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长 沙 理 工 大 学 备 课 纸自动装置设计毕业论文绪 论一、我国电力工业的发展概况 1.装机容量回顾100多年电力工业的发展，中国电力装机从1882年的11.76kW 经过67年发展，到1949年达到185万kW;而从1949年到2002年的3.53亿kW。2005年已突破5亿kW，2006年底突破6亿kW，在不到一年时间里，2007年12月，国电泰州发电有限公司1号发电机组为全国7亿千瓦“标志性机组”。自2002年至2007年的五年间，中国新增发电装机规模约3.5亿千瓦，相当于建国后50多年的总和。2009年10月，中电投拉西瓦水电站6号机成为8亿千瓦“标志性机组”.。2010年中期，中广核岭澳核电站二期工程1号机组成为9亿千瓦“标志性机组”.。50多年持续以年均10%以上的速度发展，在世界电力发展历史上都是罕见的。我国连续跃过法国、英国、加拿大、德国、俄国、日本，从1996年开始就稳居世界第二，基本上扭转了长期困扰我国经济发展和人民生活需要的电力严重短缺局面。特别是9亿千瓦装机容量的突破，是电力发展史上一个重要里程碑，标志着电力工业发展实现了新跨越。b2.电力弹性系数（概念）2002年的电力生产弹性系数和电力消费弹性系数分别为1.43和1.45。（）预计2020年中国发电总装机容量预计达到11.86亿千瓦，将超过美国跃居世界第一位。3.发电厂：大容量，高参数，环保型（1）火电：30万KW及以上火电机组占火电总装机从十一五初期的43.37%增加为67.11%，高效清洁机组为燃煤发电主力。（2）水电装机：从十一五初期的1.17亿KW增加为1.97亿KW，2010年8月突破2亿KW，居世界第一。（3）风电装机：2010年底，4182.7万KW，首次超美，居世界第一。 24个省市建设了风电场，东海大桥海上风电场于2010年在上海投入运行，除欧洲外最大海上风电场。（4）核电：在建基地达到23个，2540万KW，全球在建核电规模最大的国家。 4.电网互联发展系统的发展发电厂、变电所实现了自动化(各种类型的发电厂根据区域资源颁布的特点加紧建设，随着大容量机组的出现，交流输电最高电压等级已达到500KV)远动通信、计算机技术的发展促使系统朝着自动监视、控制和调度的方向发展促进系统自动控制技术的不断发展向家坝上海，+800KV特高压直流输电示范工程，首个电压等级最高，输送距离最远，输送容量最大，技术水平最先进。二、电力系统及其运行1.电力系统运行的任务：使许多相距遥远、大小不等的分散的发电机电源，经过错踪复杂的输、配电网络，相互联结起来，并进行有功功率与无功功率的传输与分配，使分散的用户都能及时得到合格的电能供应。2.电力系统的主要组成部分和作用如Fig.0-1：功率平衡系统是一个有机的整体调度控制中心的任务：合理地调度（AGC，水火电的调度）所属各发电厂的出力、制定运行方式、及时处理电力系统运行中所发生的问题，确保系统的安全经济运行。发电厂的任务：电源，发电厂的类型。安全经济地完成给予的发电任务。 常规和新能源发电，集中型供电和分布式发电配电网的任务：直接向用户供电的地区电网。从电源到用户，电压等级经历了升高和降低的过程，为了远距离输送电能必要提高电压，为了给用户供电又必须降低电压分配给不同配电电压的用户。 高压配电网、中压配电网、低压配电网三、电力系统自动控制的划分典型自动控制系统的基本原理：Fig 0-2电力系统自动化的概念：广义的理解是，根据电力系统本身特有的规律，应用自动控制原理，采用自动控制装置来自动地实现电力生产的安全可靠运行。电能的生产过程是一个有机的整体，复杂而庞大的系统如果没有一系列的安全自动装置系统为它服务，那么这个系统是一刻也不能运行的。具体来说，电力系统自动化是自动化的一种具体形式，是指应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输系统对系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制，保证系统安全经济运行和具有合格的电能质量。根据电力系统的运行和组成特点，系统中的自动控制大致划分为如下：1 电力系统自动监视和控制任务：控制系统的运行方式，提高电力系统的安全、经济运行水平。 系统运行状态发电厂、变电所 远动终端装置(RTU) 调度控制中心 的实时信息 (分析系统的运行状态)控制方案(计算结果、决策命令)2 电厂动力机械自动控制电厂控制的主要组成部分，随电厂类型不同而有差别。200MW以上的需配置专用计算机进行监控。火电厂：锅炉、汽轮机等设备。水电厂：水轮机、调速器及励磁自动控制系统3 电力系统自动装置直接为系统服务的基础自动化设备。主要指发电机组的自动控制装置，如发电机组的自动并列装置，自动励磁，自动解列，发电厂变电所主接线操作和运行的自动并列装置，以及电力系统的安全自动控制装置如低频减载、自动重合闸，继保装置等。