YJYJt电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理准同期并列装置并列装置的构成按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（只有合闸控制单元）全自动电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理自动准同期装置的主要组成部件：电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理准同期并列合闸信号的控制逻辑电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理(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321sss0sys0sys0sys过零后合闸过零时合闸过零前合闸0SUtts1s02systtAU3sYJYJYJ电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理（二）恒定越前时间准同期提前量信号取恒定时间常数CQFttt0SUts1s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，还是要限制允许滑差角频率syey1YJ2YJ3YJ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2允许电压差（0.1~0.15）3允许滑差角频率最大允许滑差，设为发电机组的允许合闸相角决定于发电机的允许冲击电流最大值，YJtQFCYJtttNUsyQFceysytteyhmi(rad)28.12)(arcsin2qxqhmeyEXXiey电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理例2-1某发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已归算到以发电机额定容量的标么值。一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗Xq’’为0.125；系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗为0.25；断路器合闸时间tQF＝0.5s，它的最大可能误差时间为±20％tQF；自动并列装置最大误差时间为±0.05s；待并发电机允许的冲击电流值为试计算允许合闸误差角δey、允许滑差角速度ωsy，与相应的脉动电压周期。电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理电力系统自动装置原理第二节准同期并列的基本原理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一恒定越前时间准同期装置的控制逻辑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。自动并列装置检测并列条件的电压称为整步电压。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理正弦整步电压法电力系统自动装置原理正弦整步电压：如，则不仅是相角差的函数，而且还与电压差有关。这使得利用检测并列条件的越前时间信号和频率差检测信号引入了受电压影响的因素，成为合闸误差的主要原因之一。,2sin2sin22sessetXzXztuUKUK,ssetuGXUU,ssetu电力系统自动装置原理线性整步电压电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为：式中：UsLm——三角波的顶值电压。线性整步电压形成电路由电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波器和射极跟随器组成。ee()(-0)()(0)sLmsLesLmsLeUUUU电力系统自动装置原理电力系统自动装置原理（1）整形电路是将U•G和U•x的正弦波换成与主频率和相位相同的一系列方波，方波的幅值与UG、Ux的幅值无关。（2）相敏电路是在两个输入信号的电平相同时输出为高电平“1”，两者不同时则输出为低电平“0”。（3）滤波电路和射极跟随器输出。为了获得线性整步电压USL与相角差δe的线性关系，采用LC滤波器平滑波形，为了提高整步电压信号的负载能力，采用射极跟随器输出。电力系统自动装置原理电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理相角差的实时检测原理：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并列合闸控制（一）．恒定越前时间恒定越前时间部分是由R、C组成的比例－微分回路和电平检测器构成。电力系统自动装置原理理想的导前合闸相角δYJ，它可以计及δe含有加速度的情况：（2-23）式中：ωsi——计算点的滑差角速度，其值可按下式求得（2-24）其中：δi和δi−1——分别是计算点和上一个计算点的角度值；2τx——两计算点的时间tDC——微处理器发出合闸信号到主触头闭合时需要经历的时间。设tc为出口继电器动作时间，则：tDC=tDL+tc电力系统自动装置原理据式（1-18）可以求出最佳的合闸越前相角δYJ值，该值与本计算点的相角δi按下式进行比较（下式中ε为计算允许误差）如果|(2π−δi)−δYJ|≤ε（2-27）若（2-27）式成立，则立刻发出合闸信号。如果|(2π−δi)−δYJ|ε（2-28）又(2π−δi)δYJ（2-29）则继续进行下一点计算，直到δi逐渐逼近δYJ符合（2-27）式为止。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最佳的合闸导前角的与本计算点的比较也有可能出现下式情况，即(2π−δi)δYJ（2-30），这就是如图2-23中所示，错过了合闸时机的情况。电力系统自动装置原理为了避免上述情况，在进行本点δi计算时，可同时对下一个计算点δi+1值进行测量。估计最佳合闸导前相角δYJ是否介于计算点与下一个预测点δi+1之间，以便及时采取措施，推算出δi～δYJ所需的时间。电力系统自动装置原理并列合闸控制频差检测都要受到限制。可采用电压频率测量法（）求得。电压差检测a、直接读入法：采用交流采样A/DCPUb、直接比较法：例图2-25（b）、siNffCtsi/电力系统自动装置原理(二)频率差检测如图所示，把电压互感器电压信号转换成同频、同相的方波。电力系统自动装置原理（三）电压差检测采用变送器，把交流、电压转换成直流电压，然后由A／D接口电路进入主机。对交流电压信号直接采样，通过计算求得它的有效值。电力系统自动装置原理频率差与电压差控制频率差控制频率差检测ZXGfffZXGfff发调速脉冲，不进行越前时间合闸控制计算。不发调速脉冲，进行越前时间合闸控制计算。XGffXGff输出减速脉冲信号输出加速脉冲信号调节量控制电压差调整电力系统自动装置原理第五节数字式并列装置的组成概述硬件电路软件主机输入/输出过程通道人——机电力系统自动装置原理电力系统自动装置原理硬件电路以微处理器(CPU)为核心的数字式并列装置，是一台专用的计算机控制系统。电力系统自动装置原理（一）主机微处理器（CPU）是控制装置的核心。（二）输入、输出