第一章发电机自动并列

1、电力系统自动化电力系统自动化 Automation of Power System河南城建学院 电气与电子工程系第第1章章 发电机的自动并列发电机的自动并列第一节第一节 概述概述=基本知识点基本知识点=n发电机模型发电机模型 n并列的基本概念并列的基本概念 n准同期并列准同期并列 n自同期并列自同期并列一、发电机模型一、发电机模型 saaaXI jRIUXI jXI jRIUE0隐极同步发电机的等效电路1 隐极同步发电机隐极同步发电机一、发电机模型一、发电机模型 0 a aE 0 E E I XI jaXI j 90 UaRI 隐极同步发电机的向量图一、发电机模型一、发电机模型 EQ为虚拟电动

2、势2 凸极同步发电机凸极同步发电机一、发电机模型一、发电机模型 QEsR I UqX凸极同步发电机的等效电路图一、发电机模型一、发电机模型 凸极同步发电机的向量图0EqI )(qddXXI j qXI j aRI dI I 0 QEmmGGGqqsQUtUuIIUUXI jUjXRIUE)sin()(时变方程：向量方程：二、并列的基本概念二、并列的基本概念 1 概念概念 使使uG与与ux满足一定条件后合断路器，并联运行满足一定条件后合断路器，并联运行2 目的：目的：负荷波动；负荷波动；系统事故系统事故3 原则：原则：冲击电流小；冲击电流小；暂态过程短暂态过程短4 方法：方法：n准同期并列：准同

3、期并列：If合闸合闸暂态暂态同步同步n自同期并列：无自同期并列：无IfUN合闸合闸加加If暂态暂态同步同步 准同期并列：准同期并列：n过程：过程：n 发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。路器合闸，完成并列操作。n优点：是冲击电流小；优点：是冲击电流小；n不足：并列时间较长且操作复杂。不足：并列时间较长且操作复杂。自同期并列：自同期并列：n过程：过程：n 将未加励磁、接近

4、同步转速的发电机投入将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动机转矩、系统，随后给发电机加上励磁，在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。操作。n优点：并列时间短且操作简单优点：并列时间短且操作简单n不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降，不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降，产生冲击电流。产生冲击电流。三、准同期并列三、准同期并列 1 并列条件推导并列条件推导（1） 基本条件基本条件XGXGXGhXGXGhUUEEEEIXXjEEI00)(要求（2）一般向量推广）一般向量推广 0120Um0（3

5、）理想并列条件，）理想并列条件，n幅值相等：幅值相等：UG=UXn频率相等：频率相等：G=X（=2f）n相角相等：相角相等：e=0（G=X）2 并列条件分析并列条件分析（1）UGUX，fG=fX，e=0（2）UG=UX，fGfX，e=0（3）UG=UX，fG=fX，e0（1）UGUX，fG=fX，e=0 max55. 2)(28 . 1dsdxGhXUXUUI 当当UGUx去磁，并列后立即带无功负荷；当去磁，并列后立即带无功负荷；当UGUx助磁，助磁，并列后立即从系统吸收无功功率。如果并列后立即从系统吸收无功功率。如果U很大，则很大，则 过大过大时，将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在

6、电时，将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。动力的作用下受损。 hI（2）UG=UX，fG=fX，e0 如果如果很大，冲击电流很大，其有功分量很大，冲击电流很大，其有功分量电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。同步并列操作允许的合闸相位差不应发电机。同步并列操作允许的合闸相位差不应超过去超过去5。2sin255. 2I heqxXU（3）UG=UX，fGfX，e=0 发电机在频差较大的情况下并入系统，立即发电机在频差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对转子产生带上较多正的（或负的）有功功率，对转

7、子产生制动（或加速）的力矩，使发电机产生振动，严制动（或加速）的力矩，使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。允许频重时导致发电机失步，造成并列不成功。允许频率差范围为额定频率的率差范围为额定频率的0.2%0.5%,0.10.25Hz发电机准同步并列的实际条件：发电机准同步并列的实际条件：(1)待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的不应超过额定电压的5%10%。(2)在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于压的相位差应接近零，误差不应大于5。(3)

