第一章發(fā)電機自動并列

1、電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 Automation of Power System河南城建學院 電氣與電子工程系第第1章章 發(fā)電機的自動并列發(fā)電機的自動并列第一節(jié)第一節(jié) 概述概述=基本知識點基本知識點=n發(fā)電機模型發(fā)電機模型 n并列的基本概念并列的基本概念 n準同期并列準同期并列 n自同期并列自同期并列一、發(fā)電機模型一、發(fā)電機模型 saaaXI jRIUXI jXI jRIUE0隱極同步發(fā)電機的等效電路1 隱極同步發(fā)電機隱極同步發(fā)電機一、發(fā)電機模型一、發(fā)電機模型 0 a aE 0 E E I XI jaXI j 90 UaRI 隱極同步發(fā)電機的向量圖一、發(fā)電機模型一、發(fā)電機模型 EQ為虛擬電動

2、勢2 凸極同步發(fā)電機凸極同步發(fā)電機一、發(fā)電機模型一、發(fā)電機模型 QEsR I UqX凸極同步發(fā)電機的等效電路圖一、發(fā)電機模型一、發(fā)電機模型 凸極同步發(fā)電機的向量圖0EqI )(qddXXI j qXI j aRI dI I 0 QEmmGGGqqsQUtUuIIUUXI jUjXRIUE)sin()(時變方程：向量方程：二、并列的基本概念二、并列的基本概念 1 概念概念 使使uG與與ux滿足一定條件后合斷路器，并聯(lián)運行滿足一定條件后合斷路器，并聯(lián)運行2 目的：目的：負荷波動；負荷波動；系統(tǒng)事故系統(tǒng)事故3 原則：原則：沖擊電流小；沖擊電流??；暫態(tài)過程短暫態(tài)過程短4 方法：方法：n準同期并列：準同

3、期并列：If合閘合閘暫態(tài)暫態(tài)同步同步n自同期并列：無自同期并列：無IfUN合閘合閘加加If暫態(tài)暫態(tài)同步同步 準同期并列：準同期并列：n過程：過程：n 發(fā)電機在并列合閘前已加勵磁，當發(fā)電機發(fā)電機在并列合閘前已加勵磁，當發(fā)電機電壓的幅值、頻率、相位分別與并列點系統(tǒng)側(cè)電電壓的幅值、頻率、相位分別與并列點系統(tǒng)側(cè)電壓的幅值、頻率、相位接近相等時，將發(fā)電機斷壓的幅值、頻率、相位接近相等時，將發(fā)電機斷路器合閘，完成并列操作。路器合閘，完成并列操作。n優(yōu)點：是沖擊電流??；優(yōu)點：是沖擊電流??；n不足：并列時間較長且操作復(fù)雜。不足：并列時間較長且操作復(fù)雜。自同期并列：自同期并列：n過程：過程：n 將未加勵磁、接近

4、同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機投入將未加勵磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機投入系統(tǒng)，隨后給發(fā)電機加上勵磁，在原動機轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)，隨后給發(fā)電機加上勵磁，在原動機轉(zhuǎn)矩、同步力矩的作用下將發(fā)電機拉入同步，完成并列同步力矩的作用下將發(fā)電機拉入同步，完成并列操作。操作。n優(yōu)點：并列時間短且操作簡單優(yōu)點：并列時間短且操作簡單n不足：從系統(tǒng)中吸收無功而造成系統(tǒng)電壓下降，不足：從系統(tǒng)中吸收無功而造成系統(tǒng)電壓下降，產(chǎn)生沖擊電流。產(chǎn)生沖擊電流。三、準同期并列三、準同期并列 1 并列條件推導并列條件推導（1） 基本條件基本條件XGXGXGhXGXGhUUEEEEIXXjEEI00)(要求（2）一般向量推廣）一般向量推廣 0120Um0（3

5、）理想并列條件，）理想并列條件，n幅值相等：幅值相等：UG=UXn頻率相等：頻率相等：G=X（=2f）n相角相等：相角相等：e=0（G=X）2 并列條件分析并列條件分析（1）UGUX，fG=fX，e=0（2）UG=UX，fGfX，e=0（3）UG=UX，fG=fX，e0（1）UGUX，fG=fX，e=0 max55. 2)(28 . 1dsdxGhXUXUUI 當當UGUx去磁，并列后立即帶無功負荷；當去磁，并列后立即帶無功負荷；當UGUx助磁，助磁，并列后立即從系統(tǒng)吸收無功功率。如果并列后立即從系統(tǒng)吸收無功功率。如果U很大，則很大，則 過大過大時，將會引起發(fā)電機定子繞組發(fā)熱，或定子繞組端部在

