第二章同步發(fā)電機的自動并列PPT課件

1、第二章第二章 同步發(fā)電機的自動并列同步發(fā)電機的自動并列三峽大學 電氣信息學院電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理主要內(nèi)容主要內(nèi)容同步發(fā)電機自動并列的條件和原則同步發(fā)電機自動并列的條件和原則1.準同期自動并列的分析準同期自動并列的分析2.準同期自動并列裝置的實現(xiàn)原理準同期自動并列裝置的實現(xiàn)原理3.頻差調(diào)節(jié)的方法頻差調(diào)節(jié)的方法4.電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理v 同步發(fā)電機自動并列的條件和應遵守的原則同步發(fā)電機自動并列的條件和應遵守的原則 理想并列條件 并列的現(xiàn)實情況分析 原則1. 發(fā)電機合閘時，沖擊電流應盡可能?。ㄐ∮谠试S值）2. 發(fā)電機合閘后，應盡快拉入同步第一節(jié)、概第一節(jié)、概

2、述述xGUUxGxGff電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理SEGEUQFXXXU概概 述述發(fā)電機的并列方法1.準同期并列：嚴格按照發(fā)電機理想并列條件進行并列。2.自同期并列：發(fā)電機事先未經(jīng)勵磁。將轉子提到接近同步轉速。此法適用于小型機。優(yōu)點：快速、方便；控制簡單。缺點：沖擊電流大；引起系統(tǒng)電壓突降；應用受限。XdXhXXUI 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理發(fā)電機G電壓系統(tǒng)電壓兩者的電壓差稱為滑差電壓概概 述述v發(fā)電機準同期并列條件的分析發(fā)電機準同期并列條件的分析XUABGUQF0SUGUXUGXeQFSUXUGUXXGXGEXE)sin(1tUUGmGG)sin(2tUUXmX

3、X)sin()sin(21tUtUUUUXmXGmGXGS電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 電壓幅值差電壓幅值差 設 ，頻率與相角相等。 此時沖擊電流 ，主要為無功分量。 最大值 相角差相角差 設 ，頻率與電壓相等。 此時沖擊電流 ， 較小時，主要為有功分量。 概概 述述mXmGUUxdmXmGhXXUUI hhmIi 28 . 100XG2sin2exqqhXXEI e電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 頻率差頻率差脈動電壓的表現(xiàn)形式脈動電壓的表現(xiàn)形式 設 ，電壓的幅值相等。 概概 述述XG2sincos22GxGxsmGuUtt脈動電壓幅值SUcos2GxssuUt滑差頻率脈

4、動周期SXGSf2SSSfT21電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理概概 述述 相量圖 波形圖 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第二節(jié)、準同期并列的基本原理第二節(jié)、準同期并列的基本原理v并列斷路器主觸頭閉合瞬間所出現(xiàn)的沖擊電流以及進入同步運行的暫態(tài)過程，決定于合閘時的脈動電壓US和滑差角頻率s。故準同期并列主要是對脈動電壓和滑差角頻率進行檢測和控制，并選擇合適的時間發(fā)出合閘信號。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第二節(jié)、準同期并列的基本原理第二節(jié)、準同期并列的基本原理v 一、脈動電壓分析一、脈動電壓分析0SU1ST2STt1S2SXGUUXGUU電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自

5、動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理脈動電壓中包括信息如下：1）電壓幅值差。最佳為 的值最小，二電壓重合時判別。2）頻率差，顯示出相角差隨時間變化的規(guī)律。 要求 小于某一允許的值，相當于要求脈動電壓周期 大于某一給定的值。 最佳是在 與 重合時合閘，即相角差為零時（相量重合）幅值差最小，考慮動作時間，要提前。 3）根據(jù)相角差的變化規(guī)律，可求得合閘指令最佳發(fā)出時機。 可采用兩種方式mXmGUUSSTGUXU恒定越前相角準同期恒定越前時間準同期電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理v 二、準同期并列裝置二、準同期并列裝置1、并列裝置的構成見圖

6、2-8.2、自動化程度一般分為頻率差控制單元頻率差控制單元電壓差控制單元電壓差控制單元合閘信號控制單元合閘信號控制單元半自動全自動電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理三、準同期并列合閘信號的控制邏輯三、準同期并列合閘信號的控制邏輯 1、恒定越前相角準同期、恒定越前相角準同期 提前量信號取某一恒定相角 。 斷路器的合閘時間為 。同期裝置動作時間為 。YJQFtCtCQFttttsyYJ0常數(shù)最佳滑差角頻率0SUtt1s02systtAU321sss3s0sys0sys0sys過零后合閘過零時合閘過零前合閘電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并