这是本课程的主要学习内容。同步发电机：如Fig.0-3所示，动力元素：负荷变化时，引起有功失衡，频率偏移，通过执行机构（）调速器）调节动力元素蒸汽流量的大小来改变输出有功，使频率恢复正常值。励磁电流：负荷变化机端电压偏差励磁电流改变，以调节电压和控制无功的分配电气设备的操作类型：正常操作（如正常并列操作）和反事故操作（防止事故进一步扩大的紧急操作）安全自动控制装置：防止系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置。电气设备操作的自动化是电力系统自动化的基础。4 电力安全装置为保障系统运行人员的人身安全的监护装置。在进一步发展，暂不列入课程的学习内容。四、本课程的主要内容自动装置的两种类型：自动调节装置和自动操作装置（一）本课程的重点：根据系统的运行特点，在实施其自动控制时所遵循的规律和自动装置的组成及运行要求等方面进行阐述。围绕电压和频率两个指标，对励磁自动控制和频率自动控制进行深入介绍。并列操作是电气设备正常运行操作的重要内容，是学习的重点。按章节内容如下：1 同步发电机的自动并列：第二章，是电气自动控制装置典型的例子。2 同步发电机励磁自动控制系统及其动静态特性：第三、四章，是发电机自动调节系统的一个典型应用。3 频率有功功率自动控制：第五章，就频率特性和调频问题展开讨论，侧重阐述控制系统特性和功率分配等问题。4 系统自动低频减载及其他安全自动控制装置：第六章，重点介绍按频率自动减载装置，是事故情况下典型的防系统性事故的安全自动控制装置。（二）本课程的考核方式：出勤，课堂提问，课堂测验，作业，考试第一章 自动装置及其数据的采集处理一、自动装置的首要任务系统运行的主要参数是连续的模拟量，将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。二、自动装置的基本组成 1硬件：电力系统自动装置的结构形式主要有微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统（DCS）和现场总线系统（FCS）三种。各自的适用范围如下表：硬件结构形式结构特点适用范围应用实例微型计算机系统结构简单，易实现，对环境要求不高，能在恶劣环境下工作。价格低，降低系统投资。控制功能单一的自动装置：采集的电气量不多自动并列装置工业控制机系统功能较微型完善，可靠性和实时性较微型大为提高，配有实时操作系统，过程中断系统，具有丰富的I/O功能和软件系统。有众多选配件，软件支持。控制功能要求较高，软件开发任务繁重的系统发电机励磁自动调节系统DCS，FCSDCS适应性强，系统的规模可以根据实际情况建设。由于系统具有分散性，单一站的故障不会影响到整个系统，可靠性提高。系统各站为并行结构，可解决大型、高速、动态系统需要，实时性好，需要进行集中数据处理，对上位机有一定技术要求。分散的多对象的成套监测控制装置发电厂变电所一些远动装置以及热电厂机炉集控系统等FCS全数字开放系统，具有可互操作性和可互用性（同类总线不同厂家产品可替代），全分布控制系统，可形成更大系统，其现场设备具有高智能化和自治性，控制能力强。 2软件：基本的内容如下：信号采集与处理软件：采集的是数字信号可直接进入计算机存储。而模拟信号须经过模拟信号采集与处理程序经过采集、标度变换、滤波处理及二次数据计算，并进行保存。运行参数设置程序：设置系统的运行参数。系统管理(主控制)程序：将各个功能模块组织成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块，同时管理数据文件的存储和输出。通信程序：完成上位机与各个站之间的数据传递工作，或用来完成主节点与从节点之间的数据传递。一般通信程序为DCS或FCS所有。软件部分视具体的系统，具体的应用有不同的划分，规模、功能和所采用的技术也不相同。第二节 采样、量化与编码(略)第二章 同步发电机的自动并列第一节概述本节内容：并列操作的意义；并列操作应遵循的原则；准同期并列的理想条件与实际条件；并列操作时不满足理想条件时引起的后果；滑差、滑差频率与滑差周期的关系；自同期并列的原理及特点。一、 并列操作的意义（用Fig.2-1进行说明）1 母线电压的状态量表示任一母线电压瞬时值可表示为：其中为运行母线电压（）的状态量2 并列操作的概念和意义：如Fig.2-1所示，概念：发电机的电压uG在投入系统运行之前，与并列母线电压uX的状态量不等，须适当调整待并发电机组的状态量，使之符合并列条件后才允许断路器QF合闸作并网运行。这一系列操作称为并列操作.意义：负荷的变化而引起发电机运行的台数经常改变，因此发电机组的投切是系统运行中的一项频繁操作（正常操作），随着系统的容量和单机的容量日益增大，不恰当的并列操作将导致严重后果。因此提高并列操作的准确度和可靠性对系统的可靠运行是很重要的。