微机电力自动装置原理课件 第2章 同发机的自并列

1、2.1 概述 2.2 准同期并列的基本原理 2.3自动并列装置的工作原理 2.4频率差与电压差的调整 2.5微机型(数字型)并列装置的组成,第2章 同步发电机的自动并列,2.1 概述,2.1.1并列操作的意义 1、什么并列操作？ 一台发电机组在投入电网运行之前，必须的发电机输出的电压UG、频率fG、初相角G等参数进行适当的调整， 使其与母线电压Ux 频率 fx、初相角x等参数基本一致。这一系列操作过程称为并列操作。,2、同步发电机组并列时 应该遵守的原则 （1）并列断路器合闸时，冲击电流(1-2) 倍额定电流 (2)发电机组并入电网后应能迅速进入同步状态.过程要短、对电网扰动要小。 二、准同期

2、并列 1、同期并列的条件： （1）G=x,或fG=fx (频率相等) （2）UG=Ux (电压相等) （3）e=G- x =0(相位差相等) 发电机频率和电压参数：G、 fG、UG。 电网频率和电压参数：x、fx 、Ux 。 e=G- x,2、 准同步并列。 同期并列的条件中间有一项不能满足的情况称为准同步并列： 如情况 A：（1）G=x,或fG=fx (频率相等) （2）UGUx (电压不相等) （3）e=G- x =0 (相位差等于0) 情况B：（1）G=x,或fG=fx (频率相等) （2）UG=Ux (电压相等) （3）e=G- x0 (相位差不等于0) 情况C： （1）Gx,或fGf

3、x (频率不相等) （2）UG=Ux (电压相等) （3）e=G- x=0 (相位差等于0),3、准同步并列条件下冲击电流的计算,（一） UGUx (电压不相等)时，准同步并列，产生的过电流：,UG、Ux为发电机电压和电网电压有效值，Xd为发电机次瞬态电抗。 Xx是电力系统等值电抗。 I hm 为冲击电流最大瞬态值,（二） e=G-x0 (相位差不等于0)时冲击电流计算（合闸相角有差）,(三) 频率不相等时冲击电流计算 （Gx,或fGfx (频率不相等),1、 (此条件下虽然UG=Ux (电压幅价相等)，但是合闸断路器两边的瞬态电压Us差并不相等:,称为滑差角频率或滑差频率fs。他们之间有如下

4、关系：,2、滑差角频率或滑差频率fs的关系,3、频率不相等时冲击电流计算（与情况2相同）,滑差角频率或滑差频率fs越大，冲击电流越大，,4、总结：合闸冲击电流与什么有关？ （1） UG、Ux为发电机电压和电网电压差越大冲击电流越大。 （2）合闸相角差越大冲击电流越大。 （3）发电机电压和电网电压频率差越大冲击电流越大。 （4）滑差角频率或滑差频率fs越大，冲击电流越大。,5、待并列发电机组进入同步运行的过程,（1）当发电机与电网进行有功功率交换时：如果发电机的电压UG超前电网电压Ux,发电机发出 功率，则发电机制动而减速。反之，当UG低于Ux时，发电机吸收功率，发电机将加速。 （2）交换功率的

5、方向与合闸相角差e的正负有关。 （3）发电机组进入同步运行的过程：如图2-4： 当 合闸相角差为e0，图2-4中a点，发电机处于发电状态，而受到制动，其发出的功率沿功角特性曲线达到b点，此时e=0，这时发电机依然处于发电状态，而使得e逐渐减小.,合闸相角差为e变负。发电机处于电动机状态。又处于加速状态，交换功率沿特性曲线移动到图中C点。 这样来回摆动，由于阻呢因素最后进入同步状态。,三、自同步 1、自同步操作是将 一台未加励磁电流的发电机升速到接近电网频率,滑差角频率不超过允许值.且在发电机组的加速速度小于某一给定值的条件下,首先合上并列断路器QF ,接着立即合上励磁开关SE,给转子加上励磁电

6、流,在发电机电动势逐渐增长的过程中由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行. 2、特点：不要专门的合闸机构；但是冲击电流大，只实用于紧急情况下的操作。 3、引起的冲击电流Ih=Ux/(Xd+Xx),第二节 准同期并列的基本原理 序1、准同期并列等效电路图,序2、准同期并列原理 由上图。设断路器QF两边电压分别为UG和UX，并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值 、和进入同步运行的过渡过程。都与合闸的脉动电压US值滑差角频率有关。因此准同期并列主要操作原理是： （1）测量出脉动电压US值滑差角频率。 （2） 依据 测量出脉动电压US值滑差角频率和断路器QF的动作时间，计算出合适的合闸闭合时

