電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置(第一第二章)

1、第一章第一章 自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理 自動(dòng)裝置的首要任務(wù) 自動(dòng)裝置的基本組成 一、自動(dòng)裝置的首要任務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的主要參數(shù)是連續(xù)的模擬量，將連續(xù)的模擬信號(hào)采集并轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)后進(jìn)入計(jì)算機(jī)，即數(shù)據(jù)采集和模擬信號(hào)的數(shù)字化。二、自動(dòng)裝置的基本組成1硬件：電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（FCS）三種。各自的適用范圍：硬件結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用范圍應(yīng)用實(shí)例微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，對(duì)環(huán)境要求不高，能在惡劣環(huán)境下工作。價(jià)格低，降低系統(tǒng)投資。控制功能單一采集的電氣量不多自動(dòng)并列裝置工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)功能完善

2、，可靠性和實(shí)時(shí)性提高，配實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，過程中斷系統(tǒng)，具有豐富的I/O功能和軟件系統(tǒng)。有眾多選配件，軟件支持?？刂乒δ芤筝^高軟件開發(fā)任務(wù)繁重發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) DCS，F(xiàn)CSDCS適應(yīng)性強(qiáng)，單一站的故障不影響，可靠性提高。系統(tǒng)各站為并行結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)性好，對(duì)上位機(jī)有一定技術(shù)要求。分散的多對(duì)象的成套監(jiān)測(cè)控制裝置發(fā)電廠變電所遠(yuǎn)動(dòng)裝置熱電廠機(jī)爐集控系統(tǒng)FCS全數(shù)字開放系統(tǒng)，可互操作性和可互用性。全分布控制系統(tǒng)，其現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有高智能化和自治性，控制能力強(qiáng)。2軟件 信號(hào)采集與處理：采集的是數(shù)字信號(hào)可直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。而模擬信號(hào)須經(jīng)過模擬信號(hào)采集與處理程序經(jīng)過采集、標(biāo)度變換、濾波處理及二次數(shù)據(jù)計(jì)算，并進(jìn)

3、行保存。 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置：設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。 系統(tǒng)管理(主控制)：將各個(gè)功能模塊組織成一個(gè)程序系統(tǒng)，并管理和調(diào)用各個(gè)功能模塊，同時(shí)管理數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)和輸出。 通信：完成上位機(jī)與各個(gè)站之間的數(shù)據(jù)傳遞工作，或用來完成主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳遞。一般通信程序?yàn)镈CS或FCS所有。 軟件部分視具體的系統(tǒng)，具體的應(yīng)用有不同的劃分，規(guī)模、功能和所采用的技術(shù)也不相同。第二章第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列 概述概述 準(zhǔn)同期并列的基本原理準(zhǔn)同期并列的基本原理 自動(dòng)并列裝置的工作原理自動(dòng)并列裝置的工作原理 頻率差與電壓差的調(diào)整頻率差與電壓差的調(diào)整 微機(jī)型（數(shù)字型）并列裝置的組成微機(jī)型（數(shù)字型）

4、并列裝置的組成 第一節(jié)概述第一節(jié)概述 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 并列操作的意義 并列操作應(yīng)遵循的原則 準(zhǔn)同期并列的理想條件與實(shí)際條件 并列操作時(shí)不滿足理想條件時(shí)引起的后果滑差、滑差頻率與滑差周期的關(guān)系 自同期并列的原理及特點(diǎn)1. 母線電壓的狀態(tài)量表示 任一母線電壓瞬時(shí)值可表示為： 為運(yùn)行母線電壓（ ）的狀態(tài)量)sin(tUum、mUU一、并列操作的意義（Fig.2-1）相量圖電路示意圖等值電路圖2. 并列操作的概念和意義 概念：發(fā)電機(jī)的電壓uG在投入系統(tǒng)運(yùn)行之前，與并列母線電壓uX的狀態(tài)量不等，須適當(dāng)調(diào)整待并發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)量，使之符合并列條件后才允許斷路器QF合閘作并網(wǎng)運(yùn)行。這一系列操作稱為并列操作.

5、 意義：負(fù)荷的變化而引起發(fā)電機(jī)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)經(jīng)常改變，因此發(fā)電機(jī)組的投切是系統(tǒng)運(yùn)行中的一項(xiàng)頻繁操作（正常操作），隨著系統(tǒng)的容量和單機(jī)的容量日益增大，不恰當(dāng)?shù)牟⒘胁僮鲗?dǎo)致嚴(yán)重后果。因此提高并列操作的準(zhǔn)確度和可靠性對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行是很重要的。3. 機(jī)組并列時(shí)應(yīng)遵循的原則QF合閘時(shí)的沖擊電流應(yīng)盡可能?。核矔r(shí)最大值一般不超過額定電流的1-2倍。機(jī)組并入電網(wǎng)后，應(yīng)迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，縮短暫態(tài)過程，減小對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)。4. 并列方法： 準(zhǔn)同期并列：廣泛采用。一般在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下采用。這是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。 自同期并列：很少采用。這是過去當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)為迅速投入水輪發(fā)電機(jī)組而曾經(jīng)采取的一種方法。隨著自動(dòng)控