3 机组并列时应遵循的原则(1) QF合闸时的冲击电流应尽可能小：瞬时最大值一般不超过额定电流的1-2倍。(2) 机组并入电网后，应迅速进入同步运行状态，缩短暂态过程，减小对系统的扰动。4 并列方法：准同期并列：广泛采用。一般在系统正常运行情况下采用。这是学习的重点内容。自同期并列：很少采用。这是过去当系统发生事故时为迅速投入水轮发电机组而曾经采取的一种方法。随着自动控制技术的进步，微机型数字式自动并列方法日渐成熟，现在也可用准同期法快速投运水轮发电机组，因此只作简单介绍。二、 准同期并列1基本过程： Fig.2-1（a），QF为并列断路器，其两侧电压发电机端电压和电网电压在合闸前一般不相等，其相量差为。其值由Fig.2-1（b）的电压相量求得。Fig.2-1是计算准同期并列时冲击电流的等值电路图。发电机电压的角频率为，电网电压的角频率为。电网参数一定 冲击电流（合闸瞬间尽可能小）理想的：，0 0（同时并列后顺利进入同步运行状态，对电网无扰动）2定义：发电机在并列合闸前已加励磁，当uG与uX的状态量相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。3理想条件：断路器两则电源电压的三个状态量全部相等。完全重合并且同步旋转。可表达为：(1) (即频率相等)(2) (即电压幅值相等)(3) (即相角差为零)4实际条件：实际很难满足同时上述三个条件，只要求合闸时冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后对待并发电机和电网运行的影响较小，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短，不致引起任何不良后果。可表达为：(1) 频率差=额定频率的(0.2%-0.5%) (2) 电压幅值差额定电压的（5%10%） (3) 相角差=5-10（冲击电流为额定电流的0.5倍）5不满足理想条件时引起的后果：1) 电压幅值差：如图2-29a)所示，满足(1)和(3)，不满足(2)此时，冲击电流的有效值为（23）式中，发电机电压、电网电压有效值； 发电机次暂态电抗电力系统等值电抗冲击电流最大瞬时值的计算式为（24）（图）影响：电压幅值差引起的冲击电流主要为无功电流分量，引起定子绕组发热和在定子端部产生冲击力矩。相当于发电机的突然短路，损坏电气设备，须限制在1-2倍额定电流以下为宜。2) 合闸相角差：如图2-2(b)所示，满足(1)和(2)，合闸瞬间不满足(3)此时发电机为空载情况，电动势为端电压，和电网电压相等。冲击电流的有效值为（25）式中， 发电机交轴次暂态电抗； 发电机交轴次暂态电动势（图）影响：相位不一致产生的冲击电流可能达到额定电流的20-30倍。当相角差较小时，电压的相位差产生的冲击电流主要为有功电流分量，在发电机的机轴上产生冲击力矩，非但不能把待并发电机拉入同步，还可能使其它并列运行的发电机失去同步。参照式(2-4)可求出冲击电流最大瞬时值。幅值差和相角差同时存在时的冲击电流综合1)和2)进行分析。3) 频率不相等：满足(2)，不满足(1)a.分析如图2-3(a)所示，断路器两侧间电压差为脉动电压，可描述为：设初始角0，则（26）令为脉动电压的幅值，则（27）可知可以看成是幅值为、频率接近于工频的交流波形。又为滑差角频率，如图2-3，两电压相量间的相角差为（28）于是（29）uS:正弦脉动波，最大幅值为2UmG(2UmX),脉动电压、相量图及其瞬时值波形如图2-3(a)(b)所示。b.影响：频率差影响发电机进入同步运行的过程：如果发电机在只存在频差的情况下合闸，那么并列合闸在一定时间内，发电机电压和系统电压相量的相位关系将发生改变，用以下简化相量图分析。 UG UX UX UX UG US=0,e=0 UG US=0,e=360度 US=max, e=180度设系统电压固定，待并发电机的电压以恒定滑差角频率对系统电压转动。当相角差从0到180度变动时US的幅值从0变到最大值2UmG。当相角差从180度到360度(重合)变动时, US的幅值从最大值2UmG回到0.。转动一圈的时间为脉动周期。因此产生具有振荡性质的周期性变化的冲击电流，影响发电机进入同步的过程。c. 的关系由于（210）所以脉动周期为（211）用标么值表示时，有（212）关于滑差(滑差角频率)的概念：均可用来表示待并发电机的频率与电网频率之间或两并列电网频率之间相差的程度。滑差频率fS即频率差；滑差s可以反映频率差，两者是2倍数关系；滑差周期Ts是滑差频率的倒数，因此也可以反映频率差，滑差周期小则频率差大。由式（28）可知，相角差是时间的函数，所以并列时合闸相角差与发出合闸信号的时间有关，如果发出合闸信号的时间恰当，有可能在两电压重合的时间合闸，使冲击电流为零。d.