7、刻。 （3）使并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值维持允许的范围内 。,一、脉动电压（及其特性）,一、脉动电压（及其特性） 1、脉动电压是什么电压？ 它是 ：断路器QF两边电压UG和UX之差，是进入同步运行的过渡过程中，合闸时断路器QF两边电压的脉动电压US值，与UG和UX的幅度有关，和他们的初始相位差有关。 2、脉动电压的表达式1,3、脉动电压的表达式2,4、US电压波形图,5、 图形说明了什么 在US的脉动电压波形中载有准同期并列所需要的信息=电压幅度差、频率差、以及相角差以及相角差随着时间的变化规律。 为自动并列装置提供了并列条件信息和合适的合闸信号以及信号发出的时机。 6、电

8、压幅度差、频率差、以及相角差等参数的范围和要求： （1）电压幅度差： 电压幅度差US的大小与合闸冲击电流Ih大小成正比.。所以电压幅度差US的大小受到冲击电流Ih大小的限制。应该小一点好。 （2）频率差： UG与UX的频率差就是US的频率fs, 滑差角s与其成正比，其倒数就是脉动电压的周期Ts，合闸过程中要求滑差角s和脉动电压的周期Ts限制在一定范围内。,要求：,（3） 合闸相角差e的控制 A、合闸相角差e的控制 的含义：相角差e是时间的函数，它的大小影响合闸电流的大小，如如果没有其他因素的影响，可以考虑在相角差e=0时合闸最好，可以使合闸电流=0，但是合闸断路器QF的吸合需要时间，还有其他控

9、制电路动作也需要时间，若还在相角差e=0时合闸，等合闸断路器QF吸合时，相角差e0，合闸的冲击电流会很大。达不到减小冲击电流的目的。必须对合闸相角差e进行控制。 B、如何进行控制？ 其方法有（1）恒定越前相角法，即在离e=0前yj角度处进行程控合闸。合闸完成恰好e=0；采用的控制装置称为恒定越前相角并列装置。（2）恒定越前时间法，在UG=Ux前tyj发出合闸信号。采用的控制装置称为恒定越前时间并列装置。合闸完成恰好UG=Ux。,二、准同期并列装置 1、准同期并列装置组成 如图2-8：它由（1）频率差检测控制单元 （2）电压差检测控制单元 （3）合闸信号控制单元 执行合闸单元是合闸断路器QF 2

10、、准同期并列装置按自动化程度的分类 （1）半自动准同期并列装置。该装置没有频率差检测控制单元和电压检测控制单元，只有合闸信号控制单元。并列时由人工依据经验操作 （2）自动准同期并列装置：由频率差检测控制单元； 电压检测控制单元；合闸信号控制单元等组成。由计算机进行自动检测和控制。不要人工操作。,三、准同期并列合闸信号和控制逻辑（的形成）,（一）恒定越前相角法准同期并列合闸信号参数的计算 1、合闸断路器QF的合闸时间参数为tQF, 2、如果UG和UX相等，且s很小，合闸断路器QF的合闸时间参数为tQF，其主触头闭合瞬间的相角差近似认为接近yj值。 3、最佳滑差角可以由下式计算,恒定越前相角法合参

11、数原理图2-10,合闸信号控制情况：左边提前角度太小；中间提前角度恰好；右边提前量太大。,（二）恒定越前时间法准同期并列合闸信号参数的计算 1、它是采用提前时间量 信号即在脉动电压US达到两相电压UG、Ux重合（e=0)之前tyj发出合闸信号。 2、一般取tyj等于并列装置合闸出口继电器动作时间tc和断路器的合闸时间tQF之和。 因此采用恒定越前时间的并列装置在理论上可以使合闸相位差e=0, 3、在e=0之前的恒定越前时间tyj发出合闸信号，他对应的恒定越前相角yj的值是随s变化的。其变化规律如下图。,4、,四、恒定越前时间并列装置合闸参数的整定计算,1、恒定越前时间并列装置的整定参数有： （

12、1）越前时间tyj tyj=tc+tQF tc为自动装置合闸信号回路的动作时间； tQF为并列断路器的合闸时间。 （2）允许电压差Us=0.1-0.15UN(额定电压） （3）允许滑差角频率sy,恒定越前时间并列装置的整定参数举例 例题2。1,整定参数举例例继续,第三节 自动并列装置的工作原理 序:自动并列装置的组成: 其结构有两类:1类是逻辑电路组成如图2-8所示。另1类是由微机组成如图2-26所示。 一、恒定越前时间并列装置的工作原理（逻辑电路式自动并列装置） 恒定越前时间并列装置中的合闸信号扩展单元是由它由（1）频率差检测控制单元 。（2）电压差检测控制单元。（3）合闸信号控制逻辑单元等

