第2次课-准同期并列控制原理与装置

电力系统自动控制技术第2次——准同期并列控制原理与装置2026/8/302上次课内容理解同步发电机并列含义掌握同步发电机并列时遵循原则掌握理想条件和实用条件两类同期操作的含义自同期准同期2026/8/303上次课内容理解同步发电机并列含义对待并网发电机组进行适当操作，使之满足并列条件后合闸并网断路器掌握同步发电机并列时遵循原则冲击电流小、拉入同步快掌握理想条件和实用条件理想：相序相同、频率相等、电压幅值相等、相角差为零实用（准同期）：相序相同、频率相近（Ts>10s）、电压幅值相近（△U<10%）、相角差近似为零两类同期操作的含义自同期：将未加励磁电流的机组升速到接近电网频率，在滑差频率及频率加速度不超过允许值时并网，并合上励磁开关准同期：先加励磁，当发电机频率、电压相角、幅值分别和并列点系统侧对应值接近相同时，将发电机断路器合闸2026/8/304本次课内容准同期并列的基本原理基于脉动电压的同期条件检测准同期并列装置基本构成合闸控制：恒定越前时间控制恒定越前时间装置实现线性整步电压频差控制压差控制合闸信号逻辑2026/8/3051准同期并列基本原理：准同期并列主要对电压差和滑差角频率进行检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸瞬间的脉动电压值在允许值以内。并列过程：检测脉动电压并提取信息：幅值差、频率差基于频率差进行滑差控制基于幅值差进行压差控制2026/8/306电网电压和机组端电压实时差值包含准同期并列所需检测的所有信息：电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律（如何检测？）1.1基本原理——脉动电压2026/8/3071.1基本原理——脉动电压相量图2026/8/308（1）UG、Ux电压幅值相等时当两侧电压幅值相等而频率不等时，脉动电压瞬时值为：设初始角，则令为脉动电压的幅值，则1.1基本原理——脉动电压特征波形可以看成是幅值为、频率接近于工频的交流电压波形—两电压相量间的相角使用慢变信号对近似工频信号的幅度调制1.1基本原理——脉动电压特征—滑差角频率1.1基本原理——脉动电压特征Us为周期为Ts的正弦电压，幅值为2UG相角差从零增加至π时，Us由零增加至最大值相角差从π增加至2π时，Us由最大值减小到零1.1基本原理——脉动电压特征Us为周期为Ts的正弦电压相角差从零增加至π时，Us由零增加至最大值相角差从π增加至2π时，Us由最大值减小到零（2）UG、Ux电压幅值不相等时仍有当ωst=0时，为两电压幅值差。当时，为两电压幅值和。2026/8/30121.1基本原理——同期信息检测（1）电压幅值差通过对的测量，就可判断和间的电压幅值差是否超出允许值。（2）频率差

和间的频率差就是脉动电压的频率，与滑差角频率的关系如下式所示：可见反映了频率差的大小。要求小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期大于某一个给定值。ωs=2πfs2026/8/30132准同期并列装置——自动准同期并列装置自动准同期并列装置组成图2026/8/30142准同期并列装置——自动准同期并列装置构成频率差控制单元检测发电机与电网电压间的滑差角频率，调节发电机转速，使发电机的频率接近系统频率电压差控制单元检测发电机与电网电压间的电压幅值差频率，调节发电机机端电压，使发电机机端电压幅值接近电网电压幅值合闸信号控制单元检查并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，选择适当的时间（相角差为零时之前的某个时刻，即“恒定越前时间”）发出合闸脉冲电源单元为同期装置提供工作电源2026/8/3015准同期并列合闸信号控制逻辑结构图o2准同期并列装置——合闸信号生成2026/8/3016

没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元。同步发电机的准同期并列装置按自动化程度分为：（2）半自动准同期并列装置（3）自动准同期并列装置

设置了频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元。（1）手动并列：只有一个同步指示器2准同期并列装置——分类2026/8/3017半自动准同期并列装置组成2准同期并列装置——分类2026/8/3018自动准同期并列装置组成图2准同期并列装置——分类2026/8/30192准同期并列装置——恒定越前时间控制合闸相角差控制若合闸时间已知，那么提前与合闸时间相等时间发出合闸命令，可实现合闸相角差为零，进而无有功冲击电流越前时间断路器操作机构和合闸回路的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即取一提前量。这一段时间一般称为“越前时间”恒定越前时间越前时间只需按断路器的合闸时间进行整定，整定值应和滑差及压差无关，故称为“恒定越前时间”2026/8/30202准同期并列装置——恒定越前时间控制进一步解析越前—相对于发电机电压与系统电压之间相角差提前越前时间—相对于提前的时间恒定越前时间－相对于提前的时间，此时间一经整定则不随压差和频差变化。恒定越前时间整定：tc：自动准同期装置动作时间tQF：并列断路器的合闸时间2026/8/30212准同期并列装置——恒定越前时间控制越前角相对合闸角为零提前的角度称为越前相角越前相角由越前时间和滑差共同决定合闸命令发出时的越前相角为：2026/8/3022实际合闸时间存在偏差，使用恒定的越前时间，会导致合闸角存在不为零，而是与时间偏差及频差成正比。根据时间偏差以及发电机允许的角度偏差可以计算允许的频差——自动并列装置动作时间误差；——断路器动作时间误差。2准同期并列装置——频差允许计算2026/8/3023

