同步发电机的自动并列.ppt

第一节 概 述,一台发电机组在未投入系统运行之前，它的电压uG与并列母线电ux的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的调节，使之符合并列条件,并将断路器DL合闸作并网运行的一系列操作。,第二章 同步发电机的自动并列,一 并列操作,1 并列运行的意义,1)随着负荷的波动，电力系统中发电机运行的台数经常要变动。2)当系统发生某些事故时，也常要求将备用发电机组迅速投入 电网运行。3)电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量也越来越大，大型机组不恰当的并列操作将导致严重后果。因此，对同步发电机的并列操作进行研究，提高并列操作的准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。,自同期：系统发生故障情况下采用准同期：系统正常运行情况下采用,4 并列方法,二 同步的基本概念,同步是同步发电机并列运行的前提同步：电力系统中的同步是指各并列运行的同步发电机的 转子以相同的电角度旋转，相差不超过允许值，发电机出口的归算电压近似相等。特征：电气距离Z=0 u=0，f=0，=0 电气距离Z 0 u1*=u2*，f=0，al,三 准同期并列,1 发电机并列的理想条件,电压幅值相等频率相等相角差为零,即并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。,2 发电机并列时偏离理想条件所引起的后果,1）电压幅值差,冲击电流的有效值:冲击电流最大瞬时值:,电流性质：无功冲击电流危害：定子绕组端部受力大,引起后果：,2）合闸相角差,冲击电流的有效值:冲击电流最大瞬时值:,电流性质：有功冲击电流危害：机组转轴受到很大冲击力,引起后果：,3）频率不相等,引起后果：会对机组造成冲击，引起暂态，严重时导致失步,3 并列的同步过程,ab,GX,减速b点,G=Xb a o,GX,减速o c,GX,加速c点,G=X,将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，且机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器QF，接着立刻合上励磁开关SE，给转子加上励磁电流，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。,二 自同期并列操作,2 缺点：1)自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。2)在投入瞬间，相当于电网经发电机次暂态电抗短路，因而引起较大的冲击电流。3)发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影响。,第二节 准同期并列的基本原理,一 脉动电压,(1),(2),(1),(2),s1,s2,s1,s2,通过对Usmin的测量就可以判断电压幅值差是否超出允许范围。应小于（0.10.15）Ue,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Ts大于某一个给定值。例如，设滑差角速度 的允许值为0.2，即 则（rad/s）对应的脉动电压周期 Ts的值为所以Us的脉动周期Ts大于10s才满足小于0.2的要求。,s,fs,s,（2）频率差,测量Ts可以检测待并发电机组与电网间的滑差角速度 s的大小，即频率差大小。,（3）合闸相角差,考虑到断路器操作机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合间信号，即取一提前量，这一段时间称为“越前时间”。,由于越前时间只需按断路器的合闸时间（准同期装置的动作时间可忽略）进行整定，整定值和滑差及压差无关，故称为“恒定越前时间”。,1）恒定越前时间,2）恒定越前相角,准同期并列装置采用的提前量有两种：,在两电压相量重合之前恒定时间 发出合闸信号的，称恒定越前时间,在两电压相量重合之前恒定相角 发出合闸信号的，称恒定越前相角,二 自动准同期装置,(1)检测电压间的滑差角频率,且调节发电机的转速,使发电机的频率接近于系统频率。,(2)检测电压值差,且调节发电机的电压,使两电压的差值小于规定允许值。,(3)检查并列条件,条件满足时发出合闸信号。