电力系统自动化 第三版(王葵、孙莹编)第一章发电机的自动并列.ppt

1、第1章：发电机自动并联，概述，1。电力系统是一个物理系统，它遵循各种基本的物理规律。功率平衡Pgen=Ploss Pload V=I*R电磁相互转换交流系统，2。了解电力系统。正常运行时，为保持电力系统的频率和电压在允许范围内，发电机应根据负荷波动情况在必要时投入运行或切除；维护后，将机组重新投入运行；发生故障时，为了保护发电机或保持主系统的稳定，有必要切断发电机，并在适当的时候重新投入运行；有时需要快速启动备用发电机。鉴于上述情况，有必要在必要时将发电机重新接入电网。可以看出，并联运行在电力系统运行中更加频繁。3、为什么需要并列，电量指示电力系统正在运行。理想情况下，任何母线电压的瞬时值可表

2、示为：发电机同步运行，同步运行的基本原理，电压幅值的角频率和初始相角，4。经过必要的调整后，在满足并联运行的条件下，待投入系统的空闲发电机通过开关操作与系统并联。这个操作过程称为并行操作。5、并列概念，并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许值；并联后，发电机应能快速进入同步运行。并列不当的后果：产生大的冲击电流，损坏发电机，引起系统电压波动，甚至导致系统振荡，破坏系统的稳定运行。自动并联控制可以减轻操作人员的劳动强度，提高系统运行的可靠性和稳定性。并联基本要求在发电厂中，所有能够并联运行的断路器都称为发电厂的同步点。发电机出口断路器一般都是同步点，发变组采用高压侧断路器作为同步点，双绕组

3、变压器采用低压侧断路器作为同步点。母联断路器和旁路断路器都应设置为同步点。同步点的设置应考虑系统、电厂和变电站在各种运行模式下运行的灵活性和方便性，并考虑并联运行时调整的可行性。同步点，7，同步点示意图，8，先对要并联的发电机进行准同步并联励磁，从而建立发电机电压，调整发电机电压和频率。当同步条件关闭时，关闭并联断路器，并将发电机连接至电网。如果整个过程都是人工完成的，则称之为人工准同步并列；如果它是自动的，它被称为自动准同步并列。准同步并列的优点是并列时产生的冲击电流小，不会降低系统电压，并列后容易拉至同步，因此在系统中得到广泛应用。并联运行分类，9，准同步并联运行示意图，10，由于同步并联

4、发电机不先励磁，当其转速接近同步转速时，将投入电力系统，并联断路器闭合后转子将立即励磁，系统将发电机拉至同步。自同步的优点是并行速度快，但这种并行方法产生的冲击电流大；同时，发电机会吸收系统的无功功率，导致系统电压短期下降，因此目前很少使用。下面的讨论集中在准同步并列。Cont，11，由于同期并联原理图，12，当并联断路器的主触头闭合时，脉动电压为零：(1)发电机电压幅值等于系统电压幅值；(2)发电机频率等于系统频率；(3)发电机电压和系统电压之间的相角差为零。该，16，准同步并联分析计算，图1-1(a)电路图，图1-1 (c)等效电路图，17，戴维宁等效变换，18，发电机侧电压相关参数：发电

5、机电压相量；发电机电压角频率；发电机电压初始相角；电网电压相量；电网电压角频率；电网电压的初始相角；发电机电压幅度；电网电压幅值；电网侧电压相关参数：相量差，又称脉动电压、幅值差、频率差、相角差，19，(1)电压幅值差，发电机电压，电网电压有效值，发电机并列时的电压相量如图1-2(a)所示，即发电机并列时，发电机频率等于电网频率；相角差等于零；电压幅度不相等。冲击电流的最大瞬时值为：其中，(3-3)为发电机的直轴二次暂态电抗，冲击电流主要为无功电流分量。冲击电流的电动势对发电机绕组有影响。由于定子绕组端部的机械强度最弱，应特别注意其危害。由于并联运行是正常运行，建议将冲击电流的最大瞬时值限制在