6、制技術(shù)的進(jìn)步，微機(jī)型數(shù)字式自動(dòng)并列方法日漸成熟，現(xiàn)在也可用準(zhǔn)同期法快速投運(yùn)水輪發(fā)電機(jī)組，因此只作簡(jiǎn)單介紹。二、準(zhǔn)同期并列1基本過程：基本過程： Fig.2-1（a），QF為并列斷 路器，其兩側(cè)電壓發(fā)電機(jī)端電壓和電網(wǎng)電 壓在合閘前一般不相等，其相量差為 ，其值由Fig.2-1（b）的電壓相 量求得。Fig.2-1 （c）是計(jì)算準(zhǔn)同期并列時(shí) 沖擊電流的等值電路圖。發(fā)電機(jī)電壓的角頻 率為 ，電網(wǎng)電壓的角頻率為 。 xGsUUUGX 電網(wǎng)參數(shù)一定 沖擊電流（合閘瞬間盡 可能?。?理想的 0 0 （同時(shí)并列后順利進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)無擾動(dòng)）sU2定義：定義：發(fā)電機(jī)在并列合閘前已加勵(lì)磁，當(dāng)uG與uX的

7、狀態(tài)量相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作。3理想條件：理想條件：斷路器兩則電源電壓的三個(gè)狀態(tài)量全部相等。完全重合并且同步旋轉(zhuǎn)。可表達(dá)為： (1) (即頻率相等即頻率相等) (2) (即電壓幅值相等即電壓幅值相等) (3) (即相角差為零即相角差為零)xGxGff或xGUU0e4.實(shí)際條件：實(shí)際條件：實(shí)際很難滿足同時(shí)上述三個(gè)條件，只要求合閘時(shí)沖擊電流較小，不危及電氣設(shè)備，合閘后對(duì)待并發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)運(yùn)行的影響較小，發(fā)電機(jī)應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行，暫態(tài)過程要短，不致引起任何不良后果?？杀磉_(dá)為：(1) 頻率差=額定頻率的(0.2%-0.5%)(2) 電壓幅值差=額定電壓的( 5%10%)(3) 相角差

8、=5-10 (沖擊電流為額定電流的沖擊電流為額定電流的0.5倍倍)5不滿足理想條件時(shí)引起的后果：不滿足理想條件時(shí)引起的后果：（1）電壓幅值差：滿足(1)和(3)，不滿足(2) 沖擊電流的有效值為 發(fā)電機(jī)電壓、電網(wǎng)電壓有效值； 發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗 電力系統(tǒng)等值電抗 沖擊電流最大瞬時(shí)值的計(jì)算式為XdXGhXXUUI XGUU 、 dXXX 28 . 1hhmIi 影響：影響：電壓幅值差引起的沖擊電流主要為電壓幅值差引起的沖擊電流主要為無功電流分量無功電流分量，引起定子繞組發(fā)熱和在定，引起定子繞組發(fā)熱和在定子端部產(chǎn)生沖擊力矩。相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的突子端部產(chǎn)生沖擊力矩。相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的突然短路，損壞電氣設(shè)備，須

9、限制在然短路，損壞電氣設(shè)備，須限制在1-2倍額倍額定電流以下為宜。定電流以下為宜。（2）合閘相角差：滿足(1)和(2)，合閘瞬間不滿足(3) 此時(shí)發(fā)電機(jī)為空載情況，電動(dòng)勢(shì)為端電壓，和電網(wǎng)電壓相等。沖擊電流的有效值為 發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗 發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)2sin2 exqqhXXEI qX qE 影響：相位不一致產(chǎn)生的沖擊電流可能達(dá)影響：相位不一致產(chǎn)生的沖擊電流可能達(dá)到額定電流的到額定電流的20-30倍。倍。 當(dāng)相角差較小時(shí)，當(dāng)相角差較小時(shí)，電壓的相位差產(chǎn)生的沖電壓的相位差產(chǎn)生的沖擊電流主要為有功電流分量擊電流主要為有功電流分量，在發(fā)電機(jī)的，在發(fā)電機(jī)的機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊力矩，非但不能把待并發(fā)

10、機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊力矩，非但不能把待并發(fā)電機(jī)拉入同步，還可能使其它并列運(yùn)行的電機(jī)拉入同步，還可能使其它并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)失去同步。發(fā)電機(jī)失去同步。 可以求出沖擊電流最大瞬時(shí)值?？梢郧蟪鰶_擊電流最大瞬時(shí)值。（3）頻率不相等：滿足(2)，不滿足(1) a.分析 如圖2-3(a)所示，斷路器兩側(cè)間電壓差為脈動(dòng)電脈動(dòng)電壓壓，可描述為： 設(shè)初始角 0，則 )sin()sin(21tUtUuxmxGmGs12)2cos()2sin(2ttUuxGxGmGs令 為脈動(dòng)電壓的幅值，則 可知， 可以看成是幅值為、頻率接近于工頻的交流波形。 又 為滑差角頻率，兩電壓相量間的相角差為 )2sin(2tUUxGmGs)2c

