自动装置原理_2(62)

1、电力系统自动装置原理电力系统自动装置原理 第二章第二章 同步发电机的自动并列同步发电机的自动并列第一节第一节.概述概述一一.并列操作的基本问题并列操作的基本问题1)并列操作的概念2)并列操作的原则3)并列操作的分类二二.准同期并列准同期并列1.并列的等值电路和理想条件2.非理想条件并列分析三三.自同期并列自同期并列1)自同期并列的优、缺点2)自同期并列的冲击电流1)并列操作的概念并列运行与并列操作并列运行与并列操作: 各发电机转子角以相同的电角速度运行,相对电角度不超过允许值,此种运行方式称为发电机的并列运行并列运行. 发电机投入系统参加并列运行的操作称为并列操作并列操作.重要的操作：重要的操

2、作：正常需要、故障需要；发电厂需要，系统也需要2)并列操作的原则 冲击电流-小小 限制在发电机端部短路电流的限制在发电机端部短路电流的5%- 10% 暂态过程-短短 迅速进入同步运行状态迅速进入同步运行状态3)并列操作的分类准同期并列准同期并列: 发电机在合闸之前已经励磁,当发电机的频率频率、电压电压和相位相位与系统接近相同时，将发电机合闸。自同期并列：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至电网频率，滑差角频率Ws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，首先合上断路器QF，接着立刻合上励磁开关SE，给转子加上励磁电流，在发电机电势逐渐增长的过程中，由电力

3、系统将并列的发电机拉入同步运行。)sin(wtUum二、准同期并列1.并列的理想条件并列的理想条件并列合闸的冲击电流等于零，并列后发电机立即进入同步运行。并列合闸的冲击电流等于零，并列后发电机立即进入同步运行。二、准同期并列2.非理想条件并列分析非理想条件并列分析1）存在电压幅值差存在电压幅值差 （电压幅值不相等）（相角差等于零）（频率相等）xGxGWWUU0e产生的冲击电流主要为无功电流。产生的冲击电流主要为无功电流。冲击电流的冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响，由于定子绕组端部的机械电动力对发电机绕组产生影响，由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以特别注意对它造成的影响。强度最弱，所以特别

4、注意对它造成的影响。冲击电流最大瞬时值限制在冲击电流最大瞬时值限制在12倍额定电流以下为宜倍额定电流以下为宜； 28.1hhmxdxGiiXUXXUUIh2）存在较小的合闸相角差产生的冲击电流主要为有功电流。产生的冲击电流主要为有功电流。合闸后发电机与电网合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组联轴受到突然冲击，这对电间立刻交换有功功率，使机组联轴受到突然冲击，这对电网和机组都是不利的。网和机组都是不利的。为了保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限制在较小数为了保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限制在较小数值。值。 （合闸存在相角差）（频率相等）（电压幅值相等）0UUexGxGWW2si

5、n2XUI hexqqXXE3）存在频率差存在频率差脉动电压脉动电压 （合闸存在相角差）（频率不相等）（电压幅值相等）0UUexGxGWW2sin22sin2)2sin(2U)2cos(U)2sin(2U)2cos()2sin(20)sin()sin(S2121emGsmGXGmGsXGsXGmGsXGXGmGsXmXGmGsUtwUtwwUtwwutwwUtwwtwwUutwUtwUu为脉动电压的幅值令：假设：脉动电压的三个重要参数：脉动电压的三个重要参数：幅值幅值-既反映了两个电压的大小又反映了两个电压的相位；频率频率-接近工频滑差角频率（脉动周期）滑差角频率（脉动周期）-反映了两个电压的

6、频率差XGsXGsA.脉动电压脉动电压波形分析交流电压波形交流电压波形脉动电压波形脉动电压波形B.脉动电压矢量分析脉动电压矢量分析存在频率差存在频率差脉动周期脉动周期Ts、滑差频率、滑差频率fs、滑差角频率、滑差角频率Ws都可以用来表示发电机频率与电网频都可以用来表示发电机频率与电网频率之间的差值。率之间的差值。如果并列频率差值很大，如果并列频率差值很大，即使合闸时相角即使合闸时相角差很小，满足要求，但这时发电机需要很差很小，满足要求，但这时发电机需要很长一段时间才能进入同步过程，严重时甚长一段时间才能进入同步过程，严重时甚至失步，因而也是不允许的。至失步，因而也是不允许的。三、自同期并列三、

