自动装置及同步发电机的自动并列.ppt

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1、第一讲 自动装置及同步发电机的自动并列,第一章 自动装置,本课程使同学们对电力系统自动化及其基本问题有一个基础性的了解。,中国电力系统及其互联运行（现状）,世界最大的同步互联电网西电东送、三峡核心南直北交、链式同步,电力系统：可怕的超级大系统,一个脆弱的庞然大物!,1882年到现在，120多年过去了。作用越来越重要了系统规模越来越大了新装备和新技术的使用越来越多了垄断下的机制和规范逐步不存在了但是,大停电故障越来越多了,保守如此，脆弱依然,上个世纪60年代进入大电网互联时代后，大停电事故频繁发生。,美加大停电，就发生在昨天,电力系统的能力,电力系统的过程+能力,局部功能,系统功能,协调,复杂自

2、动化系统分层控制,2 自动电压调节,1 自动并列,4 调度自动化5 状态估计6 安全调度7 自动调频,8 低频减载,发电自动控制,控 制 对 象,自动控制装置,控制信息,测量信息,自动装置硬件组成形式,1、微型计算机系统,2、工业控制计算机系统,3、集散控制系统(Distributed Control System-DCS)现场总线系统(Fieldbus Control System-FCS),对于控制功能单一的自动装置,其输入输出的电气量较少,适于采用微型计算机系统,如同步发电机自动并列装置.,对于控制功能要求较高,软件开发任务繁重的系统,适于采用工控机系统,如发电机励磁自动调节系统.,对于

3、分散的多对象的成套监测控制装置适于采用DCS或FCS,如发电厂、变电站远动装置和电厂机炉集控系统。,1 微型计算机系统,定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台才能编程的系统称为微型计算机系统。,微型计算机系统,1 传感器,2 采样保持器,3 模拟多路开关,4 A/D转换器,5 存储器,6 通信单元,7 中央处理单元CPU,8 外部设备,微型计算机系统逻辑结构,微型计算机系统组成单元,1、传感器：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电压信号,2、模拟多路开关：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用A/D转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号

4、输入到A/D.目的简化电路，降低成本。,3、采样/保持器：A/D转换器完成信号转换需要一段时间，在这段时间内,输入到A/D的模拟信号需保持不变，由S/H完成。,微型计算机系统组成单元,5、存储器：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。,6、通信单元：包括通信控制器和通信收发器。通信控制器用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及建立/拆除通信的数据链路。通信收发器用于处理通信的物理层功能，包括物理引线的排列、机械特性和物理电平等。,7、CPU及外设：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。,4、A/D转换器：将模拟信号转换为计算机可

5、以处理的数字信号，它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。,2 工业控制计算机系统,工业控制计算机由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。,工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有：STD、PC104总线等。,STD总线共有56根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级功能分散。,2 工业控制计算机系统,STD总线的功能单元,1 CPU单元STD总线的主处理单元，处理数据、地址和控制功能。一般含有高速CPU和协处理器。,2 A/D单元提供模拟/数字转换接口，模数转换和数据读取由CPU单元控制

6、，也可以由外部触发。,3存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。,4存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。,5系统支持单元包括设置开关、后备电池、实时时钟、看门狗watchdog、上电复位、总线终端网络和通信口等。,6外设单元包括定时器单元、I/O单元、键盘显示板电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。,3 集散控制系统DCS,集散控制系统计算机网络技术与工业控制计算机系统相结合，由若干数据采集测控站和上位机及通信线路组成。,数据采集测控站由单片机数据采集控制装置组成，位于设备附近，上传数据执行控制命令

7、。,上位机采用工业控制机或工作站，配置打印机和其他外设。采用双机热备用方式。分析处理上传数据、数据存储、系统协调、集中显示、打印报表。最重要的是根据数据处理结果确定控制参数和方法，将结果下达给数据采集测控站。,通信接口数据结构采用串行方式，访问方式为令牌形式。,4 现场总线系统FCS,现场总线系统将分散在现场的测控设备转变为网络节点，以现场总线为纽带，连接成为可以相互沟通信息共同完成自控任务的网络型控制系统。,现场总线主节点：整个系统协调者，完成信息的发起功能，完成显示、输出、打印和数据存储等功能。,现场总线从节点：系统终端设备的执行者，不能发起信息，可以完成接收、查询等。,路由器主要完成路由