11、os(tUuxGsssuxGstSeb-波形圖a-相量圖脈動(dòng)電壓于是 = uS:正弦脈動(dòng)波，最大幅值為正弦脈動(dòng)波，最大幅值為2UmG(2UmX),脈動(dòng)電壓、相量圖及其瞬時(shí)值波形如圖所脈動(dòng)電壓、相量圖及其瞬時(shí)值波形如圖所示。示。 2sin2tUUSmGs2sin22sin2emxemGUUb.影響：頻率差影響發(fā)電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行的影響：頻率差影響發(fā)電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行的過程過程 如果發(fā)電機(jī)在只存在頻差的情況下合閘，那么并列合閘在一定時(shí)間內(nèi)，發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓相量的相位關(guān)系將發(fā)生改變，用以下簡(jiǎn)化相量圖分析。 UG UX UX UX UG UG US=0 US=max US=0 e=0 e=180 e=

12、360 設(shè)系統(tǒng)電壓固定，待并發(fā)電機(jī)的電壓以恒定滑差角頻率對(duì)系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)相角差從0到180變動(dòng)時(shí)US的幅值從0變到最大值2UmG。 當(dāng)相角差從180 到360 (重合)變動(dòng)時(shí), US的幅值從最大值2UmG回到0。 轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)間為脈動(dòng)周期。因此產(chǎn)生具有振蕩性質(zhì)的周期性變化的沖擊電流，影響發(fā)電機(jī)進(jìn)入同步的過程。c. 參數(shù)的關(guān)系 由于 所以脈動(dòng)周期為 用標(biāo)么值表示時(shí)，有 SSf2SSSfT21NSSf2* 關(guān)于滑差關(guān)于滑差(滑差角頻率滑差角頻率)的概念：均可用來表的概念：均可用來表示待并發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率之間或兩示待并發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率之間或兩并列電網(wǎng)頻率之間相差的程度。并列電網(wǎng)頻率之

13、間相差的程度。 滑差頻率滑差頻率fS即頻率差；即頻率差； 滑差滑差s可以反映頻率差，兩者是可以反映頻率差，兩者是2倍數(shù)關(guān)倍數(shù)關(guān)系；系； 滑差周期滑差周期Ts是滑差頻率的倒數(shù)，因此也可是滑差頻率的倒數(shù)，因此也可以反映頻率差，滑差周期小則頻率差大。以反映頻率差，滑差周期小則頻率差大。 相角差是時(shí)間的函數(shù)，所以并列時(shí)合閘相相角差是時(shí)間的函數(shù)，所以并列時(shí)合閘相角差與發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)間有關(guān)角差與發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)間有關(guān). 如果發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)間恰當(dāng)，有可能在如果發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)間恰當(dāng)，有可能在兩電壓重合的時(shí)間合閘，使沖擊電流為零。兩電壓重合的時(shí)間合閘，使沖擊電流為零。d. 頻率差過大時(shí)發(fā)電機(jī)可能并列不成功

14、：頻率差過大時(shí)發(fā)電機(jī)可能并列不成功：不恰當(dāng)，可能在 較大時(shí)合閘，可能引起較大沖擊電流 注意：如果并列時(shí)頻差較大，即使合閘時(shí)的相角差很小，滿足要求，但這時(shí)待并發(fā)電機(jī)需經(jīng)歷一個(gè)很長(zhǎng)的暫態(tài)過程才能進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)甚至失步，因而也是不允許的。（用Fig 2-4說明) 頻差較小，滑差周期長(zhǎng)，經(jīng)過從發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)來回?cái)[動(dòng)的振蕩過程，可縮短發(fā)電機(jī)并列后的暫態(tài)過程，盡快拉入同步運(yùn)行，并列成功。但如果頻差過大，滑差周期短，經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入同步，如圖2-4所示，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失步，造成并列失敗。(一般實(shí)際操作時(shí)，調(diào)一般實(shí)際操作時(shí)，調(diào)整發(fā)電機(jī)頻率略高于系統(tǒng)頻率，這樣當(dāng)拉入同步并列后立整發(fā)電機(jī)頻率略

15、高于系統(tǒng)頻率，這樣當(dāng)拉入同步并列后立即帶上部分負(fù)荷，頻率會(huì)適當(dāng)降低，接近系統(tǒng)頻率。即帶上部分負(fù)荷，頻率會(huì)適當(dāng)降低，接近系統(tǒng)頻率。)e三、自同期并列1. 定義：定義：將一臺(tái)未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)組升速到接近于電網(wǎng)頻率，滑差角頻率不超過允許值，且在機(jī)組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上并列斷路器，再合上勵(lì)磁開關(guān)，給轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)逐漸增長(zhǎng)的過程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā)電機(jī)組拉入同步運(yùn)行。2. 沖擊電流的計(jì)算沖擊電流的計(jì)算 未加勵(lì)磁時(shí)拉入電網(wǎng)，相當(dāng)于電網(wǎng)經(jīng)過很小的電抗而短路，產(chǎn)生的沖擊電流的周期分量由下式求得： 歸算到發(fā)電機(jī)端的電網(wǎng)電壓； 歸算后的電網(wǎng)等值電抗XdXhXXUI X