频率差过大时发电机可能并列不成功：不恰当，可能在较大时合闸，可能引起较大冲击电流注意：如果并列时频差较大，即使合闸时的相角差很小，满足要求，但这时待并发电机需经历一个很长的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚至失步，因而也是不允许的。（用Fig 2-4说明：频差较小，滑差周期长，经过从发电机状态电动机状态来回摆动的振荡过程，可缩短发电机并列后的暂态过程，尽快拉入同步运行，并列成功。但如果频差过大，滑差周期短，经历较长时间才能进入同步，如图2-4所示，可能导致发电机失步，造成并列失败。)一般实际操作时，调整发电机频率略高于系统频率，这样当拉入同步并列后立即带上部分负荷，频率会适当降低，接近系统频率。三、 自同期并列1.定义：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，再合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。2.冲击电流的计算 未加励磁时拉入电网，相当于电网经过很小的电抗而短路，产生的冲击电流的周期分量由下式求得：（213）式中，归算到发电机端的电网电压；归算后的电网等值电抗 发电机母线电压为（214）机组一定时，自同期并列的冲击电流主要决定于系统的情况，发电机的端电压值与冲击电流成正比。四、两种方式的特点和适用性比较并列方式准同期并列自同期并列特点并列条件检测及产生的冲击电流并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低。较小冲击电流是允许的，在“自整步作用”下，能将发电机拉入同步。未加励磁，并列时从系统吸收无功，造成电压下降，同时引起较大冲击电流。并列时间，操作过程需对发电机电压、频率进行调整，并列时间长，且操作复杂。不存在电压和频率调整问题，并列时间短，不需选择并列合闸时机，且操作简单。限于当时技术水平，曾作为水轮机组处理系统事故的重要措施之一。适用性适用于正常和故障情况下的并列。过去适用于故障情况下发电机的紧急并列。（对应于特点和）但由于产生较大冲击电流，非正常情况下采用时也受到限制。现在基本趋于淘汰。适用于发电机并入系统，两系统之间的并列（变电所采用的方式）。不能用于两系统间的并列操作。自动准同期：正常情况下的同期并列。手动准同期：自动的备用方式。本节作业题：2-5，2-7，3-1，5-1，6-1，7，9思考题：1什么是同步发电机自动准同步并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？2滑差，滑差频率，滑差周期3电力系统中，同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？4准同期并列和自同期并列有什么不同？作业题：1为什么准同步并列产生的冲击电流小？2同步发电机准同步并列的理想条件是什么？实际条件是什么？3同步发电机准同步并列时，不满足并列条件会产生什么后果？为什么？4为什么存在频率差影响发电机进入同步运行的过程？用相量图加以说明。思考题1-1并列操作2-1准同步2-2自同步2-4电力系统中，同步发电机并列操作可以采用什么方法？2-5什么是同步发电机自动准同步并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？2-6什么是同步发电机自同步并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？2-7为什么准同步并列产生的冲击电流小？2-8为什么自同步产生很大的冲击电流？3-1滑差： 滑差频率： 滑差周期： 3滑差、滑差频率、滑差周期有什么关系？ 4在发电厂，哪些断路器可以作为同步点？ 发电机CB、母联断路器CB、三绕组变的三侧CB5-1电力系统中，同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？. 6-1同步发电机准同步并列的理想条件是什么？实际条件是什么？7同步发电机准同步并列时，不满足并列条件会产生什么后果？为什么？ 8说明同步发电机采用自动准同步方式并列时，产生冲击电流的原因，为什么要检查并列合闸时的滑差？ 9为什么存在频率差影响发电机进入同步运行的过程？第二节准同期并列的基本原理本节重点：脉动电压的概念；准同期并列装置的组成单元；两种提前量信号的概念。准同期并列：系统运行中的主要并列方式。并列断路器主触头闭合瞬间所出现的冲击电流以及进入同步运行的暂态过程，决定于合闸时的脉动电压值和滑差角频率。准同期并列的任务：对和进行检测和控制，并选择一合适的时间发出合闸信号，使合闸瞬间的值在允许值以内。检测的信息：QF两侧的电压，主要针对进行检测并提取信息，当提取信息表明并列条件满足，即选择合适的时间合闸，完成并列。一、脉动电压有两种情况：(1) 断路器两侧电压幅值相等 设的幅值相等，令两电压相量重合瞬间为起始点，这时的表达式由(2-7)和(2-9)得 ， 脉动电压波形如Fig.2-6所示，为正弦脉动波形。