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1、North China Electric Power University,1/54,2022/11/8,第二章 同步发电机的自动并列,重点讲解发电机同步准同期并列的自动化原理. 这是将同步发电机投入电网进行并列运行以组成电力系统的基本步骤.,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,2/54,2022/11/8,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念)二、准同期并列的基本原理三、自动并列装置的工作原理四、微机并列装置,North China Electric Power Un
2、i,North China Electric Power University,3/54,2022/11/8,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念)同步并列和准同期的基本概念同步发电机并列的基本原则准同期并列理想条件偏离理想条件三种情况下的后果自同期并列二、准同期并列的基本原理三、自动并列装置的工作原理四、微机并列装置,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,4/54,2022/11/8,一、同步并列与准同期,发电机投入电力系统参加并列运行的操作称为“并列操作”。,同步发电
3、机的并列操作称为“同期”。以近于同步运行条件进行的并列操作称为“准同期”。,发电厂将一台发电机组用准同期方式并入电厂母线。,将电力系统的两部分用准同期的方式进行并列。,并列操作,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,5/54,2022/11/8,同步发电机并列需遵循的基本原则,1、并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1-2倍的额定电流。,2、发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。,North China Electric Po
4、wer Uni,North China Electric Power University,6/54,2022/11/8,同步发电机的并列方法,同步发电机的并列方法,准 同 期 并 列,自 同 期 并 列,在电力系统正常运行的情况下，一般采用准同期并列方法将发电机组投入运行。,只有当电力系统发生故障时，为了迅速投入水轮发电机组，过去曾采用自同期并列方法。,由于微机型数字式自动并列方法已经趋于成熟，现在也用准同期并列方法投运水轮发电机组。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,7/54,2022/
5、11/8,同步发电机并列的理想情况,发电机端电压为,电网电压为,两者之间的相量差为,当电网参数一定时，冲击电流就取决于合闸瞬间 的值,最理想的情况就是 的值为零，此时，QF合闸冲击电流为零。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,8/54,2022/11/8,同步发电机并列的理想条件,发电机并列的理想条件 并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。,2、电压幅值相等,3、相角差为零,此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运行，不会出现扰动现象。,实际上，待并发电机组调节系统很难
6、实现理想条件；在实际的操作中也没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致于引起任何不良后果即可。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,9/54,2022/11/8,实际并列条件之一电压幅值差,并列时的电气状态：,可以计算得到冲击电流最大瞬时值：,冲击电流主要为无功电流分量。,发电机电压、电网电压的有效值,发电机直轴次暂态电抗,North China Electric Power Uni,North China Electric Power
7、 University,10/54,2022/11/8,实际并列条件之一电压幅值差,冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。,并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2倍的额定电流以下。,为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不允许超过机端短路电流的1/201/10。据此，得到同期并列的一个条件：电压差Us不能超过额定电压的5%10%.,现在的一些大型发电机组规定电压差不超过1%,以尽量避免无功冲击电流,North China Electric Power Uni,North China Electric Power Un
8、iversity,11/54,2022/11/8,实际并列条件之二合闸相角差,并列时的电气状态：,计算得到冲击电流最大瞬时值：,电网电压的有效值,发电机交轴次暂态电抗,冲击电流主要为有功电流分量。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,12/54,2022/11/8,实际并列条件之二合闸相角差,在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。,例如：一般规定，汽
9、轮发电机组不允许因相角差产生的冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电流值的1/10,可以得到最大允许并列误差角：,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,13/54,2022/11/8,实际并列条件之三频率差,并列时的电气状态：,断路器QF两侧的电压差为脉动电压：,脉动电压的幅值,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,14/54,2022/11/8,实际并列条件之三频率差,是幅值为 ,频率
10、接近工频的交流电压波形。,脉动电压周期 、滑差频率 、滑差角频率 都可以用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频率之间的相差程度。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,15/54,2022/11/8,实际并列条件之三频率差,此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在QF两侧电压相量重合时合闸，冲击电流为零。,若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，也需要发电机经历一段时间的加速或者减速
11、过程，才能实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时甚至会导致失步。,我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差周期在10S16S之间。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,16/54,2022/11/8,同步发电机并列的同步过程分析,发电机发出功率,发电机吸收功率,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,17/54,2022/11/8,自同期并列,自同期并列就是将一台未加励磁电流的发
