电力系统自动装置原理

并列操作：将同步发电机并入电力系统参加并列运行的操作不恰当并列操作影响：①产生巨大冲击电流；②系统电压严重下降；③使电力系统震荡以致瓦解同步发电机并列原则：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；②发电机组并入电网后，应能迅速同步，暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。同步发电机并列方法：准同期并列、自同期并列并列的理想条件：①fG=fX②UG=UX③6e=0（即相角差为0）存在电压幅值差时，冲击电流主要为无功电流分量；存在合闸相角差时，冲击电流主要是有功电流分量；存在频率差时，待并发电机需经很长暂态过程才能同步，严重时甚至失步。7•准同期并列主要是对脉动电压Us和滑差角频率3s进行检测和控制。8•准同期并列装置采用的提前量有恒定越前相角和恒定越前时间。计算题：例：一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗X”为0.125；系统等值机组的交q轴次暂态电抗与线路电抗X为0.25；断路器t=0.5s,它的最大可能误差时间为X QF±20%tQF；自动并列装置最大误差时间为土。皿，待并发电机允许的冲击电流值为i”=辺I 。试计算允许合闸误差角6、允许滑差角频率①，与相应的脉hm GN ey sy动电压周期T。s解：按题意求解如下:取E”=1.05，允许合闸误差角i"(i"(X"+X)6 =2arcsin皿qjey 2x1.82E”qPS:若记不住以上公式,=2arcsin迈xK0.—5+°.25)二口削。=0.199rad2x1.^/2X1.05可用i''二1.8迈I”和I”= 2Eqhm h hX''+Xqx②断路器合闸动作误差时间|AtqF二0.5X20%=0.1s自动并列装置最大误差时间At=0.05sc故允许滑差角频率①=故允许滑差角频率①=sy6AtQF0.199 .33d/料 = =1.33rad/s+|At0.1+0.05c③脉动电压周期T=^—=^=4.7ssO1.33sy整步电压：自动并列装置检测并列条件的电压整步电压信号：正弦型整步电压、线性整步电压同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。同步发电机励磁控制系统的任务：电压控制；②控制无功功率的分配；提咼同步发电机并联运彳丁的稳定性a.励磁对镜台稳定有影响；b.励磁对暂态稳定有影响改善电力系统的运行条件改善异步电动机的自启动条件；b.为发电机异步运行创造条件；c•提高继电保护装置工作的正确性；水轮发电机组要求实行强行减磁励磁顶值电压U:励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高输出电压EFq值。强励倍数：励磁顶值电压U与额定励磁电压U 之比EFq EFN励磁电压响应比：励磁电压在最初0.5s上升的平均速率高起始响应励磁系统：励磁系统电压响应时间为0.1s或更短的励磁系统无刷励磁系统特点：无炭刷和滑环，维护工作量大为减少励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高。由于无刷，整个系统可靠性更高。发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，因而励磁系统的响应速度较慢。发电机转子及其励磁电路都随轴旋转，因此转子回路中不能接入灭磁设备，无法实现直接灭磁和对励磁系统的常规检测要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能，能承受高速旋转的离心力。无接触部件的磨损，以及炭粉、铜末引起的绕组污染，绝缘寿命较长。接线图：P53静止励磁系统的特点：励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高。不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，减小基建投资。直接用晶闸管控制转子电压，励磁电压响应速度很快由发电机端取得励磁能量。缺点：顶值电压受发电机端和系统侧故障的影响，在发电机近端三相短路而切除时间又长的情况下，不能及时提供足够的励磁，以致影响电力系统的暂态稳定。由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能无法正确动作接线图：P55当需要发电机转子快速灭磁时，要把控制角限制在aW150°~155。范围，以确保逆变成功。发电机调节特性是发电机转子电流IEF与无功负荷电流IQ的关系。移动发电机调节特性的操作是通过改变励磁调节器的整定值来实现的。计算题：例3-2：1号机的额定功率为25MW，2号机的额定功率为50MW，两台机组的额定功率因数都是0.85。1号机的调差系数为0.04，2号机的调差系数为0.05。