决定于发电机的最大冲击电流值

:将取得的值代入角度差计算式，即可求得允许滑差。e".max"2.552sin2XhqUiXd=允许的角度偏差与其允许的冲击电流对应2准同期并列装置——频差允许计算2026/8/30242准同期并列装置——频差允许计算2026/8/30253恒定越前时间控制实现——线性整步电压脉动电压不能直接用于合闸控制。脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电压幅值差、频率差和合闸相角差脉动电压幅值与发电机电压和系统电压有关，利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准恒定越前时间控制关键：找到相角差信息反映变量线性整步电压：幅值与相角差之间是分段线性关系；2026/8/3026（1）整步电压含有频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；由于线性整步电压的最大值一定，所以其斜率与频差成正比。（2）整步电压含有相位差信息整步电压与随时间变化的任一时刻相位差有对应关系。3恒定越前时间控制实现——线性整步电压2026/8/3027线性整步电压生成整形电路：是正弦波转换成与之频率和相位相同的一系列方波相敏电路：是在两个输入信号的电平异或取反滤波回路：是由低通滤波器和射极跟随器组成。为了获得线性整步电压与相角差的线性关系3恒定越前时间控制实现——线性整步电压2026/8/3028基于线性整步电压的恒定越前信号生成恒定越前时间通过对整步电压进行比例－微分运算及电平比较电路来实现。电平检测器3恒定越前时间控制实现——恒定越前时间2026/8/3029保证恒定越前时间的原理-了解3恒定越前时间控制实现——恒定越前时间2026/8/3030保证恒定越前时间的原理-了解3恒定越前时间控制实现——恒定越前时间2026/8/3031结论：电平检测器翻转瞬间的越前时间tYJ值与滑差ws无关，而是仅与R1及C有关的常量右端的负号表示与所取时间标尺的方向相反，即为“越前”时间开关的合闸时间不同时，可以通过调整R1与C实现整定保证恒定越前时间的原理-了解3恒定越前时间控制实现——恒定越前时间2026/8/3032检测比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检测器的动作次序来实现滑差检查前者动作时间固定，后者动作相角固定3恒定越前时间控制实现——频差控制2026/8/3033检测当时当时当时即：通过比较两者动作先后顺序即可判断实际频差偏大还是偏小，即恒定越前相角电平检测器先于恒定越前时间电平检测器动作时，频差满足要求；反之，频差过大3恒定越前时间控制实现——频差控制2026/8/3034调整仅在相角差位于0~π区间内进行调整方向：如果待并发电机的频率低于电网频率，则要求发电机升速，发升速脉冲。反之，应发减速脉冲。速度：当频率差值较大时，发出的调节量相应大些。当频率差值较小时，发出的调节量也就小些，以配合并列操作的工作。3恒定越前时间控制实现——频差控制2026/8/3035滑差控制实际过程区间鉴相：只在δe=50°时发一个宽度恒定的脉冲使与门Y5、Y6开放一段时间。其余时间Y5、Y56被闭锁，不发调速脉冲越前鉴相：当fG<fX时，系统方波由高平变为低电平时，发电机仍为高电平增速脉冲输出一系列正脉冲反之，减速脉冲回路输出一系列正脉冲3恒定越前时间控制实现——频差控制2026/8/3036滑差控制实际过程

比例调节：在每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速脉冲，均频脉冲时间的占用率与频差成正比，称为比例脉冲调节制。频差大时，使均频脉冲的次数较为频繁，进入汽轮机的动力元素在单位时间内的改变量较大，以迅速弥补频率的差别；频差小时，使均频脉冲的次数较少，进入汽轮机的动力元素在单位时间内的改变也较少，从而避免过调；比例调节脉冲可以使均频过程迅速而平稳地进行。3恒定越前时间控制实现——频差控制2026/8/3037检测不可使用线性整步电压可直接用UG和Ux的幅值进行比较，两电压分别经变压器、整流桥和一个电压平衡电路后检测电压差的绝对值控制自动调节待并发电机