7、列的基本原理準同期并列的基本原理 2、恒定越前時間準同期、恒定越前時間準同期 提前量信號取恒定時間常數(shù)CQFttt0SUt1s02syst321sss3stt 理論上可以完全無沖擊，但是動作時間存在誤差，設 為允許合閘相角。CQFttttSey所以，還是要限制Sey電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理v 四、裝置的整定四、裝置的整定已知：兩個區(qū)域電網(wǎng)的等值機系統(tǒng)如圖所示，其電壓幅值相等，頻率分別為：f1500.1cost Hz，f2=50+0.1sin2t Hz，現(xiàn)準備進行恒定越前時間準同期互聯(lián)操作，設遠程通訊和繼電器動作時間之和為0.14秒，求調(diào)度

8、中心發(fā)出合閘信號的時刻。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理v提示：合閘相角差表達式為：20100212sin2 . 0cos2 . 0)(22esettfff先不考慮提前量，則有：01 . 02cos1 . 0sin2 . 02sin2 . 0cos2 . 00ttdtttee251sin01sinsin1sin21sin212cossin222ttttttt考慮時間提前量0.14秒，則調(diào)度中心發(fā)出合閘信號的時刻可為：3.6678秒，5.4769秒，等等。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理v例見書中2-1.電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝

9、置原理邏輯關系滿足即可以合閘。必須在 之前判定完畢。第三節(jié)、自動并列裝置的工作原理第三節(jié)、自動并列裝置的工作原理v 一、裝置的控制邏輯一、裝置的控制邏輯YJt越前時間信號電壓差不允許滑差不允許與門或非門合閘信號電壓差、頻率差判別區(qū)SUtYJtst電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理正弦整步電壓法正弦整步電壓法采用 與 直接做差，得到正弦性的包絡線來判別。誤差較大。自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理v 二、并列的檢測信號二、并列的檢測信號GU兩種方法應用于模擬式并列裝置中，實現(xiàn)檢測。線性整步電壓法線性整步電壓法XU采用三角波（線性）的整步電壓。不考慮電壓差，只考慮相角差。精度較好。

10、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理（一）整步電壓（一）整步電壓1、正弦整步電壓法、正弦整步電壓法 由圖可知USZ不僅是相角差的函數(shù)，而且還與電壓差值有關。這就使得利用USZ檢測并列條件的越前時間信號和頻差檢測信號受電壓影響，尤其是造成越前時間信號的時間誤差，成為合閘誤差的主要原因之一。因此，此方法被線性整步電壓的方法所代替。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理2、線性整步電壓法、線性整步電壓法 線性整步電壓只反映UG和UX間的相角差特性，而與它們的電壓幅值無關，從而使越前時間信號和頻率差的檢測不受

11、電壓幅值的影響，提高了并列裝置的控制性能，因而被模擬式自動并列裝置廣泛使用。1）半波線性整步電壓 其電路圖見圖2-14.其邏輯表達式為：12()aXGUUU 即只有兩個三極管基極輸入電壓同時為負的瞬間，a點才為高電位。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理v 當把uX1與uG2頻率不同的兩個電壓分別引至VT1和VT2的基極時，a點電位是一系列幅值一定而寬度與相角差有關的矩形波。如圖2-15所示。v 在相角差等于時，矩形最寬；在相角差等于0或2時，矩形寬為0.所以，當相角差從0 變動時，矩形波寬度漸增；當相角差從 2變動時，矩形波寬度漸減。這一系列矩

12、形波寬度的變化反映了發(fā)電機端電壓與系統(tǒng)電壓間相角差的變化。v 把這一系列寬度不等的矩形波由圖2-14中R7和C1組成的積分電路進行積分，該積分電路是濾去高次諧波的低通濾波器，其輸出端為鋸齒波形的三角波電壓ua。見圖2-16（b）。進一步由雙T型濾波器濾波后，得到三角波形特性。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理v 半波線性整步電壓討論：v 只反映了發(fā)電機端電壓與系統(tǒng)線電壓間的相角差特性，而與它們的幅值無關，從而使越前時間信號和頻率差的檢測不受電壓幅值的影響，提高了并列裝置的性能；而電壓差的檢測另設專門電路完成。v 半波線性整步電壓采用濾波器把高次

13、諧波濾掉，在完全理想的情況下才獲得較為平滑特性，故濾波器的時間常數(shù)將會影響其相移，且滑差角頻率的變化對其也有一定的影響，從而使控制合閘時間引入誤差。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理v 2）全波線性整步電壓v 其電路與邏輯見圖2-17.其由整形電路、相敏電路、濾波電路和射極跟隨器輸出組成。v 其全波線性整步電壓如右圖。v 其比半波多了一倍矩形脈沖，因而可適當減小濾波器時間常數(shù)，使它們的性能有所改善，一般采用全波方案。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理自動并列裝置的工作原理自動并列裝置的工作原理v （二）相角差（二）相角差 原理：矩形波的寬