16、UXX 發(fā)電機(jī)母線電壓為 機(jī)組一定時(shí)，自同期并列的沖擊電流主要決定于系統(tǒng)的情況，發(fā)電機(jī)的端電壓值與沖擊電流成正比。 dXdXGXXXUU四、兩種方式的特點(diǎn)和適用性比較并列方式準(zhǔn)同期并列自同期并列 特點(diǎn)并列條件檢測(cè)及產(chǎn)生的沖擊電流須進(jìn)行條件檢測(cè)，并列時(shí)產(chǎn)生沖擊電流小，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成擾動(dòng)。未加勵(lì)磁，并列時(shí)吸收無功，造成電壓下降，同時(shí)引起較大沖擊電流。 并列時(shí)間和操作過程需對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、頻率進(jìn)行調(diào)整，并列時(shí)間長(zhǎng)，且操作復(fù)雜。不存在電壓和頻率調(diào)整問題，并列時(shí)間短，且操作簡(jiǎn)單。 適用性自同期并列過去適用于故障情況下發(fā)電機(jī)的緊急并列。隨著自動(dòng)化程度的提高，逐漸趨于淘汰。微機(jī)型準(zhǔn)同期并列同時(shí)適用于正常和故障

17、情況下的并列。 適用于發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，兩系統(tǒng)之間的并列（變電所采用的方式）。不能用于兩系統(tǒng)間的并列操作。 自動(dòng)準(zhǔn)同期：正常情況下的同期并列。手動(dòng)準(zhǔn)同期：自動(dòng)的備用方式。 本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)：脈動(dòng)電壓的概念；準(zhǔn)同期并列裝置的組成單元；兩種提前量信號(hào)的概念。 準(zhǔn)同期并列：系統(tǒng)運(yùn)行中的主要并列方式。 并列斷路器主觸頭閉合瞬間所出現(xiàn)的沖擊電流以及進(jìn)入同步運(yùn)行的暫態(tài)過程，決定于合閘時(shí)的脈動(dòng)電壓值 和滑差角頻率 。 準(zhǔn)同期并列的任務(wù)：對(duì) 和 進(jìn)行檢測(cè)和控制，并選擇一合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，使合閘瞬間 的值在允許值以內(nèi)。 檢測(cè)的信息：QF兩側(cè)的電壓，主要針對(duì) 進(jìn)行檢測(cè)并提取信息，當(dāng)提取信息表明并列條件滿足，

18、即選擇合適的時(shí)間合閘，完成并列。sUSsUSsUsU第二節(jié)準(zhǔn)同期并列的基本原理第二節(jié)準(zhǔn)同期并列的基本原理一、脈動(dòng)電壓 有兩種情況： (1) 斷路器兩側(cè)電壓幅值相等 設(shè) 的幅值相等， ，令兩電壓相量重合瞬間為起始點(diǎn)，這時(shí) 的表達(dá)式可得XGUU與XGsU)2cos(tUuxGss =2sin2tUUSmGs2sin22sin2emxemGUU0tS0SUtSmGSUU2脈動(dòng)電壓波形為正弦脈動(dòng)波形。(2) 斷路器兩側(cè)電壓幅值不相等， 的表達(dá)式如(2-15)式所示。 脈動(dòng)電壓波形如圖所示。 sU0tSmXmGSUUUtSmXmGSUUU0tStSmXmGSUUU0tStSmXmGSUUUmXmGSUU

19、U0tStS 在脈動(dòng)電壓波形中載有準(zhǔn)同期并列所需檢測(cè)的信息電壓幅值差，頻率差以及相角差隨時(shí)間的變化規(guī)律。因而并列兩側(cè)電壓為自動(dòng)并列裝置提供并列條件信息，供選擇合適的合閘信號(hào)發(fā)出時(shí)間等。 并列條件信息（1）電壓幅值差 脈動(dòng)電壓波形的最小幅值即兩電壓的幅值差。脈動(dòng)電壓波形的最小幅值即兩電壓的幅值差。 即使合閘時(shí)機(jī)掌握得好，相角差為零，并列點(diǎn)即使合閘時(shí)機(jī)掌握得好，相角差為零，并列點(diǎn)兩側(cè)有電壓幅值差存在時(shí)仍會(huì)導(dǎo)致沖擊電流，兩側(cè)有電壓幅值差存在時(shí)仍會(huì)導(dǎo)致沖擊電流，為限制并網(wǎng)合閘時(shí)的沖擊電流，設(shè)定電壓幅值為限制并網(wǎng)合閘時(shí)的沖擊電流，設(shè)定電壓幅值差限制，作為并列條件之一。差限制，作為并列條件之一。 mxmG