(2) 断路器两侧电压幅值不相等，的表达式如(2-15)式所示。 ， 脉动电压波形如Fig.2-7所示。以上两种情况中，Fig.(2-6)和Fig.(2-7)表明，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，频率差以及相角差随时间的变化规律，因而并列两侧电压为自动并列装置提供并列条件信息，供选择合适的合闸信号发出时间等。具体讨论如下：1、 电压幅值差由Fig.(2-7)可得脉动电压波形的最小幅值即两电压的幅值差。即使合闸时机掌握得好，相角差为零，并列点两侧有电压幅值差存在时仍会导致冲击电流，为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。2、 频率差间的频率差即脉动电压幅值的频率，它与滑差角频率的关系如式(2-10)所示。要求小于某一允许值 脉动电压周期大于某一给定值，实际操作中，可以通过测量来检测待并发电机组与电网间的滑差角频率的大小，即频率差的大小。例：.要求 上述分析是基于、为恒定的前提下的，但对于要求快速并网的机组，这一前提未必成立，因此自动并列装置应能实时检测和相角差加速度等值，以利于快速并网的实施。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闸信号，即取一提前量。提前量的类型：(1) 恒定越前相角：在两相量重合之前恒定角度发出合闸信号的。(2) 恒定越前时间; 在两相量重合之前恒定时间发出合闸信号的。一般并列合闸回路有固定动作时间，这一装置得以广泛采用。二、准同期并列装置1 控制单元为使待并发电机组满足并列条件，准同期并列装置主要由三个单元组成。(1) 频率差控制单元 任务：检测两电压相量间的滑差角频率。 实现：调节待并发电机组的转速，使其频率接近于系统频率。(2) 电压差控制单元任务：检测两电压相量间的电压差。实现：调节发电机电压，使其与电网电压间的电压差值小于规定允许值，促使并列条件的形成。(3) 合闸信号控制单元 任务：检查并列条件中的(1)和(2)是否满足。实现：当待并机组的频率和电压满足并列条件时，该单元就选择合适的时间发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差接近于零或控制在允许范围以内。2 自动化程度分类准同期开列装置主要组成部件如Fig.2-8表达。按自动化程度可分为：(1) 半自动并列装置 特点：无频差和压差控制单元，只有合闸信号控制单元。 实现：并列时，待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整，当频率和电压满足条件时，并列装置在合适的时间发出合闸信号 与手动并列的区别：合闸信号由该装置判断后自动发出，不是由运行人员手动发出。(2) 自动并列装置 组成部分如Fig.2-8所示。 有人值斑的发电厂：发电机的电压由运行人员直接操作控制，并列装置中不需配置压差控制单元，简化了结构。无人值班的发电厂：并列装置需设置压差控制单元。发电机并列时，发电机的频率和电压由并列装置自动调节，当它与电网频率、电压的差值满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号，整个过程无须运行人员参与。三、准同期并列合闸信号的控制逻辑并列装置的核心部件：合闸信号控制单元，其控制原则是当频率和电压都满足并列条件的情况下，在两电压相量重合之前发出合闸信号。如Fig.2-9所示，频率和电压条件和提前量信号是与门的三个输入端，三个条件同时满足就发出合闸信号。(一) 恒定越前相角准同期并列 定义越前相角：相对于=0提前(导前)的相角。 恒定越前相角：相对于=0提前(导前)的相角，且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化。 原理分析在脉动电压到达合闸相角差为零之前的相角差时发出合闸信号。设=额定值由式（2-9）得：，如图2-10，设对应的为，设断路器合闸时间为，如越前相角满足，即在某一恒定滑差下，越前相角越前时间，则合闸相角差为零。=：最佳滑差角频率，对应图2-10中。在图2-10中，提前时间，断路器完全合闸的时间点过了两电压相量的重合点。提前时间，离两电压相量的重合点还差一定时间。 3结论：近乎恒定，合闸相角差与有关。只有在允许范围内可保证合闸冲击电流在允许值以内，可由发电机参数计算得到。(二) 恒定越前时间准同期并列定义导前时间：相对于=0提前(导前)的时间。恒定导前时间：相对于=0提前(导前)的时间，且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化。 原理说明(1) 为什么需要恒定越前时间呢？断路器有合闸时间，对应断路器接收合闸命令到接通一次系统的时间。