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1、第三章 电力系统中断路器的控制,第一节 电力系统并列概述,一、对并列的基本要求发电机并列：将发电机与系统连接的断路器闭合使发电机投入电力系统运行的操作。系统并列：将连接两个系统联络线上的断路器闭合使两个分开的系统并联运行的操作。,对并列要求：a、冲击电流不超过允许值，且尽可能小；b、并列后应能迅速进入同步运行。冲击电流：并列断路器合闸时通过断路器主触头的电流。危害：使定子绕组损坏、或电力系统振荡。进入同步运行：刚并入电力系统的发电机组与系统内的发电机组以相同的电气角速度旋转，或两个刚并列的系统内的发电机组以相同的电气角速度旋转。,二、准同期并列先将待并列双方的电压加到并列断路器主触头两侧，然后
2、调整两侧电压，使电压幅值、频率和相角分别满足一定条件时闭合断路器主触头，使并列双方并连在一起运行。（一）准同期并列的理想条件,（二）准同期并列误差对并列的影响准同期并列时，总存在一定的误差，（3）式条件难以同时成立。1、合闸电压幅值差对并列的影响 条件：冲击电流有效值：发电机交轴次暂态电抗；：系统等值电抗。,忽略待并发电机定子电阻和系统等值电阻的情况下，冲击电流 滞后，主要为无功电流。冲击电流的最大瞬时值：为冲击系数。,2、合闸相角差对并列的影响,条件：冲击电流瞬时值：因为，故 冲击电流有效值：由于发电机并列前空载运行，定子电压和电势相等，故冲击电流有效值：,：发电机交轴次暂态电势从式（5）知
3、道 与 间的夹角为。并列时 一般较小，即 与 基本重合。故 与 基本同相位。冲击电流主要为有功电流。冲击电流的最大瞬时值：,3、合闸频差对并列的影响,条件：假设：待并发电机并网前机械角速度为,系统等值机组的机械角速度为。并网前机组的动能：J:发电机组的转动惯量并网后机组被拉入同步运行：因,故,第二节 自动准同期并列的基本原理,一、恒定越前时间自动准同期并列 在压差条件、频差条件满足要求时，即；在 之前，提前一个恒定的时间 发出合闸命令，使得 时闭合断路器主触头。这个时间称为断路器的标称合闸时间，一般是恒定不变的。,一、基本原理1、自动准同期并列装置的基本构成构成：均频控制单元、均压控制单元、合
4、闸控制单元均频控制单元：检测发电机电压与系统电压频率差的方向，发出增速或减速信号给机组调速器的“频率给定”环节，调节发电机电压的频率，使频差减小。均压控制单元：检测发电机电压与系统电压幅值差的方向，发出升压或降压信号给发电机励磁调节器的“电压给定”环节，调节发电机电压的幅值，使幅值差减小。,合闸控制单元：检测发电机电压与系统电压的频率差和幅值差，在频率差和幅值差均小于整定值时，在 之前，提前一个恒定的 时间发出合闸命令，使得 时闭合断路器主触头。,2、恒定越前时间自动准同期并列时断路器的合闸控制,发电机断路器合闸是由恒定越前时间自动准同期装置的合闸控制单元和断路器合闸控制单元共同完成。（1）自
5、动准同期并列装置的输入电压及其相位关系,，若令系统相电压 不动，则发电机电压相量 速度 绕 转动：时逆时针转动；时顺时针转动。（2）断路器合闸控制的时间关系,：断路器的合闸控制电路的动作时间；:断路器的合闸动作时间；：断路器合闸时间；：越前时间。若使得 则可使主触头在 时闭合。,（3）断路器合闸控制电路,1J：自动准同期装置输出合闸脉冲继电器；HC：合闸接触器；HQ：断路器的合闸线圈。（1）ZZQ发出合闸信号时，继电器节点1J闭合；（2）在合闸条件满足时合闸接触器HC的线圈励磁（得电）；（3）HC的两对动合（常开）节点HC1和HC2闭合；（4）断路器合闸线圈HQ励磁；（5）断路器主触头向闭合方
6、向动作；（6）经过 之后，时，1J断开，合闸信号解除。,（二）整定计算（1）时间误差:自动并列装置的动作时间误差，:断路器合闸动作时间误差。（2）允许合闸相角误差（3）允许滑差角频率,（4）允许的电压差一般要求，发电机的额定电压。【例61】某发电机采用恒定越前时间自动准同期并列方式与系统并列。归算到以发电机额定容量为基准的交轴次暂态电抗,系统与发电机间的等值联络电抗；断路器合闸动作时间，最大可能的误差时间为；自动并列装置最大误差时间为；待并发电机允许的冲击电流值（为发电机额定定子电流）。试计算允许的滑差角频率。,二、自动跟踪同期并列,（一）传统自动同期并列存在的问题（1）不能保证发电机在 时并
