第四章并列控制.

1并列运行的含义提高供电的可靠性；提高供电的经济性；提高电能的质量。无穷大电网的含义0xxxSUCfCZ将两台或多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。并列运行的优点并列方法准同期法自同期法跟踪同期第四章并列控制4-1电力系统并列概述2第四章并列控制4-1电力系统并列概述发电机并列：是将发电机与系统或另外的发电机连接的断路器闭合使发电机投入电力系统运行的操作。系统并列：是将连接两个系统联络线上的断路器闭合使两个分开的系统并列运行的操作。并列发电机并列：系统并列：发电机发电机发电机系统系统系统34-1电力系统并列概述两个独立的电源并列运行在一起，必须具备下列条件：（1）电压（大小）相等；（2）频率相同；（3）电压的相位角差不超过允许值；（4）待并发电机的相序与另一发电机/电网的相序相同。否则可能产生巨大的冲击电流；引起电力系统电压严重下降；可能使电力系统发生振荡以至于瓦解。巨大的冲击电流将产生强大的电动力，可能对电气设备造成严重的损坏，系统振荡并失去稳定，造成严重后果。44-1电力系统并列概述（1）冲击电流（合闸后通过主触头的电流）不超过允许值，并尽可能小（2）并列后能迅速同步运行并列后主触头两侧的发电机（或等效发电机）以相同的电气角速度旋转一、对并列的基本要求并列操作结果的两种可能：成功失败——〉解列需要经验丰富5力破坏示意图冲击电流对发电机定子和转子的破坏1.定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用，使绕组变形：定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用力F1；定子绕组端部与铁心之间的作用力F2。定子绕组端部相互间的作用力F3；2.转轴受到很大的电磁力矩作用，使振动加剧；3.冲击电流很大，会引起绕组过热。6二、准同期并列XU~GGUGGt00XXtGXGUSUXUj01ab电压加于QF两侧（一）准同期并列的理想条件用于：机组并电网和电网并电网原理：待并列双方电压加于并列断路器主触头两端；调整电压三要素；合闸。7,,0,0,0GXGXSGXGXGXGXGXGXfffffUUUUUUU准同期并列前：准同期并列的理想条件：00sin()sin()GGGGXXXXuUtuUt发电机电压：瞬时电压系统电压：SGXUUUU电压差：瞬时状态：GX、发电机电压和系统电压的相角，电气角度在早期工程实际中，三个条件很难同时满足。8（二）准同期并列的误差对并列的影响,,GXGXGXffUU1.82shmshpiIshIXUGUU01、合闸电压幅值差对并列的影响分析的前提条件：冲击电流的影响：冲击电流为无功分量，不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。并列冲击电流的周期分量有效值：''GXshpqXUUIXX''qX发电机次暂态电抗XX电力系统等值电抗并列冲击电流的最大值：shI9并列冲击电流的波形三相短路时最严重相的电流波形图cos()atTshshpmshpmiItIeshpi周期分量部分shapi非周期分量部分shim10—并列冲击电流最大值并列冲击电流是冲击全电流的瞬时最大值，出现在并列合闸后半个周期时刻，即t=0.01秒时刻。cosatTshshpmshpmiItIe0.01220.010.01coscos2(1)2aaatTTaTshshpmshpmshpmshpmtTtTTshpmshpmshpshshpshmiItIeIIeIIeIeKIi0.011aTshKe——冲击系数shmi因为其中：mshi110.010.0102001ashaashLRTeKLTRRLTeK纯电感电路纯电阻电路1V1.8,2.551V1.3,1.84shshmshpshshmshpkKiIkKiI当短路点位于高压系统时（以上）：当短路点位于低压系统时（以下）：shK的确定12—并列冲击电流有效值22220002202111()(2(-112))12(-1)TshapshaptTshpapTTTshshpshapshpshapiishpshshpshpshIiidtidtidtTTTIkdITIkiit:1.8,1.51:1.3,1.09shshshpshshshpkIIkII高压系统低压系统并列冲击电流有效值是短路后第一个周期的冲击全电流有效值。shIshim132、合闸相角差对并列的影响,,GXGXGXffUU''''''sinsin2sincos2sin222SGqqqUUUEEE0chIGUUXUshI''qE——发电机交轴次暂态电势。分析的前提条件：''''''''()()2sin21.82GXshpqXqXqshpqXshmshpUUUIjXXjXXEIXXiI冲击电流的影响：1)电枢绕组端部受力变形;2)转轴上受冲击转矩的作用,使机轴扭曲变形;３)电枢绕组发热。并列冲击电流的周期分量的有效值：shI143、合闸频率差对并列的影响2122221212121()2GXGXGXWJWJ待并网发电机转子角速度系统等值的转子角速度并网前转子储存的动能：并网后转子应具备的动能：并网瞬间：分析的前提条件：,,GXGXGXUUff存在电网与发电机的能量交换，送入电网（或由电网补充）。W由于机组有转动惯量，这一能量交换过程将伴随着机组转速摇摆（振荡）进行，转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动（拍振）。