,1 三个控制单元,2 准同期并列装置两种原理,1)恒定越前相角,2)恒定越前时间 tyJ,tyJ=tQF+tc,3 恒定越前时间并列装置的整定计算,越前时间tYJ 允许电压差允许滑差角频率,一般定为(0.1一0.15)UN,例2-1 某发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已归算到以发电机额定容量的标么值。一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗 为0.125；系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗为0.25；断路器合闸时间 0.5s，它的最大可能误差时间为20；自动并列装置最大误差时间为0.05s；待并发电机允许的冲击电流值为。试计算允许合闸误差角、允许滑差角速度，与相应的脉动电压周期。,（rad）,即为,解1）允许合闸误差角,2）允许滑差角速度,断路器合闸动作误差时间,（s）,自动并列装置的误差时间,(S),所以,（rad/s）,如果滑差角速度采用标么值表示，则,3）脉动电压周期,（s）,因,故,第三节 自动并列装置的工作原理,一 并列装置控制逻辑,必须在越前时间信号到达之前完成频率差和电压差的检测任务，作出是否让越前时间信号通过与门 Y1的判断。,基本原理：1、其中任何一个不符合并列条件，那么由或非门Hl输出的非逻辑使与门Yl闭锁，因而所产生的越前时间信号不能通过与门Y1，也就不能发出合闸信号。2、只有在滑差角频率和电压差都符合并列条件的情况下，越前时间信号才能通过与门Y1成为合闸信号输出。3、由此可见，它们间的时间配合在一个脉动电压周期内，必须在越前时间信号到达之前完成频率差和电压差的检测任务，作出是否让越前时间信号通过与门Y1的判断，也就是作出是否允许并列合闸的判断。,二 并列条件的检测,1 正弦整步电压Usz,检测：并列断路器QF两侧的电压差us脉动电压的性能。,整步电压：包含同步条件信息量的电压。,测得并列断路器两侧的电压互感器二次侧uG与ux的电压差的包络线波形是正弦型的，称为正弦整步电压。,原理：待并发电机和系统母线电压互感器二次侧b相电压直接连接，UGa与Uxa间电压即为其差值电压Us，经整流后，直流侧的电压波形是Usz，所测得的直流电压Usz反映了脉动电压Us的幅值。,1、表明Usz不仅是相角差e的函数，而且还与电压差值有关。,2、利用Usz检测并列条件的越前时间信号和频差检测引入了受,成为合闸误差的原因之一。,电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准，从而,3、解决方法：线性整步电压法。,结论,1）半波线性整步电压UsL,VT1基极 VT2基极 a+-+-+-+,2 线性整步电压的产生,R1,R2,R3,R6,R4,R7,TB1,TB2,C1,相敏电路,积分电路,双T型滤波电路,电路由相敏、积分、双T型滤波器和射极输出等电路组成,线性整步电压只反应uG和ux间相角差特性，与其电压幅值无关,Ux1和uG2皆为负时，a点电位才为高电位,特性数学描述,矩形波特性,特点：1、只有在VT1与VT2都截止，即两个三极管基极输入电压同时为负的瞬间，a点的电位才为高电位。2、它是一系列幅值一定而宽度与相角差e有关的矩形波。在e时，矩形最宽。当e0或2时，矩形的宽度就接近于零。这样，当e从0至变动时，矩形波的宽度渐增，而当e从向2变动时，矩形波的宽度就渐减。3、在交流电压每一个周期中只有一个矩形波，称之为“半波”,缺点：半波线性整步采用滤波器，把高次谐波滤掉，获得较为平滑的特性。但滤波器的时间常数将会影响其相移。措施：全波线性整步电压线路可以提高矩形的密度，从而减小滤波器的时间常数，进一步改善它的性能。,2）全波线性整步电压,uG正VT1导通A低ux正VT2导通B低,整形电路,相敏电路,滤波电路和射极跟随器输出,电压变换,TB1,TB2,R1,R2,R3,R4,R5,R6,Rsl,R7,R8,R9,V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,V8,C1,V9,C2,L1,L2,A B Y1 1 10 0 1 0 1 01 0 0,（1）电路组成 由电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波器和射极跟随器组成。（2）原理（3）特点1、相敏电路在正、负半周内，共获得二次相位比较机会。