8、待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超过额定频率的频率差不应超过额定频率的0.2%0.5%。复习与思考复习与思考1. 并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？ 2. 准同步并列的条件有哪些？如果不满足这些条件，准同步并列的条件有哪些？如果不满足这些条件，会有什么后果？会有什么后果？3. 为什么要在为什么要在=0之前提前发合闸脉冲？之前提前发合闸脉冲？4. 自动准同步装置的任务是什么？自动准同步装置的任务是什么？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 =基本知识点基本知识点=n脉

9、动电压脉动电压 n准同期并列条件准同期并列条件 n合闸条件的计算合闸条件的计算 n准同期并列装置准同期并列装置 一、脉动电压一、脉动电压1 电网电压与发电机电压幅值相等的情形电网电压与发电机电压幅值相等的情形 )2cos()2sin(2)sin()sin(ttUuuutUutUuXGXGGXGSXXXXGGGG)2sin(2)2cos(tUUtUuXGGSXGSS工频时：)2cos(2)2sin(tUUtUuXGGSXGSS低频时：其中，其中，uS的周期的周期Ts2/G，US的周期的周期TS2/S 。)05.1cos()05.0sin(20.11.01.1tutUuNbNGaNXGSNXNG2

10、 电网电压与发电机电压幅值不等电网电压与发电机电压幅值不等 XGSSXGSSSXGXGSXXXGGGSUUUktUUUkttUUUUUtUtUu时，时，) 12( ,2 , 0)cos(2)sin()sin(223 对比分析对比分析 USTSUG=UXUSTSUGUXUG+UX|UG+UX|二、利用电压差检测准同期并列条件二、利用电压差检测准同期并列条件 从理论上讲，按上述条件可以实现准同期并从理论上讲，按上述条件可以实现准同期并列，考虑到工程实际，具体问题需要处理（列，考虑到工程实际，具体问题需要处理（tC，tQF），并且），并且S与与e的计算不是独立的。的计算不是独立的。 计算值计算值判断

11、条件判断条件理想条件理想条件Usmin=|UG-UX|UsminUSyUS=0s=2fsssyS=0t=tYJe=tYJse=0三、合闸条件的计算三、合闸条件的计算 1 越前时间越前时间tYJ tYJ =tC+ tQF自动装置自动装置断路器断路器2 允许滑差允许滑差sy QFCeysytt3 合闸条件计算过程合闸条件计算过程Step 1：计算计算Usmin，如果，如果UsminUSy转转Step 2；否则；否则调整调整G来改变来改变UGStep 2：sy的计算的计算Step 3：如果如果ssy继续继续Step 4；否则调整；否则调整G来改变来改变G，s=G-XStep 4：e的计算：的计算：

12、e=tYJsStep5：eey合闸；否则调整合闸；否则调整G来改变来改变G，从而，从而e 四、准同期并列装置四、准同期并列装置 1、全全自动准同期并列自动准同期并列（1）频差控制单元：调节发电机转速，从而改）频差控制单元：调节发电机转速，从而改变频差；变频差；（2）电压差控制单元：调节发电机励磁，从而）电压差控制单元：调节发电机励磁，从而改变压差；改变压差；（3）合闸信号控制单元：选择合适合闸时间）合闸信号控制单元：选择合适合闸时间2 、半自动准同期并列、半自动准同期并列（1）调压：手动）调压：手动（2）调频：手动）调频：手动（3）合闸：自动）合闸：自动3 手动准同期并列手动准同期并列（1）调

13、压：手动）调压：手动（2）调频：手动）调频：手动（3）合闸：手动）合闸：手动第三节第三节 恒定越前时间并列装置恒定越前时间并列装置 =基本知识点基本知识点=n线性整步电压线性整步电压 n检测原理及装置检测原理及装置一、线性整步电压一、线性整步电压1 形成电路形成电路（1）整形电路：将正弦波转化为方波；）整形电路：将正弦波转化为方波；（2）相敏电路：相等于与门，）相敏电路：相等于与门，UG与与UX同相时输同相时输出出1，不同时输出，不同时输出0；（3）滤波电路：平滑）滤波电路：平滑Uy的波形；的波形； UG与与UX的对比分析的对比分析2 特点特点（1）分段线性：）分段线性：0,与与-,0；（2）