因此合闸命令即合闸脉冲应有提前量，即越前时间。考虑到断路器合闸时间是确定的，所以越前时间也是恒定的，与压差和频差无关，即恒定越前时间。(2) 怎样考虑越前时间?在脉动电压到达两电压相量重合（=0）之前tYJ发出合闸信号，一般取tYJ等于并列装置合闸出口继电器动作时间和断路器的合闸时间tQF之和，因此这种方法理论上可使合闸相角差等于零。但实际上由于各种装置的合闸时间存在着分散性，难免存在误差。四、 恒定越前时间并列装置的整定计算需要整定的参数如下：1越前时间tYJ 令 tYJ=tC+tQF tYJ主要取决于tQF，装置中的tYJ应便于整定，以适应不同断路器的需要。2允许电压差 UG 与 UX 允许电压差一般定为(0.1-0.15)UN.3 允许滑差角频率按冲击电流条件得到设ey为发电机组的允许合闸相角，最大允许滑差为 (2-17)式中，、自动并列装置、断路器的动作误差时间决定于发电机的允许最大冲击电流值,可由下式求得 (rad) (2-18) 例2-1 (1) (2) (3) 、注意：在准同期并列计算中，应包括稳定性校验，即根据稳定性条件来确定最大允许滑差。从校验结果看，按冲击电流得到远小于按稳定条件求得的滑差，因此一般不须校验，如果待并机组与系统间的联系较弱，还应进行稳定性校验，以确定允许滑差值。思考题：1合闸脉冲为什么需要考虑提前量的选择？2解释导前相角，恒定导前相角，恒定导前相角式自动准同步装置。3准同期装置的主要组成部分有哪些？哪个单元是核心部分？作业题：1解释导前时间，恒定导前时间，恒定导前时间式自动准同步装置。2断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑？为什么是恒定导前时间？思考题1导前时间、恒定导前时间、恒定导前时间式自动准同步装置2导前相角、恒定导前相角、恒定导前相角式自动准同步装置6合闸脉冲为什么需要导前时间？7断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑？为什么是恒定导前时间？第三节自动并列装置的工作原理本节内容：并列装置的工作原理（装置的控制逻辑，获得并列所需检测信号的方式，并列合闸控制原理）一、 装置的控制逻辑以恒定越前时间准同期并列装置进行说明，其中的合闸信号控制单元包括：滑差角频率检测、电压差检测和越前时间信号如Fig.2-12(a)所示为并列装置的控制原理图.。只有在滑差角频率和电压差均符合条件，在tYJ发出合闸信号，越前时间信号才能通过与门成为合闸信号输出。 如图2-12(b)，在一个脉动周期内，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，作出是否允许并列合闸的判断。否则进入下一个滑差周期检测并列，当电压差和频率差都符合条件时，就在tYJ发出合闸信号，从而完成并列操作的合闸控制任务。模拟型或微机数字式的自动并列装置都得遵循上述基本原理所阐述的控制逻辑来制订软件框图。二、 并列的检测信号前述准同期并列原理时，主要分析了脉动电压的变化规律，阐明了在脉动电压中载有电压差和频率差的信息，并在一定条件下反映相角差的变化规律，可为自动并列装置检测和控制提供所需的信息。脉动电压可由断路器两侧电压互感器二次侧电压测得。(一) 整步电压：模拟式装置产生检测信号的方式。定义：含有同步条件信息的电压，可以用来检查发电机并列时是否满足同步条件。特点：整步电压含有频差信息、相位差信息和压差信息，整步电压的周期就是滑差周期，可用于检测频差的大小。作用：实现同步条件检查和产生合闸脉冲。分类(产生整步电压的方法)：1正弦型整步电压：早期准同期并列装置所采用的测量信号。包络线是正弦型的，称为正弦整步电压。分析Fig.2-13，电压互感器二次侧电压经整流后直流侧的电压波形如Fig2-13(c),所测得直流电压反映了脉动电压的幅值。 正弦整步电压的最小值是电压差（如第二节所述）。正弦整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程。最小值-电压差 周期检测-频率差 随时间变化过程确定合闸时刻-相位差利用正弦整步电压的最小值检测是否满足电压差条件，利用正弦整步电压的周期检测是否满足频率差的条件，利用正弦整步电压随时间变化过程确定合闸时刻，使相位差满足条件。当，正弦型整步电压如公式（2-19）所示： （2-19），的波形图和图2-7相似。表明：整步电压-相角差，电压差，使得检测时引入了电压的影响，容易造成越前时间信号的时间误差，从而引起合闸误差。因此被线性整步电压的方法代替。2线性整步电压线性整步电压含有频率差、相位差的信息，但不含有电压差的信息。周期检测-频率差 随时间变化过程确定合闸时刻-相位差 另设专门电路检测压差利用线性整步电压的周期检测是否满足频率差的条件，利用线性整步电压随时间变化过程确定合闸时刻，使相位差满足条件，但需利用其他方法检查电压差是否满足并列条件，压差检测另设专门电路完成。