14、度（變化）與 相對應。在數(shù)字式準同期裝置中采用。 分析：假設系統(tǒng)頻率為額定值50Hz，待并發(fā)電機頻率低于50Hz。)(te)(te1,2iixii計算公式：三角形上升邊三角形下降邊1,iixii電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理v上式中x和i的值，CPU可從定時計數(shù)器讀入求得。如采用線性整步電壓全波電路，則每一個工頻（約20ms）可作兩次計算，CPU可記錄相角差的軌跡如下：恒定等速變化電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理v三、并列合閘控制三、并列合閘控制（一）恒定越前時間221DCsiDCsiYJtttX

15、iiisit21 微機型數(shù)字式自動并列裝置利用相角差軌跡，采用較嚴密的數(shù)學模型，計算求得的恒定越前時間，具有相當?shù)臏蚀_性。首先按下式求得恒定越前時間所對應的最佳導前合閘相角YJ，還可方便計及e含有加速度情況：si計算點的滑差角速度i和i-1分別為本計算點和上一計算點的角度值2 x兩計算點間時間tDC中央處理單元發(fā)出合閘信號到斷路器主觸頭閉合時需經(jīng)時間電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理為計算允許誤差，否則有可能錯過合閘時刻。YJi2Xsisisit21tDC=tQF+tctQF為斷路器的合閘時間tc為出口繼電器動作時間由于兩相鄰計算點間的s變化甚微，

16、 si一般可經(jīng)若干計算點后才計算一次，所以：據(jù)以上分析，發(fā)出合閘信號的條件：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理（二）頻差檢測1）頻率差檢測是在恒定越前時間之前完成的檢測任務，用來判別是否符合并列條件。 si的值可以每一工頻周期計算一次。由si在已知時段（t）間的變化還可求得 ，其說明待并機組的轉速尚未穩(wěn)定，還在升速或減速之中，如其值過大，并往后進入同步運行的暫態(tài)過程較長甚至失步，因此宜作為并列條件之一加以限制。2）頻率差檢測也可以用直接測量兩并列電壓頻率的方法，求得頻率差值以及頻率高、低的信息。數(shù)字電路測量頻率的基本方法是測量交流信號的周期T。其典

17、型線路如圖2-24.如可編程定時/計數(shù)器的計時脈沖頻率為 ，則交流電壓的周期T： T=N/fc 于是求得交流電壓的頻率為NffCtsi/電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理（三）電壓差檢測a、直接讀入法：采用交流采樣 A/D CPU b、直接比較法：例圖2-25（b）電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理準同步并列裝置的構成準同步并列裝置的構成電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理ZXGfffZXGfffXGff第四節(jié)、頻率差與電壓差的調(diào)整第四節(jié)、頻率差與電壓差的調(diào)整v 一、頻率差調(diào)整一、頻率差調(diào)整 頻率差調(diào)整的任務是將待并發(fā)電機的頻率調(diào)整到接近

18、于電網(wǎng)頻率，使頻率差趨向并列條件允許范圍。 1.頻率差檢測 設設fz為允許頻率差為允許頻率差不發(fā)調(diào)速脈沖，進行越前時間合閘控制計算。發(fā)調(diào)速脈沖，不進行越前時間合閘控制計算。XGff輸出減速脈沖信號輸出加速脈沖信號電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第四節(jié)、頻率差與電壓差控制第四節(jié)、頻率差與電壓差控制2、調(diào)節(jié)量控制 發(fā)電機的轉速按照比例調(diào)節(jié)準則，要求輸出的調(diào)節(jié)脈沖時間與頻率差值成正比。 頻率差調(diào)整輸出的過程通道為執(zhí)行繼電器，繼電器動作控制調(diào)速電動機工作。v二、電壓差調(diào)整二、電壓差調(diào)整 其任務是在并列操作中自動調(diào)節(jié)待并發(fā)電機的電 壓值，使電壓差調(diào)件符合并列的要求。其實施原理與頻率差調(diào)整相似，可直接測量uG、ux的幅值，電壓差絕對值允許則不進入電壓調(diào)整程序。否則，進入電壓調(diào)整程序。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第五節(jié)、微機型并列裝置的組成第五節(jié)、微機型并列裝置的組成v 概述概述v 硬件電路硬件電路v 軟件軟件 主機 輸入/輸出 過程通道 人機電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