6、電時，將會引起發(fā)電機定子繞組發(fā)熱，或定子繞組端部在電動力的作用下受損。動力的作用下受損。 hI（2）UG=UX，fG=fX，e0 如果如果很大，沖擊電流很大，其有功分量很大，沖擊電流很大，其有功分量電流在發(fā)電機軸上產(chǎn)生沖擊力矩，嚴重時損壞電流在發(fā)電機軸上產(chǎn)生沖擊力矩，嚴重時損壞發(fā)電機。同步并列操作允許的合閘相位差不應(yīng)發(fā)電機。同步并列操作允許的合閘相位差不應(yīng)超過去超過去5。2sin255. 2I heqxXU（3）UG=UX，fGfX，e=0 發(fā)電機在頻差較大的情況下并入系統(tǒng)，立即發(fā)電機在頻差較大的情況下并入系統(tǒng)，立即帶上較多正的（或負的）有功功率，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生帶上較多正的（或負的）有功功率，對轉(zhuǎn)

7、子產(chǎn)生制動（或加速）的力矩，使發(fā)電機產(chǎn)生振動，嚴制動（或加速）的力矩，使發(fā)電機產(chǎn)生振動，嚴重時導致發(fā)電機失步，造成并列不成功。允許頻重時導致發(fā)電機失步，造成并列不成功。允許頻率差范圍為額定頻率的率差范圍為額定頻率的0.2%0.5%,0.10.25Hz發(fā)電機準同步并列的實際條件：發(fā)電機準同步并列的實際條件：(1)待并發(fā)電機與系統(tǒng)電壓幅值接近相等，電壓差待并發(fā)電機與系統(tǒng)電壓幅值接近相等，電壓差不應(yīng)超過額定電壓的不應(yīng)超過額定電壓的5%10%。(2)在斷路器合閘瞬間，待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電在斷路器合閘瞬間，待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的相位差應(yīng)接近零，誤差不應(yīng)大于壓的相位差應(yīng)接近零，誤差不應(yīng)大于5。(3)

8、待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的頻率應(yīng)接近相等，待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的頻率應(yīng)接近相等，頻率差不應(yīng)超過額定頻率的頻率差不應(yīng)超過額定頻率的0.2%0.5%。復(fù)習與思考復(fù)習與思考1. 并列的方法有哪兩種？如何定義？各有何特點？并列的方法有哪兩種？如何定義？各有何特點？ 2. 準同步并列的條件有哪些？如果不滿足這些條件，準同步并列的條件有哪些？如果不滿足這些條件，會有什么后果？會有什么后果？3. 為什么要在為什么要在=0之前提前發(fā)合閘脈沖？之前提前發(fā)合閘脈沖？4. 自動準同步裝置的任務(wù)是什么？自動準同步裝置的任務(wù)是什么？第二節(jié)第二節(jié) 準同期并列的基本原理準同期并列的基本原理 =基本知識點基本知識點=n脈

9、動電壓脈動電壓 n準同期并列條件準同期并列條件 n合閘條件的計算合閘條件的計算 n準同期并列裝置準同期并列裝置 一、脈動電壓一、脈動電壓1 電網(wǎng)電壓與發(fā)電機電壓幅值相等的情形電網(wǎng)電壓與發(fā)電機電壓幅值相等的情形 )2cos()2sin(2)sin()sin(ttUuuutUutUuXGXGGXGSXXXXGGGG)2sin(2)2cos(tUUtUuXGGSXGSS工頻時：)2cos(2)2sin(tUUtUuXGGSXGSS低頻時：其中，其中，uS的周期的周期Ts2/G，US的周期的周期TS2/S 。)05.1cos()05.0sin(20.11.01.1tutUuNbNGaNXGSNXNG2