7、自同期并列1.自同期并列的优、缺点：自同期并列的优、缺点：1）并列过程迅速；2）装置简单；3）易于实现自动化；4）事故下有可能将发电机投入；5）不能用于两个系统间的并列。不能用于两个系统间的并列。2.自同期并列的冲击电流；自同期并列的冲击电流； 冲击电流为经发电机次暂态电抗短路，不可避免产生冲击电流。冲击电流主要取决于系统电压。 28.1hhmdxdXGxdXiiXXXUUXXUIh其中第二节第二节.准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理一、脉动电压分析一、脉动电压分析二、准同期并列装置二、准同期并列装置三、准同期并列合闸信号的控制逻辑三、准同期并列合闸信号的控制逻辑四、恒定越前时间并列装置

8、的整定计算四、恒定越前时间并列装置的整定计算一、脉动电压分析脉动电压分析脉动电压为准同期并列的三个条件提供检测信息。脉动电压为准同期并列的三个条件提供检测信息。电压幅值差、频率差、相角差电压幅值差、频率差、相角差幅值差幅值差脉动电压的最小值脉动电压的最小值频率差频率差脉动电压的滑差角频率脉动电压的滑差角频率(脉动周期）脉动周期）相角差相角差脉动电压的幅值脉动电压的幅值脉动电压幅值的大小与相角差有关，脉动电压幅值是相角差的函数。XminmmGsUUUSSSfT12幅值差幅值差脉动电压的最小值脉动电压的最小值twUUUUUUsmGmxmGmxsmGmxcos2U 22XmmGUUSSSfT1221

9、频率差频率差(脉动周期）脉动周期）相角差相角差（脉动电压的幅值）（脉动电压的幅值）脉动电压幅值是相角差的函数脉动电压幅值是相角差的函数U1U2二、准同期并列装置准同期并列装置1.控制单元的构成控制单元的构成1）频率差控制单元）频率差控制单元2）电压差控制单元）电压差控制单元3）合闸信号控制单元）合闸信号控制单元2.自动化程度分类自动化程度分类 半自动：没有频率差控制和电压差控制功能，只有合闸信号控制单元。半自动：没有频率差控制和电压差控制功能，只有合闸信号控制单元。自动：设有频率差控制和电压差控制功能，同时也有合闸信号控制单元。自动：设有频率差控制和电压差控制功能，同时也有合闸信号控制单元。3

10、.准同期并列合闸信号的控制逻辑准同期并列合闸信号的控制逻辑1）恒定越前相角准同期并列）恒定越前相角准同期并列2）恒定越前时间准同期并列）恒定越前时间准同期并列4.恒定越前时间并列装置的整定计算恒定越前时间并列装置的整定计算1、控制单元（、控制单元（准同期并列装置组成部件）3、准同期并列合闸信号的控制逻辑、准同期并列合闸信号的控制逻辑 （1）恒定越前相角准同期并列）恒定越前相角准同期并列脉脉动动电电压压幅幅值值是是相相角角差差的的函函数数脉动电压幅值是相角差的函数，一个电压值对应一个相角值。脉动电压幅值是相角差的函数，一个电压值对应一个相角值。3、准同期并列合闸信号的控制逻辑、准同期并列合闸信号

11、的控制逻辑2）恒定越前时间准同期并列）恒定越前时间准同期并列4、恒定越前时间并列装置的整定计算、恒定越前时间并列装置的整定计算整定的三个参数整定的三个参数：1.越前时间越前时间2.允许的电压差允许的电压差3.允许的滑差角频率允许的滑差角频率QFcYJttt *2*8.1*2)(arcsin2qxqhmeyQFceysyEXXittw自自分别为自动信号输出回路的动作时间和分别为自动信号输出回路的动作时间和并列断路器的合闸时间并列断路器的合闸时间发电机允许的合闸相角决定于发电机的最大允许冲击电流第三节第三节 自动并列装置的工作原理自动并列装置的工作原理一、装置的控制逻辑一、装置的控制逻辑二、并列的