12、电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，而且，在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QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列发电机拉入同步状态。,优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。 在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，因此，曾作为系统事故的重要措施之一。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,18/54,2022/11/8,自同期并列的缺点,1、自
13、同期并列方式不能用于两个系统间的操作。,2、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流。,3、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工作产生影响，自同期并列方法也受到限制。,自同期并列方法现在已经很少采用。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,19/54,2022/11/8,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念)二、准同期并列的基本原理脉动电压、滑差电压恒定越前时间、恒
14、定越前相角恒定越前时间并列装置的整定计算例子三、自动并列装置的工作原理四、微机并列装置,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,20/54,2022/11/8,二、准同期并列的基本原理,并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，取决于合闸时的脉动电压和滑差角频率。,准同期并列主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和控制，并且选择合适的时间发出合闸信号，使得合闸瞬间的脉动电压在于允许值之内。,检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而且主要是对脉动电压 进行检测并提取
15、信息。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,21/54,2022/11/8,1 脉动电压 QF两侧电压相量幅值相等,（1）QF两侧电压相量幅值相等,可以得到脉动电压：,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,22/54,2022/11/8,1 脉动电压QF两侧电压相量幅值不相等,（2）QF两侧电压相量幅值不相等,应用三角函数可以得到脉动电压：,North China Electric Power
16、Uni,North China Electric Power University,23/54,2022/11/8,1 脉动电压利用脉动电压检测准同期并列条件,（3）利用脉动电压检测准同期并列条件,在脉动电压波形中，载有准同期并列所需检测的信息 电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差（随时间变化的规律） 相角差（随时间变化的规律）,利用脉动电压可以为自动并列装置提供鉴别并列条件的信息和选择合适的合闸信号发出时间。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,24/54,2022/11/8,2 脉动电压
17、并列检测电压幅值差,1、并列检测条件之一电压幅值差：,电压幅值差 对应于脉动电压 波形的最小幅值,通过对 的测量就可以判断QF两端电压幅值差是否超出允许值。,为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制，作为并列条件之一。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,25/54,2022/11/8,2 脉动电压并列检测频率差,与 之间的频率差就是脉动电压 的频率 ，他与滑差角频率 存在关系：,反映了频率差 的大小，要求 小于允许值，就相当于要求脉动电压周期 大于一个给定值。,例如：设滑差角频率,测
18、量 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差角频率的大小，即频率差的大小。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,26/54,2022/11/8,2 脉动电压并列检测合闸相角差,最理想的合闸瞬间是在 与 两相量重合的瞬间。,考虑到断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即需要有一个提前量，这一段时间称为“越前时间”,提前量,恒定越前相角,恒定越前时间,在两相量重合之前恒定角度 发出合闸信号,在两相量重合之前恒定时间 发出合闸信号,广泛应用,合闸回路具有固定动
19、作时间,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,27/54,2022/11/8,2 恒定越前时间准同期并列,在理论上，按照恒定越前时间进行并列合闸，可以使合闸相角差为零,由于装置的越前信号时间、出口继电器动作时间、断路器的合闸时间都存在分散性，故而并列时会有合闸相角误差。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,28/54,2022/11/8,3 恒定越前时间并列装置的整定计算,1、越前时间：,2、允
20、许电压差：,3、允许滑差角频率：,最大时间误差下，冲击电流不越界。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,29/54,2022/11/8,某发电厂采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已经归算到以发电机额定容量为基准的标幺值。一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗 为0.125，系统的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 为0.5s，他的最大可能误差时间为 ，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为 试计算允许合闸误差角 允许滑差角频率
21、相应的脉动电压周期,4 例题,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,30/54,2022/11/8,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念)二、准同期并列的基本原理三、自动并列装置的工作原理并列信号的检测：整步电压、半波和全波线性整步电压频率差和电压差的检测并列合闸控制并列装置的控制逻辑频率差/电压差调整四、微机并列装置,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,31/54,20