10、 電網(wǎng)電壓與發(fā)電機電壓幅值不等電網(wǎng)電壓與發(fā)電機電壓幅值不等 XGSSXGSSSXGXGSXXXGGGSUUUktUUUkttUUUUUtUtUu時，時，) 12( ,2 , 0)cos(2)sin()sin(223 對比分析對比分析 USTSUG=UXUSTSUGUXUG+UX|UG+UX|二、利用電壓差檢測準同期并列條件二、利用電壓差檢測準同期并列條件 從理論上講，按上述條件可以實現(xiàn)準同期并從理論上講，按上述條件可以實現(xiàn)準同期并列，考慮到工程實際，具體問題需要處理（列，考慮到工程實際，具體問題需要處理（tC，tQF），并且），并且S與與e的計算不是獨立的。的計算不是獨立的。 計算值計算值判斷

11、條件判斷條件理想條件理想條件Usmin=|UG-UX|UsminUSyUS=0s=2fsssyS=0t=tYJe=tYJse=0三、合閘條件的計算三、合閘條件的計算 1 越前時間越前時間tYJ tYJ =tC+ tQF自動裝置自動裝置斷路器斷路器2 允許滑差允許滑差sy QFCeysytt3 合閘條件計算過程合閘條件計算過程Step 1：計算計算Usmin，如果，如果UsminUSy轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)Step 2；否則；否則調(diào)整調(diào)整G來改變來改變UGStep 2：sy的計算的計算Step 3：如果如果ssy繼續(xù)繼續(xù)Step 4；否則調(diào)整；否則調(diào)整G來改變來改變G，s=G-XStep 4：e的計算：的計算：

12、e=tYJsStep5：eey合閘；否則調(diào)整合閘；否則調(diào)整G來改變來改變G，從而，從而e 四、準同期并列裝置四、準同期并列裝置 1、全全自動準同期并列自動準同期并列（1）頻差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，從而改）頻差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，從而改變頻差；變頻差；（2）電壓差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁，從而）電壓差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁，從而改變壓差；改變壓差；（3）合閘信號控制單元：選擇合適合閘時間）合閘信號控制單元：選擇合適合閘時間2 、半自動準同期并列、半自動準同期并列（1）調(diào)壓：手動）調(diào)壓：手動（2）調(diào)頻：手動）調(diào)頻：手動（3）合閘：自動）合閘：自動3 手動準同期并列手動準同期并列（1）調(diào)

13、壓：手動）調(diào)壓：手動（2）調(diào)頻：手動）調(diào)頻：手動（3）合閘：手動）合閘：手動第三節(jié)第三節(jié) 恒定越前時間并列裝置恒定越前時間并列裝置 =基本知識點基本知識點=n線性整步電壓線性整步電壓 n檢測原理及裝置檢測原理及裝置一、線性整步電壓一、線性整步電壓1 形成電路形成電路（1）整形電路：將正弦波轉(zhuǎn)化為方波；）整形電路：將正弦波轉(zhuǎn)化為方波；（2）相敏電路：相等于與門，）相敏電路：相等于與門，UG與與UX同相時輸同相時輸出出1，不同時輸出，不同時輸出0；（3）濾波電路：平滑）濾波電路：平滑Uy的波形；的波形； UG與與UX的對比分析的對比分析2 特點特點（1）分段線性：）分段線性：0,與與-,0；（2）

14、與發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓的幅值無關(guān)；）與發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓的幅值無關(guān)； 3 解析式解析式, 0)(0 ,)(eslmsleslmslUUUU4波形波形slUGUXUyUttttt0（1）usl最大值對應(yīng)最大值對應(yīng)=0或或360，最小值對應(yīng)，最小值對應(yīng)=180。所以線性整步電壓包含了相角差。所以線性整步電壓包含了相角差信息量。信息量。（2）usl波形和頂值電壓與波形和頂值電壓與uG、uX 的幅值無關(guān)，的幅值無關(guān)，不包含壓差信息量。不包含壓差信息量。（3）usl的斜率與的斜率與fs成正比，包含了頻差信息量。成正比，包含了頻差信息量。二、檢測二、檢測 1 恒定越前時間恒定越前時間（1）檢測電路（比例