12、检测信号二、并列的检测信号1.整步电压整步电压自动并列装置检测并列条件的电压，称为整步电压自动并列装置检测并列条件的电压，称为整步电压 1)正弦整步电压正弦整步电压 2)线性整步电压线性整步电压2.相角差的实时检测相角差的实时检测三、并列合闸控制三、并列合闸控制1.恒定越前时间恒定越前时间2.频率差检测频率差检测3.电压差检测电压差检测一、装置的控制逻辑一、装置的控制逻辑控制逻辑控制逻辑时间配合时间配合或非门两个输入端只要有一个输入端出现或非门两个输入端只要有一个输入端出现“1”，它输出逻辑为，它输出逻辑为0，与门，与门Y1就闭锁。输就闭锁。输入端输入均为入端输入均为0，输出逻辑为，输出逻辑为

13、1，越前时间越前时间到，通过与门发出合闸信号。到，通过与门发出合闸信号。1.正弦整步电压正弦整步电压包络线波形为正弦型，称为正弦型整步电压。包络线波形为正弦型，称为正弦型整步电压。2sin22sin2UeZXsZXsZKUtwKUUsz不仅是相角差的函数，而且还与电压差值有关，使得利用不仅是相角差的函数，而且还与电压差值有关，使得利用Usz检测并列条件的越检测并列条件的越前时间信号引入了电压影响的因素，成为合闸误差的主要原因之一。前时间信号引入了电压影响的因素，成为合闸误差的主要原因之一。二、并列的检测信号二、并列的检测信号2sin22sin2UeZXsZXsZKUtwKU2.线性整步电压线性

14、整步电压线性整步电压是指整步电压的大小与相角差是线性的比例关系。线性整步电压是指整步电压的大小与相角差是线性的比例关系。只反映只反映Ug和和Ux间的相角差特性，而与电压幅值无关间的相角差特性，而与电压幅值无关，从而使越，从而使越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响。前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响。)2(2)0(eesLmsLmsLeesLmsLUUUUU半波线性整步电压：半波线性整步电压：每个周期只有一个矩形波称半波逻辑图逻辑图电路图电路图相敏电路相敏电路TB极性 Vt1 vt2 截止（与）a点电位 高高 Vt1 v Vt2 导通（或）a点电位 低低一系列幅值一定，宽度与相角

15、差有关的矩形波。变化规律：矩形波由窄变宽，到达180度时最宽，然后由宽变窄。这一系列矩形波宽度的变化，反映发电机和系统电压相角差的变化关系。积分电路积分电路双T型滤波后得到三角波。考虑阻抗匹配，采用射极输出。完全理想化输出才平滑。滤波器的时间常数将会影响其移相，也受滑差角频率变化的影响，使控制合闸时间引入误差。-.滤波电路滤波电路滤波电滤波电 路路 输入输入相敏电路相敏电路积分电路积分电路 滤波电路滤波电路 输出输出全波线性整步电压全波线性整步电压全波线性整步电压较半波多了一倍矩形脉冲，可适当减小滤波全波线性整步电压较半波多了一倍矩形脉冲，可适当减小滤波时间常数，使性能有所改善，一般采用全波方

16、案时间常数，使性能有所改善，一般采用全波方案由电压变换、整形电路、相敏电路、低通由电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波器和射级跟随器组成滤波器和射级跟随器组成整形电路整形电路(形成方波形成方波)Ug或或Ux正半周正半周VT1或或VT2导通，导通， A或或B低电位低电位Ug或或Ux负偏正负偏正VT1或或VT2截止，截止， A或或B高电位高电位正弦波转换为方波且与电正弦波转换为方波且与电压幅值无关压幅值无关相敏电路相敏电路 AB点电压同时处于高电平或点电压同时处于高电平或同时处于低电平时，同时处于低电平时，VT3得得不到偏置截止，不到偏置截止，Y点为高电平。点为高电平。 AB点电压高低不一致即相

17、异点电压高低不一致即相异时时VT3导通，导通，Y点为低电平。点为低电平。矩形波宽窄的变化规律与矩形波宽窄的变化规律与半波的不相同半波的不相同滤波电路和射级跟随器输出滤波电路和射级跟随器输出采用采用LC滤波器滤波器滤波电路和射级跟随器输出滤波电路和射级跟随器输出)0()0(eesLmsLeesLmsLUUUU）其中（）其中滑差角频率滑差角频率s值不同时，值不同时，三角波电压三角波电压是可以检测是可以检测s的大的大小，以及求得相位重合前的恒定越前时间信号。小，以及求得相位重合前的恒定越前时间信号。123sss 2.相角差的实时检测相角差的实时检测0sYJ()eestt当前相角差：滑差角频率：相角差