20、SUUUmin（2）頻率差 間的頻率差即脈動(dòng)電壓幅值間的頻率差即脈動(dòng)電壓幅值 的的頻率頻率，它與滑差角頻率 的關(guān)系如式(2-10)所示。 要求 小于某一允許值 脈動(dòng)電壓周期 大于某一給定值，實(shí)際操作中，可以通過測(cè)量 來檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)間的滑差角頻率的大小，即頻率差的大小。 XGUU與sUSSSf2SSTST 上述分析是基于 、 為恒定的前提下的，但對(duì)于要求快速并網(wǎng)的機(jī)組，這一前提未必成立，因此自動(dòng)并列裝置應(yīng)能實(shí)時(shí)檢測(cè) 和相角差加速度 等值，以利于快速并網(wǎng)的實(shí)施。GfxfSdtdS（3）合閘相角差的控制考慮到斷路器操作機(jī)構(gòu)和合閘回路控制電器的考慮到斷路器操作機(jī)構(gòu)和合閘回路控制電器的固有動(dòng)作

21、時(shí)間，必須在兩電壓相量重合之前發(fā)固有動(dòng)作時(shí)間，必須在兩電壓相量重合之前發(fā)出合閘信號(hào)，即取一提前量。出合閘信號(hào)，即取一提前量。提前量的類型：恒定越前相角：恒定越前相角：在兩相量重合之前恒定角度發(fā)出合閘信號(hào)的。恒定越前時(shí)間恒定越前時(shí)間; 在兩相量重合之前恒定時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)的。一般并列合閘回路有固定動(dòng)作時(shí)間，這一裝置得以廣泛采用。二、準(zhǔn)同期并列裝置1. 控制單元 為使待并發(fā)電機(jī)組滿足并列條件，主要由三個(gè)單元組成。（1）頻率差控制單元 任務(wù)：任務(wù)：檢測(cè)兩電壓相量間的滑差角頻率。 實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使其頻 率接近于系統(tǒng)頻率。（2）電壓差控制單元 任務(wù)任務(wù)：檢測(cè)兩電壓相量間的電壓差。

22、實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓，使其與電網(wǎng)電壓 間的電壓差值小于規(guī)定允許值，促 使并列條件的形成。（3）合閘信號(hào)控制單元 任務(wù)：任務(wù)：檢查并列條件中的(1)和(2)是否滿 足。 實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：當(dāng)待并機(jī)組的頻率和電壓滿足并列 條件時(shí)，該單元就選擇合適的時(shí)間 發(fā)出合閘信號(hào)，使并列斷路器的主 觸頭接通時(shí)，相角差接近于零或控 制在允許范圍以內(nèi)。2. 自動(dòng)化程度分類 按自動(dòng)化程度可分為：（1）半自動(dòng)并列裝置 特點(diǎn)：特點(diǎn)：無頻差和壓差控制單元，只有合閘 信號(hào)控制單元。 實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：并列時(shí)，待并發(fā)電機(jī)的頻率和電壓 由運(yùn)行人員監(jiān)視和調(diào)整，當(dāng)頻率和 電壓滿足條件時(shí)，并列裝置在合適 的時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào). 與手動(dòng)并列的區(qū)

23、別：與手動(dòng)并列的區(qū)別：合閘信號(hào)由該裝置判斷后自動(dòng)發(fā)出，不是由運(yùn)行人員手動(dòng)發(fā)出。（2）自動(dòng)并列裝置 組成部分如Fig.2-8所示。 有人值斑的發(fā)電廠：有人值斑的發(fā)電廠： 發(fā)電機(jī)的電壓由運(yùn)行人員直接操作控制，并列裝置中不需配置壓差控制單元，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。 無人值班的發(fā)電廠：無人值班的發(fā)電廠： 并列裝置需設(shè)置壓差控制單元。發(fā)電機(jī)并列時(shí)，發(fā)電機(jī)的頻率和電壓由并列裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)它與電網(wǎng)頻率、電壓的差值滿足并列條件時(shí)，自動(dòng)選擇合適時(shí)機(jī)發(fā)出合閘信號(hào)，整個(gè)過程無須運(yùn)行人員參與三、準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制邏輯 并列裝置的核心部件：合閘信號(hào)控制單元，其控制原則是當(dāng)頻率和電壓都滿足并列條件的情況下，在兩電壓相量重合

24、之前發(fā)出合閘信號(hào)。 如Fig.2-9所示，頻率和電壓條件和提前量信號(hào)是與門的三個(gè)輸入端，三個(gè)條件同時(shí)滿足就發(fā)出合閘信號(hào)。1. 定義定義 越前相角：相對(duì)于=0提前(導(dǎo)前)的相角。 恒定越前相角：相對(duì)于=0提前(導(dǎo)前)的 相角，且這一相角不隨頻差(或滑差)、壓差 變化。（一）恒定越前相角準(zhǔn)同期并列2. 原理分析原理分析在脈動(dòng)電壓到達(dá)合閘相角差為零之前的 相角差時(shí)發(fā)出合閘信號(hào)。 設(shè) =額定值 由式（2-9）得： ，如圖2-10，設(shè) 對(duì)應(yīng)的 為 ， 設(shè)斷路器合閘時(shí)間為 ，如越前相角滿 足 ，即在某一恒定滑差 下，越前相角越前時(shí)間 ，則合閘相角差為零。YJXGUU2sin2emxSUUYJSUAUQFt