6、额定电流的12倍以下。为了保证机组的安全，我国曾规定压差冲击的并联电流不应超过机组末端短路电流的1/20至1/10。准同步的一个实际条件是电压差不能超过额定电压的510。20，一些解释，(2)合闸相角差，21，当设置并联合闸时，断路器两侧的电压相量满足以下条件：22，当发电机空载时，电动势为端电压，等于电网电压，冲击电流的最大瞬时值为：(3-5)，其中为系统电压的有效值；交流发电机的亚瞬态电抗。当相角差小时，冲击电流主要是有功电流分量；合闸后，发电机与电网之间立即交换有功功率，使机组的耦合突然受到冲击，不利于机组与电网的运行；为了保证机组的安全运行，有功冲击电流一般限制在一个较小的值。一些解释

7、：23，(3)频率不相等，24，它们之间的电角频率之差称为转差角频率，这称为转差，这表示为：频率之差称为频率差，这表示为：转差周期定义为：转差，转差频率和转差周期简单概括，25，(1)转差频率就是频率。(2)滑差能反映频率差，是2的倍数；(3)滑移周期是滑移频率的倒数；因此，转差周期可以反映频率差，即如果转差周期大，频率差就会小，如果转差周期小，频率差就会大。26，(1)滑差或滑差周期可以指示要并联的发电机和系统之间的频率差。(2)在滑差情况下，当机组并网时，需要一段时间的加速，使机组和系统频率“同步”。加速或减速扭矩会影响装置。显然，滑移越大，捆绑时的影响就越大，因此应严格限制允许的滑移。(

8、3)我国发电厂进行正常的手动并联运行时，滑差周期一般在1016秒之间。(1)当发电机电压高于电网电压且发电机发出有功功率时，发电机将制动减速；(2)当发电机电压低于电网电压且发电机吸收有功功率时，发电机将加速；(3)因此，功率交换的方向与正负相角差有关，发电机与电网之间的功率交换对机组运动趋势的影响，27，28，并联同步过程分析，包括发电机电势和系统母线电压相角差，第1章发电机自动并联，准同步并联，29，第1章发电机自动并联，准同步并联，30，31，回顾，续，32频差影响同步的动态过程两个电压相量之间的相角是(1-7)，所以(1-8)，(36，37)，两个电压幅度不相等，而(1-9)，当它相等

9、时，是两个电压幅度之差；时，是两个电压幅度之和。两个电压幅度不相等时的电压波形如图1-7所示。当两侧电压幅值不相等时，脉动电压的瞬时值为：38，幅值差，频率差，相角差控制，39，并联状态检测，40。假设转差角频率的允许值为0.2，即(rad/s)，对应的脉动电压周期为3360，因此只有当脉动周期大于10s时，才能满足小于0.2的要求。也就是说，测量值可以检测待并联发电机组与电网之间的转差角频率的大小，即频率差的大小。例如：41，2。自动准同步装置、图1-8。频差控制单元检测频差方向，完成发电机频率到系统频率的调整。电压控制单元检测压差的方向，并完成发电机电压到系统电压的调节。关闭信号控制单元执

10、行频率差检查和压差检查，以形成超前时间脉冲。当并联机组的频率和电压满足并联条件时，通过合闸逻辑发出合闸脉冲。电源单元为设备提供工作电源。42，自动准同步装置构成一个单元，自动准同步并联装置具有频率控制单元、电压控制单元和闭合信号控制单元。半自动准同步并联装置没有频差调节和电压调节功能，只有开关信号控制单元。43，同步发电机准同步并联装置的分类，44，半自动准同步并联装置的原理图，45，3，准同步并联合闸的信号控制，46，自动准同步装置的提前时间，动作时间；并联断路器合闸时间；47、对前方不变时间的理解，意思是，前方时间相对于前方时间。(2)为什么在跳闸前需要一个恒定的时间，并且设备在同一时间段