当系统无功负荷波动使无功增加为总无功容量的20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压降低多少？1号机额定无功功率Q=Ptg申=25xtg(arccos0.85)=15.49(Mvar)G1当系统无功负荷波动使无功增加为总无功容量的20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的电压降低多少？1号机额定无功功率Q=Ptg申=25xtg(arccos0.85)=15.49(Mvar)G1N G1N 12号机额定无功功率Q—Ptg申—50xtg(arccos0.85)=30.99(Mvar)G2N G2N 2AQX*=(AQ1*QG1N+AQ2*QG2N)(QG1N+QG2N)=-AU*(即+11g2N)(QG1n+QG2N2-auJ-Q(+61+QG2N62—=-AU6*)15.49+30.99= —004615.4930.99 .Q+QG1N G2N—(Q,Q) 丄6 6 0.04 0.0512PS：若调差系数相等均为0.05，则等值调差系数为0.05故等值调差系数6母线电压波动AU—6AQ—-0.046x0.2—-0.0092* XX*各机组的无功增量AQ1广-学-晋-。・231AQ—AQQ —0.23x15.49—3.56(Mvar)1 1*G1NAQ2*AU-0.0920.05—0.185AQ—AQQ—0.185x30.99—5.73(Mvar)2 2*G2N电子型励磁调节器由基本控制和辅助控制组成，基本控制由调差、测量比较、综合放大和移相触发器单元组成。辅助控制是为了满足发电机的不同运行工况，改善电力系统稳定性，改变励磁控制系统动态性能而设置的单元。①瞬时电流限制和最大励磁限制器。②最小励磁限制器。电压/频率限制和保护。④发电机失磁监控。同步机欠励磁运行时，由滞后功率因数变为超前功率因数，发电机从系统吸收无功功率，这种运行方式称进相运行。汽轮发电机失磁后，适当降低其有功输出，在很小转差下，可以异步运行10〜30min。在励磁控制系统中通常用电压速率反馈环节来提高系统的稳定性。这种并联校正的微分负反馈网络即为励磁系统稳定器。低频振荡的产生：①励磁调节器按电压偏差比例调节；②励磁控制系统具有惯性。解决方法：采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩来抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩。K是无量纲的常数，表明系统频率变化1%时负荷功率变化的百分数。L*汽轮发电机组调速器不灵敏区为0.1%〜0.5%,水轮机为0.1%〜0.7%。调速器的调节作用称为一次调频。全天不变的基本符合由带基本负荷的发电厂承担；负荷变动部分按计划下达给调峰电厂，在实际运行中，计划负荷与实际负荷的差值部分按计划外负荷由调频电厂担任。调速器的控制电动机称为同步器或调频器。电力系统中实现频率和有功功率自动调节的方法主导发电机法：调节准则是Af二0以及AP二aAP（i=2,3,…，n）ii1同步时间法（积差调节）：调节准则是IAfdt+kAP=0,Af=f—fc N联合自动调频：调节准则是AP二aEAP—BAf）,Af二0cii Gifi联合电力系统的调频方式：①恒定频率控制FFC②恒定交换功率控制FTC③恒定联络线功率偏差控制TBC计算题：P159例：A、B为联合系统，其中A：P二3000MW,K=25,K二1.6A GA* LA*B:P=2000MW,K=20,K=1.4B GB* LB*当系统A内增加100MW,B内增加200MW；求：（1）A、B两系统机组都参加一次调频后，Af、AP、AP、APt GA GB（2）A参加一、二次调频，B只参加一次调频，Af、AP、APTOC\o"1-5"\h\ztA G解：（1）将机组负荷和系统功频调节系数转换为有名值P 3000K=K—=25x =1500MW/HzGAGA*f 50NP 3000K=Kf=1.6x =96MW/HzLALA*f 50NP 2000K=Kb=20x =800MW/HzGB GB*f 50丿NP 2000K=Kb=1.4x =56MW/HzLBLB*f 50

A系统的单位调节功率为卩二K+K二1596MW/HzA GA LAB系统的单位调节功率为0二K+K二856MW/HzB GB LB=—3000=—1.52000=—3000=—1.5200012PBAP—aAP 200—(—1.5)x100 0108口LB 12LA=— =—0.108Hz0—a0 856—(—1.5)x1596B12A因此,“0P—0P 1596x200-856x100»因此,AP=二^知 la= =71.88MWt0—a0 856-(-1.5)x1596B12AAP二一KAf=T500x(—0.108)二162MWGA GAAP二—KAf=—800x(—0.108)二86.4MWGB GB(2)若A参加一、二次调频，B只参加一次调频，APAf=APAf=— LB-f0+0A赢h7°82HZAP二APtA LB0A0+0AB二200X15囂：56二130J8MWAP=AP=100MWG LA频率降低较大时，对系统运行极为不利：①对汽轮机有影响，叶片容易产生裂纹，甚至断裂。②发生频率崩溃现象。③发生电压崩溃现象。计算题：运行机组的总额定容量为450MW，此时系统中负荷功率为430MW，负荷调节效应为K=1.5。设这时发生事故，突然切除额定容量为100MW的发L*电机组，如不采取任何措施，求事故情况下的稳态频率值。解：系统热备用为20MW，故实际功率缺额为80MW，M=6.2Hz50APM=6.2HzAf= h-KPL*LN所以事故情况下的稳态频率值为43.8Hz37.计算题：系统的负荷总功率为5000MW,系统最大功率缺额为1200,负荷调节效应系数为2。若自动低频减载装置动作后，希望系统恢复