25、S0syQFYJtSQFt = ：最佳滑差角頻率，對(duì)應(yīng)圖2-10中。 在圖2-10中， ，提前時(shí)間 ，斷路器完全合閘的時(shí)間點(diǎn)過了兩電壓相量的重合點(diǎn)。 ，提前時(shí)間 ，離兩電壓相量的重合點(diǎn)還差一定時(shí)間。S0sy1S0syQFtt 3S0syQFtt 3結(jié)論：結(jié)論： 近乎恒定，合閘相角差 與 有關(guān)。只有 在允許范圍內(nèi)，可保證合閘沖擊電流在允許值以內(nèi)， 可由發(fā)電機(jī)參數(shù)計(jì)算得到。 QFteSSS（二）恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列定義定義 導(dǎo)前時(shí)間：相對(duì)于=0提前(導(dǎo)前)的時(shí)間。 恒定導(dǎo)前時(shí)間：相對(duì)于=0提前(導(dǎo)前)的時(shí)間，且這一時(shí)間不隨頻差(或滑差)、壓差變化。 原理說明原理說明(1) 為什么需要恒定越前時(shí)間

26、呢？ 斷路器有合閘時(shí)間，對(duì)應(yīng)斷路器接收合閘命令到接通一次系統(tǒng)的時(shí)間。因此合閘命令即合閘脈沖應(yīng)有提前量，即越前時(shí)間。考慮到斷路器合閘時(shí)間是確定的，所以越前時(shí)間也是恒定的，與壓差和頻差無關(guān)，即恒定越前時(shí)間。(2) 怎樣考慮越前時(shí)間? 在脈動(dòng)電壓到達(dá)兩電壓相量重合（ =0）之前tYJ發(fā)出合閘信號(hào)，一般取tYJ等于并列裝置合閘出口繼電器動(dòng)作時(shí)間和斷路器的合閘時(shí)間tQF之和，因此這種方法理論上可使合閘相角差等于零。但實(shí)際上由于各種裝置的合閘時(shí)間存在著分散性，難免存在誤差。四、恒定越前時(shí)間并列裝置的整定計(jì)算 1越前時(shí)間tYJ 令 tYJ=tC+tQF tYJ主要取決于tQF，裝置中的tYJ應(yīng)便于整定，以適

27、應(yīng)不同斷路器的需要。2允許電壓差 UG 與 UX 允許電壓差一般定為(0.1-0.15)UN.3. 允許滑差角頻率按沖擊電流條件得到 設(shè)ey為發(fā)電機(jī)組的允許合閘相角，最大允許滑差為 (2-17) 式中， 、 自動(dòng)并列裝置、斷路器的動(dòng)作誤差時(shí)間QFceysyttctQFt 決定于發(fā)電機(jī)的允許最大沖擊電流值 ,可由下式求得 (rad) (2-18)ey hmi 28 . 12)(sin2qxqhmeyEXXiard第三節(jié)自動(dòng)并列裝置的工作原理第三節(jié)自動(dòng)并列裝置的工作原理主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：并列裝置的工作原理（裝置的控制邏輯，獲得并列所需檢測(cè)信號(hào)的方式獲得并列所需檢測(cè)信號(hào)的方式，并列合閘控制原理）一

28、、裝置的控制邏輯以恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列裝置進(jìn)行說明，其中的合閘信號(hào)控制單元包括：滑差角頻率檢測(cè)、電壓差檢測(cè)和越前時(shí)間信號(hào) 如Fig.2-12(a)所示為并列裝置的控制原理圖.。只有在滑差角頻率和電壓差均符合條件，在tYJ發(fā)出合閘信號(hào)，越前時(shí)間信號(hào)才能通過與門成為合閘信號(hào)輸出。 如圖2-12(b)，在一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，必須在越前時(shí)間信號(hào)到達(dá)之前完成頻率差和電壓差的檢測(cè)任務(wù)，作出是否允許并列合閘的判斷。否則進(jìn)入下一個(gè)滑差周期檢測(cè)并列，當(dāng)電壓差和頻率差都符合條件時(shí)，就在tYJ發(fā)出合閘信號(hào)，從而完成并列操作的合閘控制任務(wù)。模擬型或微機(jī)數(shù)字式的自動(dòng)并列裝置都得遵循上述基本原理所闡述的控制邏輯來制訂軟件框

29、圖。二、并列的檢測(cè)信號(hào)前述準(zhǔn)同期并列原理時(shí)，主要分析了脈動(dòng)電壓的變化規(guī)律，闡明了在脈動(dòng)電壓中載有電壓差和頻率差的信息，并在一定條件下反映相角差的變化規(guī)律，可為自動(dòng)并列裝置檢測(cè)和控制提供所需的信息。脈動(dòng)電壓可由斷路器兩側(cè)電壓互感器二次側(cè)電壓測(cè)得。(一) 整步電壓：模擬式裝置產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)的方式。定義：定義：含有同步條件信息的電壓，可以用來檢查發(fā)電機(jī)并列時(shí)是否滿足同步條件。 特點(diǎn)：整步電壓含有頻差信息、相位差信特點(diǎn)：整步電壓含有頻差信息、相位差信息和壓差信息，整步電壓的周期就是滑差息和壓差信息，整步電壓的周期就是滑差周期，可用于檢測(cè)頻差的大小。周期，可用于檢測(cè)頻差的大小。 作用：實(shí)現(xiàn)同步條件檢查和產(chǎn)