22、22/11/8,自动装置补充,模拟型机电型电磁型电子(晶体管)型数字型(微机)增加的功能：计数，存储，程序运行，计算功能带来的变化？,重点了解,历史，一般了解,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,32/54,2022/11/8,三、自动并列装置的工作原理,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,33/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 1 整步电压,正弦型整步电压,正弦型整步电压与相角差
23、和电压差值有关,线性整步电压,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,34/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 1 整步电压,射极跟随器,半波线性整步电压,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,35/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 1 整步电压,半波线性整步电压,North China Electric Power Uni,North China Electric Power
24、 University,36/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 1 整步电压,半波线性整步电压,理想波形,只反映发电机和系统电压间的相角差特性，与电压幅值无关。,滤波器时间常数影响相移,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,37/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 1 整步电压,全波线性整步电压,射极跟随器,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,38/54,2022/11/8
25、,1 并列的检测信号 1 整步电压,全波线性整步电压,比较半波线性整步电压，全波线性整步电压多了一倍矩形脉冲，从而可以减少滤波器时间常数,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,39/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 2 相角差(数字式),在整步电压的产生电路中，矩形波的宽度与并列电源波形的相角差相对应。把矩形宽度实时记录，就是相角差的运动轨迹。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,4
26、0/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 3 频率差,相角差的运动轨迹中含有滑差角频率的信息,频率差检测可以直接测量两个并列电压频率,频率差检测,含机组加速度(稳定性)信息,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,41/54,2022/11/8,1 并列的检测信号 4 电压差,电压差检测,直接通过计算机接口读入两个电压值后进行计算,通过电路比较两个电压值的大小后读入计算机,North China Electric Power Uni,North China Electric Power U
27、niversity,42/54,2022/11/8,2.并列合闸控制 恒定越前时间,模拟式自动并列装置,恒定越前时间部分由R C组成的比例微分回路和电平检测电路构成,在一定匀速滑差范围内，误差是比较小的，但是不能用于有加速度滑差的情况。主要是存在微分环节，会使加速度中的噪声放大，使信号变差而影响正常工作。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,43/54,2022/11/8,2 并列合闸控制 恒定越前时间,数字式自动并列装置,数字式自动并列装置利用严密的数学模型，计算出恒定越前时间，具有相当的准
28、确性。,很方便地计及了加速度的情况,为计算点的滑差角速度,分别为本计算点和上一次计算点的角度值,两计算点间的时间,CPU发出合闸信号到断路器主触头闭合时需经历的时间,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,44/54,2022/11/8,2.并列合闸控制 恒定越前时间,计算最佳的合闸越前相角,是,发出合闸信号,对下一个计算点的相角值进行预测，推算出,否,是,否,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,
29、45/54,2022/11/8,3 控制逻辑,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,46/54,2022/11/8,4 频率差/电压差调整,频率差调节的任务： 将待并发电机频率调整到接近于电网频率，使频率差满足并列允许条件，促成并列的实现。,频率差调节,频率差测量,调节量控制,升速,减速,发电机转速以比例调节准则进行调整，输出的调节脉冲时间与频率差成比例,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,47
30、/54,2022/11/8,3 频率差/电压差调整,电压差调节的任务： 将待并发电机电压值自动调整到接近于电网电压，使电压差满足并列允许条件，促成并列的实现。,电压差调节,电压差测量,调节量控制,不调节,调节,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,48/54,2022/11/8,第二章 同步发电机的自动并列,一、概述(同步并列和准同期概念)二、准同期并列的基本原理三、自动并列装置的工作原理四、微机并列装置硬件电路软件装置主流程并列条件主程序,North China Electric Power
31、Uni,North China Electric Power University,49/54,2022/11/8,四、微机型并列装置,数字型自动并列装置可以进行电压差、相角差和滑差角频率的准瞬时值计算，在计算相角差时可以方便的计及具有加速度的情况。具有模拟式并列装置无法比拟的优点。,数字型自动装置由硬件和软件组成，两者协调配合来完成同步发电机的并列控任务。,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,50/54,2022/11/8,1 硬件电路,North China Electric Power
32、Uni,North China Electric Power University,51/54,2022/11/8,2 软件流程装置主程序,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,52/54,2022/11/8,2 软件流程并列条件检测程序,North China Electric Power Uni,North China Electric Power University,53/54,2022/11/8,主要内容小结,同步并列和准同期的基本概念同步发电机并列的基本原则准同期并列理想条件/偏离理想条件分析自同期并列脉动电压、滑差电压恒定越前时间、恒定越前相角恒定越前时间并列装置的整定计算整步电压、半波和全波线性整步电压频率差和电压差的检测并列装置的控制逻辑微机型自动并列装置的构成并列条件的检测程序,原理,实现,技 术,North China Electric Power Uni,