14、与发电机电压和系统电压的幅值无关；）与发电机电压和系统电压的幅值无关； 3 解析式解析式, 0)(0 ,)(eslmsleslmslUUUU4波形波形slUGUXUyUttttt0（1）usl最大值对应最大值对应=0或或360，最小值对应，最小值对应=180。所以线性整步电压包含了相角差。所以线性整步电压包含了相角差信息量。信息量。（2）usl波形和顶值电压与波形和顶值电压与uG、uX 的幅值无关，的幅值无关，不包含压差信息量。不包含压差信息量。（3）usl的斜率与的斜率与fs成正比，包含了频差信息量。成正比，包含了频差信息量。二、检测二、检测 1 恒定越前时间恒定越前时间（1）检测电路（比例

15、）检测电路（比例-微分回路和电平检测器）微分回路和电平检测器）（2）动作原理）动作原理输入输入Usl中间输出中间输出UR2输出输出tYJ，动作，动作检测电路（3）相关计算）相关计算 UR2的计算（叠加原理）的计算（叠加原理） )(2122122tURRRURRRUsslmslRsslmslmCslCCRURRRRCRRRRdtduCRRRRdtduCURRRRIRIU212121212121212112 2 222RRRUUUtYJ的计算的计算slmsslmYJsslmURRRRRRRCURRRtU2122121212)()(1111负号表示提前CRtCRtYJsYJs2 恒定越前相角（滑差恒

16、定越前相角（滑差s）（1）检测装置（类似时间装置）检测装置（类似时间装置）（2）检测原理）检测原理 （3）tA的计算的计算 ，相角先，时间后，同时，相角后，时间先，YJAsYsYJAsYsYJAsYsYJssYAAseYJsYtttttttttt恒定越前相角检测原理3 压差检测压差检测 对对UG与与UX进行比较进行比较当当|UG-UX|UsY发运行信号；发运行信号；否则调节励磁否则调节励磁复习与思考复习与思考1.何谓整步电压？何谓整步电压？2.说明全波线性整步电压的特点说明全波线性整步电压的特点第四节第四节 数字式并列装置数字式并列装置=基本知识点基本知识点=n模拟式并列装置不足之处模拟式并列

17、装置不足之处n数字式并列装置主要特点数字式并列装置主要特点n数字式并列装置的硬件电路数字式并列装置的硬件电路数字式并列装置的软件电路数字式并列装置的软件电路一、模拟式并列装置的不足之处一、模拟式并列装置的不足之处 在一个滑差周期在一个滑差周期Ts时间内把时间内把s s假设为恒定。假设为恒定。而数字式并列装置可以克服这一假设的限局性，采用较为精确的公式，考虑相角差e可能具有加速运动等问题，能按照e当时的变化规律，按最佳的越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，从而提出了自动并列装置的技术性能和运行可靠性。并列装置引入了计算机技术后，可以较方面地应用检测和诊断技术对装置进行自检，提高了装置的

18、维护水平。二、数字式并列装置定义及主要特点二、数字式并列装置定义及主要特点1、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。2、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。三、数字式并列装置硬件电路三、数字式并列装置硬件电路（一）硬件电路（一）硬件电路主机、输入、输出接口和输入、输出过程通道主机、输入、输出接口和输入、输出过程通道 1、主机、主机 CPU和存贮器（和存贮器（RAM、ROM）一起称为）一起称为主机。变量存放在主机。变量存放在RAM内，固定的参数和设内，固定的参数和设定值定值确定理想导前相角，使合闸瞬间冲击电流确定理想导前相角，使合闸瞬间冲击电流以及编制的程序，则固化存放在以及编制的程序，则固化存放在ROM内。断内。断路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉冲宽度等，存放在冲宽度等，存放在EPROM中。中。2、输入、输出接口电路、输入、输出接口电路 完成信息传递任务完成信息传递任务 3、输入、输出过程通道、输入、输出过程通道A.输入通道输入通道并列装置在现场工作输入信息有：并列装置在现场工作输入信息有：1）状态量输入。并列点两