18、加速度：恒定越前时间的最佳合闸导前相角差：线性整步电压是经滤波后获得故导致引入误差。线性整步电压是经滤波后获得故导致引入误差。矩形波宽度轨迹载有除电压幅值外矩形波宽度轨迹载有除电压幅值外丰富的丰富的并列条件信息，并列条件信息，作用与整步电压相似。作用与整步电压相似。异或：两个数相同异或：两个数相同为为0，两数不同为，两数不同为1.相角差的测量相角差的测量一系列矩形波的宽度与相角差相对应，已知系统电压方波的宽度一系列矩形波的宽度与相角差相对应，已知系统电压方波的宽度可以求出相角差。可以求出相角差。)(,2)(,11iixiiiixii其中其中CPU记录相角差的轨迹记录相角差的轨迹微处理准同期并列

19、装置突出优点可以方便的考虑频率差的变化规律微处理准同期并列装置突出优点可以方便的考虑频率差的变化规律频差恒定时相角差的轨迹频差恒定时相角差的轨迹频差等速变化相角差的轨迹频差等速变化相角差的轨迹三、并列合闸控制三、并列合闸控制1.恒定越前时间恒定越前时间211*222Y Js id cs iD Ciiis ixs is is ins ixD CQ FCwtwtwtwwwwtnttt求恒定越前时间所对应的最佳导前合闸相角，能很方便地计及越前时间含求恒定越前时间所对应的最佳导前合闸相角，能很方便地计及越前时间含有加速度的情况。有加速度的情况。错过合闸时机的情况分析错过合闸时机的情况分析进行本点计算时

20、同时对下一个计算点角差进行时差的预测，推算出本点至最佳合闸导前角的时间，不失时机在越前相角瞬间发出合闸信号。2.频率差检测频率差检测12iiisixwt1,ccfTNffN即1）利用相角差的轨迹可直接计）利用相角差的轨迹可直接计算，每一工频周期（约算，每一工频周期（约20ms）计算一次计算一次2）直接测量两并列电压的）直接测量两并列电压的频率：将方波经二分频后，频率：将方波经二分频后，它的半波时间即为交流电压它的半波时间即为交流电压的周期。利用正半周高电平的周期。利用正半周高电平作为开始的计数控制信号，作为开始的计数控制信号，下降沿停止计数并为中断申下降沿停止计数并为中断申请信号，有请信号，有

21、CPU读取计数值，读取计数值，并使计数器复位。并使计数器复位。Fc为计数脉冲频率，交流电为计数脉冲频率，交流电压周期为压周期为T,计数值为计数值为N：为合用测量电路，可省略二分频环节，此时计算时间只有半个周期（为合用测量电路，可省略二分频环节，此时计算时间只有半个周期（1/2)T电压差监测电压差监测直接读入电压的计算比较直接读入电压的计算比较1）直流采样）直流采样 2）交流采样）交流采样第四节第四节 频率差与电压差的调整频率差与电压差的调整频率差控制任务由频率差测量和调节量控制两部分频率差控制任务由频率差测量和调节量控制两部分组成。组成。频率差测量判别频率差测量判别Ug和和Ux电压频率的差值大

22、小，区电压频率的差值大小，区分两者电压的高低，作为发升速脉冲和降速脉冲的分两者电压的高低，作为发升速脉冲和降速脉冲的依据。依据。调节量控制按照比例调节的要求，参照机组的转速调节量控制按照比例调节的要求，参照机组的转速调节特性，控制输出脉冲时间的长短，按比例调整调节特性，控制输出脉冲时间的长短，按比例调整发电机的转速。发电机的转速。1.频率差调整频率差调整频率差调整的任务：将发电机的频率调整到接近频率差调整的任务：将发电机的频率调整到接近于电网频率，使频率差趋向于并列条件允许的范于电网频率，使频率差趋向于并列条件允许的范围。围。1）频率差测量：参照数字式频率测量的方法，自动）频率差测量：参照数字

