电力系统自动装置第二章

第二章同步发电机的自动并列三峡大学电气信息学院电力系统自动装置原理主要内容同步发电机自动并列的条件和原则1.准同期自动并列的分析2.准同期自动并列装置的实现原理3.频差调节的方法4.电力系统自动装置原理同步发电机自动并列的条件和应遵守的原则理想并列条件并列的现实情况分析原则1.发电机合闸时，冲击电流应尽可能小（小于允许值）2.发电机合闸后，应尽快拉入同步第一节、概述xGUUxGxGff电力系统自动装置原理SEG~EU~QFXXXU概述发电机的并列方法1.准同期并列：严格按照发电机理想并列条件进行并列。2.自同期并列：发电机事先未经励磁。将转子提到接近同步转速。此法适用于小型机。优点：快速、方便；控制简单。缺点：冲击电流大；引起系统电压突降；应用受限。XdXhXXUI电力系统自动装置原理发电机G电压系统电压两者的电压差称为滑差电压概述发电机准同期并列条件的分析XU~ABGUQF0SUGUXUGXeQFSUXUGUXXGXGEXE)sin(1tUUGmGG)sin(2tUUXmXX)sin()sin(21tUtUUUUXmXGmGXGS电力系统自动装置原理电压幅值差设，频率与相角相等。此时冲击电流，主要为无功分量。最大值相角差设，频率与电压相等。此时冲击电流，较小时，主要为有功分量。概述mXmGUUxdmXmGhXXUUIhhmIi28.100XG2sin2exqqhXXEIe电力系统自动装置原理频率差——脉动电压的表现形式设，电压的幅值相等。概述XG2sincos22GxGxsmGuUtt脉动电压幅值SUcos2GxssuUt滑差频率脉动周期SXGSf2SSSfT21电力系统自动装置原理概述相量图波形图电力系统自动装置原理第二节、准同期并列的基本原理并列断路器主触头闭合瞬间所出现的冲击电流以及进入同步运行的暂态过程，决定于合闸时的脉动电压US和滑差角频率ωs。故准同期并列主要是对脉动电压和滑差角频率进行检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号。电力系统自动装置原理第二节、准同期并列的基本原理一、脉动电压分析0SU1ST2STt1S2SXGUUXGUU电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理脉动电压中包括信息如下：1）电压幅值差。最佳为的值最小，二电压重合时判别。2）频率差，显示出相角差随时间变化的规律。要求小于某一允许的值，相当于要求脉动电压周期大于某一给定的值。最佳是在与重合时合闸，即相角差为零时（相量重合）幅值差最小，考虑动作时间，要提前。3）根据相角差的变化规律，可求得合闸指令最佳发出时机。可采用两种方式mXmGUUSSTGUXU恒定越前相角准同期恒定越前时间准同期电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理二、准同期并列装置1、并列装置的构成见图2-8.2、自动化程度一般分为频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元半自动全自动电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制逻辑1、恒定越前相角准同期提前量信号取某一恒定相角。断路器的合闸时间为。同期装置动作时间为。YJQFtCtCQFttttsyYJ0常数最佳滑差角频率0SUtt1s02systtAU321sss3s0sys0sys0sys过零后合闸过零时合闸过零前合闸电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理2、恒定越前时间准同期提前量信号取恒定时间常数CQFttt0SUt1s02syst321sss3stt理论上可以完全无冲击，但是动作时间存在误差，设为允许合闸相角。CQFttttSey所以，还是要限制Sey电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理四、装置的整定已知：两个区域电网的等值机系统如图所示，其电压幅值相等，频率分别为：f1＝50＋0.1costHz，f2=50+0.1sin2tHz，现准备进行恒定越前时间准同期互联操作，设远程通讯和继电器动作时间之和为0.14秒，求调度中心发出合闸信号的时刻。电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理提示：合闸相角差表达式为：20100212sin2.0cos2.0)(22esettfff先不考虑提前量，则有：01.02cos1.0sin2.0]2sin2.0cos2.0[0ttdtttee251sin01sinsin1sin21sin212cossin222ttttttt考虑时间提前量0.14秒，则调度中心发出合闸信号的时刻可为：3.6678秒，5.4769秒，等等。电力系统自动装置原理例见书中2-1.电力系统自动装置原理逻辑关系满足即可以合闸。必须在之前判定完毕。第三节、自动并列装置的工作原理一、装置的控制逻辑YJt越前时间信号电压差不允许滑差不允许与门或非门合闸信号电压差、频率差判别区SUtYJtst电力系统自动装置原理正弦整步电压法采用与直接做差，得到正弦性的包络线来判别。误差较大。自动并列装置的工作原理二、并列的检测信号GU两种方法应用于模拟式并列装置中，实现检测。线性整步电压法XU采用三角波（线性）的整步电压。不考虑电压差，只考虑相角差。精度较好。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理（一）整步电压1、正弦整步电压法由图可知USZ不仅是相角差的函数，而且还与电压差值有关。这就使得利用USZ检测并列条件的越前时间信号和频差检测信号受电压影响，尤其是造成越前时间信号的时间误差，成为合闸误差的主要原因之一。因此，此方法被线性整步电压的方法所代替。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理2、线性整步电压法线性整步电压只反映UG和UX间的相角差特性，而与它们的电压幅值无关，从而使越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响，提高了并列装置的控制性能，因而被模拟式自动并列装置广泛使用。