7、列若 时又同时出现，则一直不成立，无法实现恒定越前时间并列。（2）不能保证发电机在 时并列滑差角频率 不为常数，断路器合闸时间存在误差。（3）均频和均压控制速度慢均频和均压控制命令为间歇式脉冲，控制速度慢，并列时间长。（4）恒定越前时间自动准同期装置是独立于机组调速系统和励磁系统的自动装置，使得自动装置种类多。,（二）跟踪同期控制建立在微机调速器的硬件设备之上，称之为“调速同期装置”。目前微机调速器一般设置有频率和相角跟踪功能，励磁调节器一般设置有电压跟踪功能，它们均为闭环自动控制系统。若在微机调速器中增加压差判断、频差判断、相角差判断及合闸控制功能，则可构成“调速同期装置”。跟踪同期控制可使
8、得 三者同时基本为0，且能持续较长时间。无论手动或自动并列机组，都不需要通过“恒定越前时间”来捕捉使并列相角差为零的合闸时机，可使发电机在接近理想准同期并列条件下并入电力系统。,第三节 微机自动同期装置,一、概述微机自动同期装置的研究主要集中在减少并列冲击和提高并列速度两个方面。,二、基于恒定越前时间的微机自动准同期装置1、实时检测发电机电压和系统电压的相对速度 和加速度；2、计算以目前的速度和加速度经过断路器合闸时间 后相角差 是否为零；经过 时间后走过的角度：,式中：为第i和i-1计算点求出的滑差角频率；为第i和i-1计算点求出的相角差；为相邻计算点之间的时间间隔，;为系统电压的周期。相邻
9、两计算点间 变化很小，一般经过若干次滑差角频率计算之后才计算一次，故：,为本计算点之前n个计算点求出的 值。本次计算出来的 和目前测得的 比较：若上式成立，发合闸命令，否则就不发合闸命令，为合闸允许相角差。发合闸命令后，继续校核相角差：,最后判断：j：表示第i次计算发出合闸命令后的第j次计算。3、若相角差 为零则发合闸脉冲，否则不发合闸脉冲。三、微机型自动准同期装置的设计1、硬件,2、软件,（1）原理自动检测电网和发电机的电压、频率和相位差。控制发电机的电压和频率，使得发电机与电网的电压差和频差均被限制在一定的范围内，在相位差的周期性变化过程中，通过动态测量其变化率，根据开关导前时间（从合闸命
10、令发出到发电机合闸开关闭合需要一定时间）的大小，捕捉合闸脉冲的发出时机，从而控制合闸开关在相位差过零点附近闭合，实现发电机的准确并网。,压差及频差均满足要求后，才进行相位差计算，相位差从180度到0度变化（如下图）且满足合闸条件时发合闸令。,WX=2*pi*50.1;%系统电压频率设置为50.1HzWG=2*pi*47.6;%机端电压频率设置为47.6HzTs=2*pi/abs(WG-WX);%脉动周期，与滑差角频率成反比，当频率差为0.3Hz，脉动周期为3.33s，时间较长Ws=abs(WG-WX);%滑差角频率=2*pi*滑差频率Um_G=400;%系统电压幅值设置为400VUm_X=40
11、0;%机端电压幅值设置为400Vt=0:0.001:0.4;%一个周波20ms,采样20个点，共40个周波,0.8sus=Um_G*sin(WG*t)-Um_X*sin(WX*t);%断路器两侧压差,(2)软件,频率测量利用方波的下降沿产生中断，在中断服务程序中读入定时器计数值，并清零计数器为下次中断做准备（若CPU晶振为6M，则定时器计数值加一的时间间隔为2us）。相位差脉冲宽度测量采用定时器的门控方式，两次中断存储一次值，并做递推保存。若允许频差满足时，对应的滑差周期大于2s，因此，在一个滑差周期内可采用软件的方法多次对压差条件、频差条件及相位差和区间条件等进行多次判断，使软件更可靠。,频
12、差判断且连续几次满足，如：3次或4次。当两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的增速或减速脉冲。,压差判断CPU1通过SPI接口采集电压信号，软件滤波后进行压差条件判断，滤波算法采用滑动平均值。滤波后的，如5或10。当两侧压差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的增速或减速脉冲。,相角差判断间隔采样一次。因为一周波前后180度方波宽度不会发生变化。,第四节 自动低频减负荷,一、概述1、系统正常运行时频率控制目的：克服计划外负荷引起的频率波动；2、系统事故，采取种措施后仍不能制止频率下降时，则由低频自动减载装置自动地切除一部份负荷使频率恢复。,二、电力系统频率的动态特性频率的动态特