15、）檢測電路（比例-微分回路和電平檢測器）微分回路和電平檢測器）（2）動作原理）動作原理輸入輸入Usl中間輸出中間輸出UR2輸出輸出tYJ，動作，動作檢測電路（3）相關(guān)計算）相關(guān)計算 UR2的計算（疊加原理）的計算（疊加原理） )(2122122tURRRURRRUsslmslRsslmslmCslCCRURRRRCRRRRdtduCRRRRdtduCURRRRIRIU212121212121212112 2 222RRRUUUtYJ的計算的計算slmsslmYJsslmURRRRRRRCURRRtU2122121212)()(1111負號表示提前CRtCRtYJsYJs2 恒定越前相角（滑差恒

16、定越前相角（滑差s）（1）檢測裝置（類似時間裝置）檢測裝置（類似時間裝置）（2）檢測原理）檢測原理 （3）tA的計算的計算 ，相角先，時間后，同時，相角后，時間先，YJAsYsYJAsYsYJAsYsYJssYAAseYJsYtttttttttt恒定越前相角檢測原理3 壓差檢測壓差檢測 對對UG與與UX進行比較進行比較當當|UG-UX|UsY發(fā)運行信號；發(fā)運行信號；否則調(diào)節(jié)勵磁否則調(diào)節(jié)勵磁復(fù)習與思考復(fù)習與思考1.何謂整步電壓？何謂整步電壓？2.說明全波線性整步電壓的特點說明全波線性整步電壓的特點第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式并列裝置數(shù)字式并列裝置=基本知識點基本知識點=n模擬式并列裝置不足之處模擬式并列

17、裝置不足之處n數(shù)字式并列裝置主要特點數(shù)字式并列裝置主要特點n數(shù)字式并列裝置的硬件電路數(shù)字式并列裝置的硬件電路數(shù)字式并列裝置的軟件電路數(shù)字式并列裝置的軟件電路一、模擬式并列裝置的不足之處一、模擬式并列裝置的不足之處 在一個滑差周期在一個滑差周期Ts時間內(nèi)把時間內(nèi)把s s假設(shè)為恒定。假設(shè)為恒定。而數(shù)字式并列裝置可以克服這一假設(shè)的限局性，采用較為精確的公式，考慮相角差e可能具有加速運動等問題，能按照e當時的變化規(guī)律，按最佳的越前時間發(fā)出合閘信號，可以縮短并列操作的過程，從而提出了自動并列裝置的技術(shù)性能和運行可靠性。并列裝置引入了計算機技術(shù)后，可以較方面地應(yīng)用檢測和診斷技術(shù)對裝置進行自檢，提高了裝置的

18、維護水平。二、數(shù)字式并列裝置定義及主要特點二、數(shù)字式并列裝置定義及主要特點1、定義：借助于微處理器的高速處理信息能力，利用編制的程序，在硬件配合下實現(xiàn)發(fā)電機并列操作。2、主要特點：由于利用微處理器具有高速運算功能和邏輯判斷能力，使對機組的調(diào)節(jié)更加快速，更加精確。三、數(shù)字式并列裝置硬件電路三、數(shù)字式并列裝置硬件電路（一）硬件電路（一）硬件電路主機、輸入、輸出接口和輸入、輸出過程通道主機、輸入、輸出接口和輸入、輸出過程通道 1、主機、主機 CPU和存貯器（和存貯器（RAM、ROM）一起稱為）一起稱為主機。變量存放在主機。變量存放在RAM內(nèi)，固定的參數(shù)和設(shè)內(nèi)，固定的參數(shù)和設(shè)定值定值確定理想導前相角，使合閘瞬間沖擊電流確定理想導前相角，使合閘瞬間沖擊電流以及編制的程序，則固化存放在以及編制的程序，則固化存放在ROM內(nèi)。斷內(nèi)。斷路器合閘時間、頻率差和電壓差允許值、轉(zhuǎn)差路器合閘時間、頻率差和電壓差允許值、轉(zhuǎn)差角加速度計算系數(shù)、頻率和電壓控制調(diào)節(jié)的脈角加速度計算系數(shù)、頻率和電壓控制調(diào)節(jié)的脈沖寬度等，存放在沖寬度等，存放在EPROM中。中。2、輸入、輸出接口電路、輸入、輸出接口電路 完成信息傳遞任務(wù)完成信息傳遞任務(wù) 3、輸入、輸出過程通道、輸入、輸出過程通道A.輸入通道輸入通道并列裝置在現(xiàn)場工作輸入信息有：并列裝置在現(xiàn)場工作輸入信息有：1）狀態(tài)量輸入。并列點兩