2、e=0时，矩形脉冲最宽、脉冲间的间隔最小，USL输出最大。3、e=时，矩形脉冲宽度接近于零，脉冲间隔为最大，USL 输出为0。,思考题,利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件？答：线性整步电压含有频率差、相位差的信息，但不含有电压差的信息。线性整步电压的周期是滑差周期，能够反映频率的大小，线性整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程，所以利用其周期可以检测是否满足频率差的调节，利用电压随时间变化过程确定合闸时刻使相位差满足条件，但需利用其他方法检测电压差是否满足。,三 并列合闸控制,1 恒定越前时间信号,用线性整步电压的比例信号加微分信号和检测电平的方法实现。,UsL,+,-,左侧接线性整步电压形成电路右侧接电平检测器,2 频率差检测,频率差检测是在越前时间信号发出之前完成的任务，用于作出频率差是否符合并列条件的判断。,由线性整步电压特性可知与某一相角差相对应的整步电压是一定值。,因此恒定越前相角的检测就可用电平检测器来完成。,输出,三角波整步电压,E,+E,-E,K恒定，tA 与s成反比。,令允许最大滑差角频率为sy，并使K=sy tYJ,tYJ恒定，YJ与s成正比。,利用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可实现滑差检查.,讨论：,这三种情况，哪个符合并列条件？,比较越前时间信号与恒定越前相角信号间的相位关系，即它们间先、后顺序关系，就可作出频率差是否符合并列条件的判断。,只有当，即恒定越前相角电平检测器先于越前时间动作,才作出频率差符合并列条件的判断 或当 才符合并列条件，信号到来时，已获得越前相角电平检测器翻转信号。,3 电压差检测,由于线性整步电压中不载有并列点两侧电压幅值的信息，所以它就无法作为电压差的检测。需设专门电压差检测电路。,电压差检测可直接用 和 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。也在恒定越前时间之前作出电压幅值差是否符合并列条件的判断。,结论：,D点电位为正,发闭锁信号D点电位为负,发合闸信号,D,UAB,Uzd,A,B,+,电压差检测原理电路,当电压差小于允许值时发出“电压差合格允许合闸”信号。,频率差调整的任务是将待并发电机的频率调整到接近于电网频率，使频率差趋向并列条件允许的范围，以促成并列的实现。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。,第四节 频率差与电压差的调整,频率差控制任务,频率差测量调节量控制,1 频率差测量,自动并列装置可直接测量UG、UX两并列电压的频率fG、fX，然后计算进行判别。设fz为设定的允许频率差：,则不发调速脉冲，进行越前时间合闸控制计算,当,当,则发调速脉冲，不进行越前时间合闸控制计算,则输出减速脉冲信号,若,若,则输出加速脉冲信号,一 频率差调整,频率差方向测量环节：判别频率的高低作为发升速脉冲或减速脉冲的依据。,发电机组的转速按照比例调节准则，要求输出的调节脉冲时间与频率差值成比例。,2 调节量控制,输出脉冲时间的长短相当于调节量的大小,二 电压差调整,电压差调整的任务是在并列操作过程中自动调节待并发电机的电压值，使电压差条件符合并列的要求。,其实施原理与频率差调整相似，可直接测量UG、UX的幅值，然后求取电压差绝对值,小于设定的允许电压差值，则不进入电压调整控制程序。,大于设定的允许电压差值，则进入电压调整控制程序。,频率调整执行环节：按照比例调节的要求，调整发电机组的转速。,构成框图：与频率差控制的相似。由电压差方向测量环节和脉冲展宽电路组成。,第五节 数字式并列装置,输入通道,输出通道,一 硬件电路,交流电压幅值测量频率测量相角差测量,主机输入输出接口电路输出通道输入通道,频率测量,A/D,交流电压变送器,CPU,u,交流电压幅值测量,相角差测量,二软件部分,电压检测频率检测越前时间检测,合闸,继续计算,错过时机,2,作业：P182 2-1,2-2 如下 某发电机采用自动准同期并列装置。已知发电机及系统等值电抗的标幺值，,断路器合闸时间为0.4秒，合闸时间误差 秒，装置动作时间误差 秒，如整定的频率差为0.4%。求1）整定装置的合闸频差 和越前时间 2）计算允许合闸滑差角频率，较核整定的频差是否满足要求？,