13、性：有功功率缺额时频率随着时间变化的情况，主要由系统中所有转动机械的转动惯量来决定。各结点 用（系统平均频率）代替，将系统看成一台等值发电机组。各发电机转子运动方程：,式中：第i台机组的惯性时间常数；：第i台机组电角频率的标么值，基准值为系统额定角频率；：第i台机组原动机输出功率的标么值，基准为第i台机组的额定容量；：第i台机组所带负荷的有功功率标么值，基准为；取系统内所有发电机额定功率总和 为功率的标么值，有n台机组：,近似认为，则 可用 代替，故：,：系统等值发电机组的惯性时间常数；：系统平均角频率的标么值；：系统等值发电机组原动机输出功率的标么值，基准为；：系统等值发电机组的额定有功功率
14、；：系统内第i台发电机额定有功功率；：系统内所有负荷消耗的有功功率总和的标么值，基准为。,故可得到系统等值机的频率变化方程式：考虑负荷的频率调节效应：电力系统负荷功率与频率的关系为：取 为 基准值，额定频率 时的负荷功率 为负荷功率 的基准值,：与频率无关的负荷功率所占的比例系数；：分别与频率1次方，2次方和n次方成正比的负荷功率所占的比例系数。电力系统频率调节效应：当系统频率下降时负荷从系统取用的有功功率将下降，系统频率升高时负荷从系统取用的有功功率将增加。用负荷的频率调节效应系数来衡量其作用的大小。,负荷的静态频率调节特性曲线在额定频率附近接近于一条直线，即：,考虑负荷的频率调节效应，以
15、为功率基准值可得：,：系统频率下降过程的时间常数；：系统等值机组输入功率的标么值，基准值为；：频率为额定值时系统负荷功率的标么值，基准值为；：系统有功功率缺额的标么值，基准值为；，已知，可解得，得到电力系统频率动态特性曲线指数下降曲线，频率下降的稳态值 与功率缺额成正比。功率缺额后，为维持功率平衡关系，转动机械中存储的动能释放，转速下降。,三、自动低频减负荷的基本原理电源故障功率缺额频率下降1、功率缺额较小，靠系统旋转备用容量，频率恢复到额定值；2、功率缺额较大，切除负荷，基本级（一般有五级）：1）切除的负荷等于功率缺额，频率上升到额定值；2）切除的负荷小于功率缺额，频率上升到允许的频率值；3
16、）切除的负荷小于功率缺额，频率未上升允许的频率值，频率继续下降，需在下一级再切负荷；4）切除的负荷小于功率缺额，频率未上升允许的频率值，频率不再下降，需起动特殊级切负荷，使得频率上升到允许的频率值。,四、自动低频减负荷装置自动低频减负荷装置所控制的是整个电力系统的频率，分散安装在电力系统的各变电站中。,五、自动低频减负荷装置的整定计算（一）确定最大功率缺额考虑系统最不利运行方式下出现最严重故障时的情况。如：按系统断开最大容量的机组或某一发电厂考虑；如果系统有可能解列成几个子系统时，还应考虑各子系统因联络线断开而出现的功率缺额。（二）确定接入自动低频减负荷装置的负荷总功率,：故障前负荷的频率特性
17、；：切除 后负荷的频率特性；：最后运行功率。,式中：为 的基准值，负荷（部分切除）在额定频率时所消耗的有功功率。：从 负荷从系统少取用的有功功率。,例题：某系统的负荷额定功率，系统可能出现的最大功率缺额为218MW，设负荷频率调节效应系数为，自动低频减负荷装置动作后，希望系统频率恢复到。求接入自动低频减负荷装置的负荷总功率。,（三）确定各级的动作频率保证安全的前提下，尽量少地断开负荷。1、确定第一级动作频率 一般整定在：。2、确定末级动作频率 不低于。3、确定频率级差,最严重情况：级频率继电器动作频率有负误差，第 级有正误差，则相邻两级间动作频率级差：。：时间延时内系统频率下降值，取；：频率裕
18、度，取。（四）确定动作级数N,（五）确定每级切除的负荷功率 下图是ZDPJ装置第i-1级动作切除负荷之后系统频率继续下降时的频率动态特性曲线,第 级切除负荷后频率继续下降的三种情况：1.频率稳定在，频率恢复到希望的恢复值 的任务由特殊级完成。曲线1；2.频率稳定值，后第 级动作，频率回升到，曲线2；3.系统有功缺额大，频率下降快，时，后切负荷，曲线3；,第 级切除负荷后：自动低频减负荷装置的 级切除的负荷总功率。以 为基准：第 级切除负荷 后：,以 为基准：,：希望的恢复频率。,（六）确定时间延时 一般取 以下。（七）确定特殊级的有关参数特殊级的动作频率通常只有一个，其整定值应大于或等于基本级第1级的动作频率，时间延时。特殊级各级间的选择性通过不同延时实现。,