23、式频率测量的方法，自动并列装置可直接测量并列装置可直接测量Ug和和Ux两并列电压的频率两并列电压的频率fg、 fx。,gxzgxzgxgxffffffffff如 果，则 不 发 调 速 脉 冲 ， 进 行 越 前 时 间 合 闸 控 制 计 算 。如 果，且输 出 减 速 脉 冲 ；且输 出 加 速 脉 冲 ；2） 调节量控制调节量控制 发电机的转速按照比例调节准则，要求输出的脉冲时发电机的转速按照比例调节准则，要求输出的脉冲时间与频率差值成比例。间与频率差值成比例。由于各个发电机组转速调整特性并不一致，因此调节量（由于各个发电机组转速调整特性并不一致，因此调节量（脉脉冲时间的长短冲时间的长短

24、）与被调量（）与被调量（频率差频率差）的关系，即调节系数随机组）的关系，即调节系数随机组而异。而异。频率差调整输出的过程通道为执行继电器，继电器控制调频率差调整输出的过程通道为执行继电器，继电器控制调速电动机工作，继电器动作时间与输出调节脉冲时间长短速电动机工作，继电器动作时间与输出调节脉冲时间长短有关。有关。二、电压差调整二、电压差调整 电压差调整的任务：将发电机的电压调整到趋向于并列条电压差调整的任务：将发电机的电压调整到趋向于并列条件允许的范围。件允许的范围。电压差的实施原理和频率差极其类似。电压差的实施原理和频率差极其类似。可间接测量电压幅值，再进行比较。可间接测量电压幅值，再进行比较

25、。也可以直接测量电压差值，控制并列条件。也可以直接测量电压差值，控制并列条件。电压控制与频率差控制方案类似，有测量和调节量控制。控电压控制与频率差控制方案类似，有测量和调节量控制。控制对象是发电机励磁。制对象是发电机励磁。第五节第五节 数字式并列装置数字式并列装置1.概述概述数字式并列装置定义及主要特点数字式并列装置定义及主要特点 定义：定义： 借助于大规模集成电路中央处理单元（借助于大规模集成电路中央处理单元（CPU）的高速处理信息能力，利用编）的高速处理信息能力，利用编制的程序，在硬件配置下实现发电机并列操作。制的程序，在硬件配置下实现发电机并列操作。 主要特点：主要特点： CPU的指令周

26、期以微秒计，这对于发电机频率为的指令周期以微秒计，这对于发电机频率为50Hz，每周期，每周期20ms的信的信号来说，可以具有足够充裕的时间进行相角差和滑差角频率近乎瞬时值的计号来说，可以具有足够充裕的时间进行相角差和滑差角频率近乎瞬时值的计算。算。 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。冲击电流更小，同期过程缩短。 s实际上是多变的，如系统频率

27、不很稳定或发电机转速是变化的，都会有不实际上是多变的，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。数字式并列装置可克服此局限性，可计及有加速度运动的同程度的加速度。数字式并列装置可克服此局限性，可计及有加速度运动的问题。问题。 可方便应用检测和诊断技术对装置进行自检，提高了装置的维护水平。可方便应用检测和诊断技术对装置进行自检，提高了装置的维护水平。组成：组成： 数字式由硬件和软件组成，两者协调配合完成同步发电机组的并列控制任务。数字式由硬件和软件组成，两者协调配合完成同步发电机组的并列控制任务。 2.硬件系统 （主机，输入、出接口电路，输入、出过程通道）2.硬件系统（一）

28、主机（一）主机CPU和存贮器（和存贮器（RAM、ROM）一起称为主机。）一起称为主机。 运行变量的采样输入存放在可读写的随机存储器运行变量的采样输入存放在可读写的随机存储器RAM内。内。固定的参数和设定值以及编制的程序，则固化存放在只读存固定的参数和设定值以及编制的程序，则固化存放在只读存储器储器EPROM内。内。 自动并列装置的重要参数：断路器合闸时间、频率差和自动并列装置的重要参数：断路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉冲宽度系数等，存放在可擦存储器节的脉冲宽度系数等，存放在可擦存储器EEPROM中。中。（二）输入输出接口电路（二）输入输出接口电路在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能直接在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能直接与主机的总线相接，它必须由接口电路来完成信息传递任务。与主机的总线相接，它必须由接口电路来完成信息传