8、、中继、数据交换等功能。,5 典型测量控制系统Rockwell测控系统,5 典型测量控制系统AOCT与保护一体化系统,5 典型测量控制系统研华工控机系统,5 典型测量控制系统研翔PC104系统,第二章 同步发电机的自动并列,重点讲解发电机同步准同期并列的自动化原理.这是将同步发电机投入电网进行并列运行以组成电力系统的基本步骤.,一、同步并列与准同期,发电机投入电力系统参加并列运行的操作称为“并列操作”。,同步发电机的并列操作称为“同期”。以近于同步运行条件进行的并列操作称为“准同期”。,发电厂将一台发电机组用准同期方式并入电厂母线。,将电力系统的两部分用准同期的方式进行并列。,并列操作,同步发

9、电机并列需遵循的基本原则,1、并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1-2倍的额定电流。,2、发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。,同步发电机的并列方法,同步发电机的并列方法,准 同 期 并 列,自 同 期 并 列,在电力系统正常运行的情况下，一般采用准同期并列方法将发电机组投入运行。,只有当电力系统发生故障时，为了迅速投入水轮发电机组，过去曾采用自同期并列方法。,由于微机型数字式自动并列方法已经趋于成熟，现在也用准同期并列方法投运水轮发电机组。,同步发电机并列的理想情况,发电机端电压为,电网电压为,两者之间的相量差为,当电

10、网参数一定时，冲击电流就取决于合闸瞬间 的值,最理想的情况就是 的值为零，此时，QF合闸冲击电流为零。,同步发电机并列的理想条件,发电机并列的理想条件 并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。,2、电压幅值相等,3、相角差为零,此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运行，不会出现扰动现象。,实际上，待并发电机组调节系统很难实现理想条件；在实际的操作中也没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致于引起任何不良后果即可。,实际并列条件之一电压幅值差,并列时的电气状态：,可以计算得到冲击电流最大瞬时值：,冲击电流主要为无功电

11、流分量。,发电机电压、电网电压的有效值,发电机直轴次暂态电抗,实际并列条件之一电压幅值差,冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。,并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2倍的额定电流以下。,为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不允许超过机端短路电流的1/201/10。据此，得到同期并列的一个条件：电压差 不能超过额定电压的5%10%.,现在的一些大型发电机组规定电压差不超过0.1%,以尽量避免无功冲击电流,实际并列条件之二合闸相角差,并列时的电气状态：,计算得到冲击电流最大瞬时值：,电网电压的有效值,发电机交轴次暂态

12、电抗,冲击电流主要为有功电流分量。,实际并列条件之二合闸相角差,在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。,例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电流值的1/10,可以得到最大允许并列误差角：,实际并列条件之三频率差,并列时的电气状态：,断路器QF两侧的电压差为脉动电压：,脉动电压的幅值,实际并列条件之三频率差,是幅值为,频率接近工频的交流电压波形。,脉动电压周期、滑差频率、滑差角频率 都可以用于表

13、示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频率之间的相差程度。,实际并列条件之三频率差,此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在QF两侧电压相量重合时合闸，冲击电流为零。,若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时甚至会导致失步。,我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差周期在10S16S之间。,同步发电机并列的同步过程分析,发电机发出功率,发电机吸收功率,自同期并列,自周期并列就是将一台未加

14、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，而且，在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，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列发电机拉入同步状态。,优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，因此，曾作为系统事故的重要措施之一。,自同期并列的缺点,1、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作。,2、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流。,3、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工作产生影响，自同期并列方法也受到限制。,自同期并列方法现在已经很少采用。,小结,1、电力系统自动装置的结构形式2、微型计算机系统和工业控制计算机系统3、集散控制系统和现场总线控制系统4、同步并列和准同期的基本概念5、同步发电机并列的基本原则6、准同期并列理想条件7、同步发电机并列时状态量偏离理想条件三种情况下的后果8、自同期并列,