1）半波线性整步电压其电路图见图2-14.其逻辑表达式为：12()aXGUUU即只有两个三极管基极输入电压同时为负的瞬间，a点才为高电位。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理当把uX1与uG2频率不同的两个电压分别引至VT1和VT2的基极时，a点电位是一系列幅值一定而宽度与相角差有关的矩形波。如图2-15所示。在相角差等于∏时，矩形最宽；在相角差等于0或2∏时，矩形宽为0.所以，当相角差从0~∏变动时，矩形波宽度渐增；当相角差从∏~2∏变动时，矩形波宽度渐减。这一系列矩形波宽度的变化反映了发电机端电压与系统电压间相角差的变化。把这一系列宽度不等的矩形波由图2-14中R7和C1组成的积分电路进行积分，该积分电路是滤去高次谐波的低通滤波器，其输出端为锯齿波形的三角波电压ua’。见图2-16（b）。进一步由双T型滤波器滤波后，得到三角波形特性。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理半波线性整步电压讨论：只反映了发电机端电压与系统线电压间的相角差特性，而与它们的幅值无关，从而使越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响，提高了并列装置的性能；而电压差的检测另设专门电路完成。半波线性整步电压采用滤波器把高次谐波滤掉，在完全理想的情况下才获得较为平滑特性，故滤波器的时间常数将会影响其相移，且滑差角频率的变化对其也有一定的影响，从而使控制合闸时间引入误差。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理2）全波线性整步电压其电路与逻辑见图2-17.其由整形电路、相敏电路、滤波电路和射极跟随器输出组成。其全波线性整步电压如右图。其比半波多了一倍矩形脉冲，因而可适当减小滤波器时间常数，使它们的性能有所改善，一般采用全波方案。电力系统自动装置原理自动并列装置的工作原理（二）相角差原理：矩形波的宽度（变化）与相对应。在数字式准同期装置中采用。分析：假设系统频率为额定值50Hz，待并发电机频率低于50Hz。)(te)(te1,2iixii计算公式：三角形上升边三角形下降边1,iixii电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理上式中τx和τi的值，CPU可从定时计数器读入求得。如采用线性整步电压全波电路，则每一个工频（约20ms）可作两次计算，CPU可记录相角差的轨迹如下：恒定等速变化电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理三、并列合闸控制（一）恒定越前时间221DCsiDCsiYJtttXiiisit21微机型数字式自动并列装置利用相角差轨迹，采用较严密的数学模型，计算求得的恒定越前时间，具有相当的准确性。首先按下式求得恒定越前时间所对应的最佳导前合闸相角δYJ，还可方便计及δe含有加速度情况：ωsi——计算点的滑差角速度δi和δi-1——分别为本计算点和上一计算点的角度值2τx——两计算点间时间tDC——中央处理单元发出合闸信号到断路器主触头闭合时需经时间电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理ε为计算允许误差，否则有可能错过合闸时刻。YJi2Xsisisit21tDC=tQF+tctQF为断路器的合闸时间tc为出口继电器动作时间由于两相邻计算点间的ωs变化甚微，△ωsi一般可经若干计算点后才计算一次，所以：据以上分析，发出合闸信号的条件：电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理（二）频差检测1）频率差检测是在恒定越前时间之前完成的检测任务，用来判别是否符合并列条件。ωsi的值可以每一工频周期计算一次。由ωsi在已知时段（△t）间的变化还可求得，其说明待并机组的转速尚未稳定，还在升速或减速之中，如其值过大，并往后进入同步运行的暂态过程较长甚至失步，因此宜作为并列条件之一加以限制。2）频率差检测也可以用直接测量两并列电压频率的方法，求得频率差值以及频率高、低的信息。数字电路测量频率的基本方法是测量交流信号的周期T。其典型线路如图2-24.如可编程定时/计数器的计时脉冲频率为，则交流电压的周期T：T=N/fc于是求得交流电压的频率为NffCtsi/电力系统自动装置原理准同期并列的基本原理（三）电压差检测a、直接读入法：采用交流采样A/DCPUb、直接比较法：例图2-25（b）电力系统自动装置原理准同步并列装置的构成电力系统自动装置原理ZXGfffZXGfffXGff第四节、频率差与电压差的调整一、频率差调整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范围。1.频率差检测设△fz为允许频率差不发调速脉冲，进行越前时间合闸控制计算。发调速脉冲，不进行越前时间合闸控制计算。XGff输出减速脉冲信号输出加速脉冲信号电力系统自动装置原理第四节、频率差与电压差控制2、调节量控制发电机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正比。频率差调整输出的过程通道为执行继电器，继电器动作控制调速电动机工作。二、电压差调整其任务是在并列操作中自动调节待并发电机的电压值，使电压差调件符合并列的要求。其实施原理与频率差调整相似，可直接测量uG、ux的幅值，电压差绝对值允许则不进入电压调整程序。否则，进入电压调整程序。电力系统自动装置原理第五节、微机型并列装置的组成概述硬件电路软件主机输入/输出过程通道人——机电力系统自动装置原理装置的软件流程特点（1）分析发电机组在并网前的运动规律，测量断路器合闸回路的动作时间，确保在相角差为0º时并网。（2）进行理想合闸角的预测计算，确保捕获第一次出现的相角差为0的时机。（3）快速、平稳的均压、均频。（4）软件的多重闭锁和硬件超常的冗余设计，使之具有高可靠性。电力