11、内有动作时间，即从程序发出命令到继电器动作完成的时间；断路器具有闭合时间，即从断路器接收到闭合命令的时间到主系统接通的时间(理想情况下对应的时间)。因此，应该提前发出关闭命令，即关闭前的时间。考虑到两者的时间是确定的，穿越前的时间也应该是恒定的，即穿越前的时间是恒定的。提前时间相对于提前时间是恒定的，一旦被调整，它不会随着压差和频率差而改变。发电机电压和系统电压之间的相角差提前。(3)恒定提前时间、允许滑动角频率48和发出关闭命令时提前相位角的决定性因素。超前相角与滑差的关系，49、最大允许滑差可由下式获得，(1-11)，自动并联装置和断路器的动作时间有一个小的波动范围，而实际动作时间与额定动

12、作时间之差称为动作时间误差。自动并联装置动作时间误差；断路器动作时间错误。50，这取决于发电机：的最大冲击电流值。将获得的值代入公式(1-11)以获得允许滑移。(1-12)、(1-5)，发电机通过自动准同步并列与系统并列，系统参数已降至发电机额定容量的标准值。一次系统参数如下：发电机二次暂态电抗x”q为0.125；断路器的合闸时间为10.5秒，其最大可能误差时间为20秒；自动并联装置的最大误差时间为0.05秒；并联发电机的允许冲击电流值为：尝试计算允许的闭合误差角、允许的转差角频率和相应的脉动电压周期。，51，问题，允许合闸相角差(直接应用公式1-12) 3.78，52，答案，滑差角频率断路器

13、允许合闸动作误差时间，自动并列装置误差时间，因此，如果滑差角频率用标准值表示，那么，53，脉动电压周期Ts，54，第一章发电机自动并列，以及定超前时间并列装置，55，2。频差控制单元；3。压差控制单元；整步电压、接通脉冲产生、频差检查、差压检查、频差方向判别、差压方向判别、频差控制脉冲、差压控制脉冲，1。接通控制单元57主要完成同步条件的检查，并在适当的时间发出接通脉冲。脉动电压包含同步闭合所需的所有信息，但不容易直接用于同步信号测量。整步电压，58，具有同步条件信息的电压。整步电压与同步条件有一定的关系，可用于检查发电机并联时是否满足同步条件。线性全步电压：全步电压的幅值与相角差之间的关系是

14、分段线性的；正弦阶跃电压，线性阶跃电压，59，表达式，60，阶跃电压的产生，它包含频率差信息。整个阶跃电压的周期为转差周期，可用于检测频率差；因为线性阶跃电压的最大值是恒定的，所以它的斜率与频率差成正比。整个阶跃电压包含相位差信息。在随时间变化的任何时刻，整个阶跃电压和相位差之间都存在对应关系。61特征，恒定超前时间产生电路由比例微分和电平检测电路组成。62，闭合脉冲的产生(恒定超前时间的获取)，图1-13，恒定超前时间的一部分，63，图1-14，利用叠加原理的UR2示意图，64，65，有两种方法利用线性全阶跃电压来检查滑差。(1)通过比较恒定时间电平检测器和恒定相角电平检测器的动作顺序实现滑

15、差检测。恒定过前端相角：对应于继电器工作时刻的相角差是一个固定值。66，滑动检测，67，68。如果该数字是根据允许打滑下的恒定超车时间对应的角度差设定的，则有如下关系：何时、何时、何时，即：(1-16)、69。只有当恒定超车相角水平检测器在恒定超车时间水平检测器之前动作时，才会在这里解释打滑。(2)通过比较线性同步电压和另一个电压的导数来实现。原理：由于线性整步电压导数的波形是矩形波，其幅值与成正比，因此可以与设定电压进行比较，以确定其幅值。70、71，因为线性阶跃电压不携带平行点两侧的电压幅值信息，所以它不能用作电压差的检测。电压差检测可以直接与单位电压和系统电压的幅值进行比较。72，电压差检测，73，合闸信号控制逻辑，74，2，频差控制单元，频差控制单元的任务：调整待并联发电机的频率，使其接近电网频率，使频差趋于并联条件的允许范围，以利于并联的实现。频差方向检测，频差调整执行，机组领先，转差为正，则减速；单位电压矩形波的下降沿最先出现；单位是向后的，滑移是负的，然后加速。系统电压矩形波的下降沿最先到来；发送减速脉