结合逻辑框图、电路图和各点波形图理解。(1) 半波线性整步电压a.形成如Fig.2-15：电路图的原理省略。从逻辑框图(b)图中可看出，经方波变换后在a点电位(反映两电压相量差)的波形如Fig2-15所示，是一系列幅值一定而宽度与相角差有关的矩形波。相角差=180时，矩形最宽。相角差为0或360时，矩形宽度为0。0-180，宽度渐增，180-360，宽度渐减。可见，一系列矩形波宽度的变化，反映了两电压相量相角差e的变化，为并列装置判别相角差提供了检测信息。b.在模拟式自动并列装置中的实现：图2-16 RC滤波 双形滤波矩形波-锯齿三角波-理想三角波（a） (b) (c)如Fig.2-16(c)所示为线性整步电压与相角差之间的关系可用两个直线方程表示如公式(2-20)所示。常称为三角波整步电压。 和t成线性关系-相角差特性，与压差无关，提高了并列装置的控制性能，被模拟式自动并列装置广泛使用。 Fig2-16(c)是在完全理想的情况下获得的，实际情况偏离理想化直线，使控制合闸时间引入误差。(2)全波线性整步电压：a.形成结合图2-17，2-18分析。控制逻辑图如图2-17(b) 方波变换 LC滤波原始交流电压波形-两电压方波-Y点矩形波-理想平滑三角波形原理和半波整步电压类似，最大值是半波的2倍，多了一倍矩形脉冲，可通过适当减小滤波器时间常数来改善性能。多用这种。Fig.2-17Fig.2-18。数学表达式如公式(2-21)所示。b.，当不同时，三角波整步电压波形如图2-19所示，可用来检测及。(二) 相角差e(t)的实时检测：数字式装置产生检测信号的方式。 上述线性整步电压e的对应关系从宽度不等的矩形波经滤波处理后获得的。结论：矩形波的宽度与并列电源波形的相角差e相对应，记录矩形波的宽度即记录相角差的运动轨迹e（t），其中载有除电压幅值外的并列条件信息。作用与整步电压相似，数字式装置充分利用e（t）随时间变化规律的信息，提高了并列装置的合闸控制技术水平。e的测量方案，利用Fig2-20相角差测量的逻辑图可得到一系列宽度不等的矩形波。如Fig2-21.所示。通过分析波形可获得并列所需检测信息，和全波逻辑图不同的是，全波是利用滤波器电路获得矩形波形的，而这里是通过CPU计数方式来检测的。 两种类型的装置：实时响应性（并列速度）、准确性（合闸误差）三、 并列合闸控制(一) 恒定越前时间电子模拟式自动并列装置，用电阻电容作为运算器件，实际电路偏离理想化假设条件，在实际应用中难免引入误差。采用微机型数字式自动并列装置利用较严密的数学模型计算越前时间，符合脉动电压的实际规律，相当准确。1数学模型，求2求出当前计算点的合闸相角差，利用条件进行判断3e（t）轨迹4错过合闸时机的应对措施。(二) 频率差检测实施检测的方法：(1)在恒定越前时间之前完成的检测任务，用来判别是否符合并列条件。在数字式装置中，利用相角差的轨迹中含有滑差角频率的信息进行检测，符合机组和系统的实际运行情况。(2)直接测量两并列电压频率，求得频率差值以及频率高、低的信息。数字电路测量频率的方法是测量交流信号的周期T。只有在频率差允许的条件下，才进行恒定越前时间的计算。(三) 电压差检测在频差和相角差检测电路中，不载有并列点两侧电压幅值的信息，需设置专门电压差检测电路。，同时也必须在恒定越前时间之前作出电压幅值差是否符合并列条件的判断。检测方法：(1) 直接读入两电压值，然后作计算比较。用传感器实现较为简单。(2) 先直接比较两电压相量的幅值大小，再读入比较结果。思考题1整步电压、正弦整步电压、线性整步电压6自动准同步装置一般由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？7利用正弦整步电压如何检测发电机是否满足准同步并列条件？8利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同步并列条件？作业题：1利用正弦型和线性整步电压如何检测发电机是否满足准同步并列条件？第四节 频率差与电压差的调整本节内容：频差和压差的调整方法一 频率差调整任务：发电压频率接近系统频率，使频率差满足允许的范围，促成并列的实现。方法：升速/减速1频率差测量参照第三节数字式频率测量的方法，直接测量两并列电压的频率，判别频差大小。在允许范围-不发调速脉冲，进行越前时间合闸控制计算。超出允许范围-发调速脉冲，不进行越前时间合闸控制计算-确定发升速或减速脉冲。2调节量控制 发电机的转速按照比例调节准则，调节脉冲时间与频率差值成比例。比例关系随机组特性而异。二 电压差调整任务：调节发电机电压值，使电压差符合并列条件，实施原则与频差调整相似，直接测量两电压相量的幅值再进行判别。在允许范围-不进入电压调整控制程序 超出范围-进行电压调整控制程序。