30、生合閘脈沖。作用：實(shí)現(xiàn)同步條件檢查和產(chǎn)生合閘脈沖。 分類分類(產(chǎn)生整步電壓的方法產(chǎn)生整步電壓的方法)： 1正弦型整步電壓：正弦型整步電壓： 早期準(zhǔn)同期并列裝置所采用的測(cè)量信號(hào)。早期準(zhǔn)同期并列裝置所采用的測(cè)量信號(hào)。包絡(luò)線是正弦型的，稱為正弦整步電壓。包絡(luò)線是正弦型的，稱為正弦整步電壓。 分析分析Fig.2-13，電壓互感器二次側(cè)電壓經(jīng)整，電壓互感器二次側(cè)電壓經(jīng)整流后直流側(cè)的電壓波形如流后直流側(cè)的電壓波形如Fig2-13(c),所測(cè)所測(cè)得直流電壓反映了脈動(dòng)電壓的幅值。得直流電壓反映了脈動(dòng)電壓的幅值。 正弦整步電壓的最小值是電壓差（如第二節(jié)所述）。正弦整步電壓隨時(shí)間變化過程對(duì)應(yīng)相位差的變化過程。 最

31、小值-電壓差 周期檢測(cè)-頻率差 隨時(shí)間變化過程確定合閘時(shí)刻-相位差 利用正弦整步電壓的最小值檢測(cè)是否滿足電壓差利用正弦整步電壓的最小值檢測(cè)是否滿足電壓差條件，利用正弦整步電壓的周期檢測(cè)是否滿足頻條件，利用正弦整步電壓的周期檢測(cè)是否滿足頻率差的條件，利用正弦整步電壓隨時(shí)間變化過程率差的條件，利用正弦整步電壓隨時(shí)間變化過程確定合閘時(shí)刻，使相位差滿足條件。確定合閘時(shí)刻，使相位差滿足條件。 當(dāng) ，正弦型整步電壓如公式（2-19）所示： （2-19） ， 的波形圖和圖2-7相似。表明：整步電壓-相角差，電壓差，使得檢測(cè)時(shí)引入了電壓的影響，容易造成越前時(shí)間信號(hào)的時(shí)間誤差，從而引起合閘誤差。因此被線性整步電

32、壓的方法代替。XGUU2sin22sin2eZXSZXSZKUtKUUXGUUSZU2線性整步電壓 線性整步電壓含有頻率差、相位差的信息，線性整步電壓含有頻率差、相位差的信息，但不含有電壓差的信息。但不含有電壓差的信息。 周期檢測(cè)-頻率差 隨時(shí)間變化過程確定合閘時(shí)刻-相位差 另設(shè)專門電路檢測(cè)壓差 利用線性整步電壓的周期檢測(cè)是否滿足頻利用線性整步電壓的周期檢測(cè)是否滿足頻率差的條件，利用線性整步電壓隨時(shí)間變率差的條件，利用線性整步電壓隨時(shí)間變化過程確定合閘時(shí)刻，使相位差滿足條件，化過程確定合閘時(shí)刻，使相位差滿足條件，但需利用其他方法檢查電壓差是否滿足并但需利用其他方法檢查電壓差是否滿足并列條件，壓

33、差檢測(cè)另設(shè)專門電路完成。列條件，壓差檢測(cè)另設(shè)專門電路完成。 結(jié)合邏輯框圖、電路圖和各點(diǎn)波形圖理解 (1) 半波線性整步電壓 a.形成 如Fig.2-15：電路圖的原理省略。從邏輯框圖(b)圖中可看出，經(jīng)方波變換后在a點(diǎn)電位(反映兩電壓相量差)的波形如Fig2-15所示，是一系列幅值一定而寬度與相角差有關(guān)的矩形波。 相角差=180時(shí)，矩形最寬。相角差為0或360時(shí)，矩形寬度為0。 0-180，寬度漸增，180-360，寬度漸減。 可見，一系列矩形波寬度的變化，反映了兩電壓相量相角差e的變化，為并列裝置判別相角差提供了檢測(cè)信息。b.在模擬式自動(dòng)并列裝置中的實(shí)現(xiàn)： 圖2-16 RC濾波 雙形濾波 矩