13、组成。 （一）装置的控制逻辑,图2-12,由图可知恒定越前时间信号能否通过与门YI，成为合渣输出信号决定于滑差角频率检测结果，和电压差检测结果。（如不符合条件就不能发出合闸信号）。即： 越前时间信号=1 电压差信号不允许=1 滑差角频率不允许=1 发出合闸信号=0 另外的问题是滑差角频率检测结果，和电压差检测的结果是如何检测出来的？,二、并列装置的检测（装置及）信号（的形成） 目的检测出UG-UX=US, G-x=？ s=？ （一）整步电压（USL） 自动并列同步装置检测并列条件的电压人们通常称为整步电压。 其检测方法（和类型）有正弦型和线性整步电压两种。线性整步电压中又分为半线性整步电压和全

14、线性整步电压等两种。 1、正弦型整步电压 （1）正弦型整步电压形成的装置 如图213a)所示：它由TVG和TVX两个电压互感器与整流合成检波单元组成。 （2）正弦型整步电压的波形如图213（b）所示。 （3）正弦型整步电压的表达式为：,整步电压中包含大量信息：s、 e、Us 都是合闸的重要信号。正弦型整步电压的波形为正弦波。所以称为正弦型整步电压。,2、线性整步电压（的检测方法） 分为半线性整步电压和全线性整步电压等两种。 （1）半线性整步电压 A、半线性整步装置原理 如图2-14所示：,B、检测输出整步电压,（2）全线性整步电压 A、全线性整步电压的形成电路 如图2-17中,B、 图2.-1

15、7中 1）整形电路由变压器TB1，TB2 ，晶体管VT1、VT2组成 。其作用就是形成方波。 2）相敏电路：由晶体管VT3，电阻R7、R8、二极管V7、V8 组成。作用是求UG-UX。晶体管VT3的输出反映了相角差的大小。 这个相敏电路的工作由逻辑电路分析，它在正负周期内可获得两次相位比较机会，矩形脉冲比单线性整步电路多了一倍，所以称为全波整形电路。 C、全波整形电路的输出量：,(二)相角差e的实时的检测,A、相角差e的实时检测装置 1.相角差e的实时检测装置 的电路，同全线性整步电压的形成电路图 2、简化图如下：,B、.相角差e的实时检测装置的输出参数,上图通过测量UX，UG的波宽差 得到并

16、列电源波形的相角差，将其实时记录下来，它就是相角差e（t）的轨迹。由e（t）的轨迹可以求当前的相角差e0；滑差角频率s;相角差加速度；最佳导前相角差yj。,三、并列合闸控制 （一）恒定越前时间(计算） 自动合闸装置中计算机利用前面检测出的e(t)曲线轨迹，可以计算出恒定越前时间tyj.,若e(t)轨迹两点之间的时间间隔为2x,中央处理单元发出合闸信号到断路器主触头闭会时所需要的时间为Tdc：,( 二)、频率差的检测 A、频率差的检测系统,三、电压差的检测 A、电压差的检测系统,B、电压差检测系统的输出参数,D点的输出电位,第四节 频率差与电压差的调整 并列合闸过程中频率差与电压差不合适时，频率

17、差与电压差是如何调整的？ 一、频率差的调整 由于发电机系统是由蒸汽机及蒸汽机调速器、励磁机、励磁控制和计算机系统等组成。一旦发电机的电压及其电压频率与电网电压及其电压频率相差很大时。可通过蒸汽机调速器、励磁机、励磁控制和计算机控制系统去调整发电机的输出电压和频率参数。 调整方法是： 1、当 控制系统就不向蒸汽机调速器、励磁机、励磁控制系统发出调速脉冲，边调整，但是可边计算超前时间合闸控制条件的比较。然后发出合闸操作命令。,频率调整方法2,2、当： 控制系统就向蒸汽机调速器、励磁机、励磁控制系统发出调速脉冲，边调整，fGfx, CPU就发出减速脉冲，反之就发出加速脉冲。 可边计算超前时间合闸控制条件的比较。然后发出合闸操作命令。 蒸汽机调速器、励磁机、励磁控制系统可以看成比例调节单元。可以按比例K