冲击电流的影响：拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。f与的关系？15①发电机功角特性曲线；②发电机电势和系统电压之间滑差角频率与功角的关系曲线（初始小，并列成功）qEXUssGX③发电机电势和系统电压之间滑差角频率与功角的关系曲线（初始大，并列失败）qEXUssse分析的假定条件：系统无限大机组调速器不动作16sGXGX由于，在机组转子惯性的作用下机组不能稳定在A点运行，机组转子将以大于的速度旋转。这将导致：XeSGP发电机组的转子受到的电磁阻力增加（）至B点时，，发电机与系统同速了，此时发电机向系统输出有功功率。0SBP由于机组被拉入同步的过程中机组调速器是不动作的，这么大的功率来自于发电机转子中储存的动能转化而来。A—B过程设发电机断路器主触头闭合的瞬间发电机运行在图中A=0=0ePSSAe17sGXeB—C过程00e=P在B点，由于机组输出的功率大于原动机输入的功率，再加上机组转动惯量的作用，机组将继续减速，这将导致：GeSGXP机组转子受到的电磁阻力转矩逐渐减小向负方向增加()。至C点时，，机组输入输出有功功率平衡，。0SC18sGXeC—D过程在C点，由于机组转子惯性的作用，将使进入负值区。此时发电机输出的功率变为负值，发电机从系统汲取有功功率（相当于电动机），这将导致：S至D点时，，机组与系统同速，此时机组从系统汲取有功功率。0SDP19sGXeD—E过程在D点，由于存在加速功率，机组会继续加速，这将导致：DPSeP的负值减少的负值减少。上述过程一直持续到E点。在E点，000.SePP，，机组与系统同步；20根据设定的分析条件（并列瞬间，），设发电机断路器主触头闭合的瞬间发电机运行在图中A点：，，。并列过渡过程分析：GX00e=PGX=0=0=0ePSSA由于，在机组转子惯性的作用下机组不能稳定在A点运行，机组转子将以大于的速度旋转。这将导致：XeSGP发电机组的转子受到的电磁阻力增加（）至B点时，，发电机与系统同速了，此时发电机向系统输出有功功率。0SBP由于机组被拉入同步的过程中机组调速器是不动作的，这么大的功率来自于发电机转子中储存的动能转化而来。在B点，由于机组输出的功率大于原动机输入的功率，在加上机组转动惯量的作用，机组将继续减速，这将导致：GeSGXP发电机组的转子受到的电磁减小向负方向增加()。至C点时，，机组输入输出有功功率平衡，。0SC在C点，由于机组转子惯性的作用，将使进入负值区。此时发电机输出的功率变为负值，发电机从系统汲取有功功率（相当于电动机），这将导致：S至D点时，，机组与系统同速，此时机组从系统汲取有功功率。0SDP在D点，由于存在加速功率，机组会继续加速，这将导致：DPSeP的负值减少的负值减少。IIIIIIIV上述过程一直持续到E点。在E点，000.SePP，，机组与系统同步；21sGXeW机组转子中储存的动能也全部送给了系统。E点是稳定运行点。至此，机组经过一个震荡周期被拉入同步运行。实际上，机组准同期并列时往往经过几个振荡周期才被拉入同步。当然一个振荡周期就被拉入同步的情况也是存在的。图中，是由于机组并网之前形成的。按照机组调速的原理，在这种情况下机组被拉入同步运行之后调速器会自动地使机组带上有功功率，即。0P0PGXff22S=180如果机组并网前频差太大，就有可能出现图中曲线③所示的情况：在时，还没有降至零，机组会运行到180°以外的区域，从系统汲取有功功率而加速，于是机组就失去了稳定。180一般情况下，机组并列时都比较小，上述情况很少出现。SsGXe234、相序不同对并列的影响,120,3,.GXGUUUU相序不同的发电机绝不能并列因为此时与恒差恒等于它将产生巨大的冲击电流而危及电机△U不超过10%相位差不超过10%频率偏差不超过0.2%-0.5%（0.1-0.25Hz)。发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差:245、脉动电压分析设并列断路器QF两侧电压分别为和；并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，决定于合闸时因此，准同期并列只要对电压矢量差进行检测和控制，并选择合适的时刻发出合闸信号，使合闸瞬间的值在允许值以内，即可实现冲击电流最小并列。XU~GGU电压加于QF两侧GUXUGXsUUUU电压矢量差：SUSU255、脉动电压分析频差、滑差、滑差周期频差：sfsGXfff滑差：sGXs电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差滑差周期：sT21sssTf上述参数都是描述断路器QF两侧电压矢量相对运动快慢的一组数据。准同期并列控制主要是检测QF两侧的电压差并提取信息。SU265、脉动电压分析XUGXGXUUsu（1）与电压幅值相等断路器QF两侧电压差瞬时值为GU为便于分析问题，设待并发电机12sin()sin()sGGxxuUtUt275、脉动电压分析XU（1）与电压幅值相等GU设初始角，应用和差化积公式得：2sin()cos()22GxGxsGuUtt12定义为的幅值，则2sin()2GxsGUUtsucos()2GxssuUt波形可以看成是幅值为、频率接近于工频的交流电压波形susU285、脉动电压分析XU（1）与电压幅值相等GU因为，两电压相量间的相角差为则的幅值2sin()2sin()2sin()222seesGGxtUUUUsGXest