34、形波-鋸齒三角波-理想三角波 （a） (b) (c) 如Fig.2-16(c)所示為線性整步電壓與相角差之間的關(guān)系可用兩個(gè)直線方程表示如公式(2-20)所示。常稱為三角波整步電壓。 和t成線性關(guān)系-相角差特性，與壓差無關(guān)，提高了并列裝置的控制性能，被模擬式自動(dòng)并列裝置廣泛使用。 Fig2-16(c)是在完全理想的情況下獲得的，實(shí)際情況偏離理想化直線，使控制合閘時(shí)間引入誤差。(2)全波線性整步電壓： a.形成 結(jié)合圖2-17，2-18分析。 控制邏輯圖如圖2-17(b) 方波變換 原始交流-兩電壓方波-Y點(diǎn)矩形波- 電壓波形 LC濾波 -理想平滑三角波形 原理和半波整步電壓類似，最大值是半波的2

35、倍，多了一倍矩形脈沖，可通過適當(dāng)減小濾波器時(shí)間常數(shù)來改善性能。多用這種。Fig.2-17Fig.2-18。數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(2-21)所示。 (二) 相角差e(t)的實(shí)時(shí)檢測(cè)：數(shù)字式裝置 產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)的方式。 上述線性整步電壓e的對(duì)應(yīng)關(guān)系從 寬度不等的矩形波經(jīng)濾波處理后獲得的。 結(jié)論：矩形波的寬度與并列電源波結(jié)論：矩形波的寬度與并列電源波 形的相角差形的相角差e相對(duì)應(yīng)，記錄矩形波的寬度相對(duì)應(yīng)，記錄矩形波的寬度 即記錄相角差的運(yùn)動(dòng)軌跡即記錄相角差的運(yùn)動(dòng)軌跡e（t），其中載），其中載 有除電壓幅值外的并列條件信息。作用與有除電壓幅值外的并列條件信息。作用與 整步電壓相似，數(shù)字式裝置充分利用整步電壓

36、相似，數(shù)字式裝置充分利用e(t)隨時(shí)間變化規(guī)律的信息，提高了并列裝置隨時(shí)間變化規(guī)律的信息，提高了并列裝置的合閘控制技術(shù)水平。的合閘控制技術(shù)水平。 e的測(cè)量方案，利用Fig2-20相角差測(cè)量的 邏輯圖可得到一系列寬度不等的矩形波。 如Fig2-21.所示。通過分析波形可獲得并列 所需檢測(cè)信息，和全波邏輯圖不同的是， 全波是利用濾波器電路獲得矩形波形的， 而這里是通過CPU計(jì)數(shù)方式來檢測(cè)的。 兩種類型的裝置：實(shí)時(shí)響應(yīng)性（并列速度）、準(zhǔn)確性（合閘誤差）三、并列合閘控制（一）恒定越前時(shí)間電子模擬式自動(dòng)并列裝置，用電阻電容作為運(yùn)算器件，實(shí)際電路偏離理想化假設(shè)條件，在實(shí)際應(yīng)用中難免引入誤差。采用微機(jī)型數(shù)字

37、式自動(dòng)并列裝置利用較嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型計(jì)算越前時(shí)間，符合脈動(dòng)電壓的實(shí)際規(guī)律，相當(dāng)準(zhǔn)確。1數(shù)學(xué)模型，求2求出當(dāng)前計(jì)算點(diǎn)的合閘相角差，利用 條件進(jìn)行判斷3e（t）軌跡4錯(cuò)過合閘時(shí)機(jī)的應(yīng)對(duì)措施。yJyJi)2(（二）頻率差檢測(cè)實(shí)施檢測(cè)的方法：實(shí)施檢測(cè)的方法：(1)在恒定越前時(shí)間之前完成的檢測(cè)任務(wù)，用來判別是否符合并列條件。在數(shù)字式裝置中，利用相角差的軌跡中含有滑差角頻率的信息進(jìn)行檢測(cè)，符合機(jī)組和系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。(2)直接測(cè)量?jī)刹⒘须妷侯l率，求得頻率差值以及頻率高、低的信息。數(shù)字電路測(cè)量頻率的方法是測(cè)量交流信號(hào)的周期T。只有在頻率差允許的條件下，才進(jìn)行恒定越前時(shí)間的計(jì)算。（三）電壓差檢測(cè)在頻差和相角差檢測(cè)電路中，不載有并列點(diǎn)兩側(cè)電壓幅值的信息，需設(shè)置專門電壓差檢測(cè)電路。，同時(shí)也必須在恒定越前時(shí)間之前作出電壓幅值差是否符合并列條件的判斷。檢測(cè)方法：檢測(cè)方法：（1）直接讀入兩電壓值，然后作計(jì)算比較。 用傳感器實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。（2）先直接比較兩電壓相量的幅值大小，再讀入比較結(jié)果。第四節(jié)第四節(jié) 頻率差與電壓差的調(diào)整頻率差與電壓差的調(diào)整本節(jié)內(nèi)容：頻差和壓差的調(diào)整方法本節(jié)內(nèi)容：頻差和壓差的調(diào)整方法一、頻率差調(diào)整 任務(wù)：發(fā)電壓頻率接近系統(tǒng)頻率，使頻率差滿足允許的范圍，促成并列的實(shí)現(xiàn)。方法：升速/減速 1頻率差測(cè)量參照第三節(jié)數(shù)字式頻率測(cè)量的方法，直接測(cè)量?jī)刹⒘须妷旱念l率，判別頻差大小。