第五节 微机型（数字型）并列装置的组成一、 概述1、模拟式并列装置存在的主要问题 模拟式并列装置是认为s是匀速的，但实际上是多变的，如系统频率不很稳定或发电机转速是变化的，都会有不同程度的加速度。特别是对合闸时间较长的断路器，合闸瞬间相角差会很大，引起很大的冲击电流。或为了获得稳定的s，把并列过程拉得很长。另外，由于装置元件老化或因温度变化引起的参数变化，也将使导前时间产生误差。 2、数字式并列装置定义及主要特点 定义：借助于微处理器的高速处理信息能力，利用编制的程序，在硬件配合下实现发电机并列操作。 主要特点：由于利用微处理器具有高速运算功能和逻辑判断能力，使对机组的调节更加快速，更加精确，在频差满足要求后，随时确定理想导前相角，使合闸瞬间冲击电流更小，同期过程缩短。3. 主要区别：（1）检测并列条件是否满足的方式不同：模拟型采用不同类型的整步电压来获取相关信息进行检测，采用方波-矩形波-整步电压波形方式记录e（t），微机型采用方波-CPU计数方式来记录e（t）。（2）所采用的元件类型不同：微机型采用大规模集成电路中央处理器等器件构成，CPU具有高速运算和逻辑判断能力，其指令周期以微秒计，故有足够充裕时间进行相角差e（t）和滑差角频率近乎瞬时值的运算，并按照频率差值的大小和方向，电压差值的大小和方向，确定相应的调节量，对机组进行调节。（3）实现方式不同：一般模拟式并列装置为了简化电路，在一个滑差周期内，把滑差角频率假设为恒定的，数字式则采用较为严密的公式，计及考虑相角差可能具有加速运动等问题，按e（t）当时的变化规律，选择最佳越前时间发出合闸信号。二、 硬件电路专用计算机控制系统，以CPU为核心的数字式并列装置。按计算机控制系统的组成原则，基本配置为：主机、I/O接口、I/O过程通道。（一） 主机CPU、RAM、ROM主机RAM：控制对象运行变量的采样输入ROM：固定的系数和设定值，编制程序EEPROM：既能固定存储，又便于设置和修改的整定值。（二） I/O接口 I/O过程通道的信息与主机总线相连的媒介。 有并行、串行、管理接口、A/D、D/A转换。（三） I/O过程通道信息的传递和变换设备。接口电路和控制对象之间传递信号的媒介。1. 输入通道2. 输出通道调速信号、调压信号、合闸脉冲控制信号（四） 人机联系键盘、显示器、数码和发光二极管显示指示三、 软件：1. 主程序：管理和调用2. 并列条件检测程序：按前述越前时间的数学模型进行程序编制。第五节思考题：1微机型装置和模拟型装置的主要区别。2微机型装置的主要组成部分。第三章 同步发电机励磁自动控制系统前面第二章的内容是针对同步发电机自动并列的工作原理，实现方法等方面来进行学习的，这是电力系统自动控制技术在系统运行中的一个方面的应用，今天我们要开始学习第三章，这一章节和接下来的第四章两个部分的内容是自动控制技术的又一个方面的重要应用，研究的对象是同步发电机励磁自动控制系统，第三章主要是结合励磁控制系统的静态工作特性理解正常运行时自动励磁调节的作用，而第四章在结合励磁控制系统的动态特性理解事故运行时自动励磁调节的作用。下面开始学习的第一节概述相当于是第三章和第四章两个章节内容的一个绪论部分的介绍。第一节 概述主要内容：励磁系统和励磁自动控制系统；同步发电机励磁控制系统的任务；对励磁系统的要求。一、励磁系统和励磁自动控制系统：反馈系统1励磁系统 结合电机学课程所学过的有关同步发电机的基本工作原理，理解同步发电机为了完成将机械功率转换为三相交流电功率，就必须给发电机的转子输入一定量的励磁电流。同步发电机是电力系统的主要设备，它将旋转的机械功率转换成三相交流电磁功率。为完成这一转换，必须在发电机内建立一个磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流，又称转子电流。具体是在发电机的转子绕组（又称励磁绕组）中通于直流电流，产生相对转子静止的磁场，转子在原动机拖动下旋转，形成旋转磁场。磁场与定子导体之间有了相对运动，在定子绕组中就会感应交流电动势，从而在发电机内部实现机-电之间的转换。励磁电流的大小决定了发电机空载电动势的大小，直接影响发电机的运行性能。因此，控制发电机的励磁是对发电机的运行实行控制的重要内容之一。励磁系统直流电流 转子绕组 静止磁场 旋转磁场 定子绕组中产生感应电动势（板书） （励磁电流） GEW 原动机拖动转子专门为同步发电机供应励磁电流的有关设备，即与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。都属于同步发电机的励磁系统。2励磁自动控制系统具体说来，如Fig.3-1所示的构成框图: Fig.3-1 励磁自动控制系统构成框图励磁系统励磁功率单元励磁调节器 直流电流(1)励磁功率单元 发电机转子 励磁系统(2)励磁调节器：根据机端电压的变化和给定 （控制装置） 励磁控制系统调节准则，调节励磁功率单元的输出， （或同步发电机的自动调节励磁系统）以满足系统正常运行或事故下的需求。 （3）发电机：被控制对象 反馈控制