第一章 同步發(fā)電機的自動準同期

第一章

同步發(fā)電機的自動準同期第一節(jié)概述=======基本知識點=======并列的基本概念準同期并列和自同期并列自動準同期裝置的功能一、并列操作的基本概念電力系統(tǒng)運行中，任一母線電壓瞬時值可表示為式中:

——電壓幅值

ω——電壓的角速度

Φ——初相角§1.1概述并列操作

如圖所示，一臺發(fā)電機組在投入系統(tǒng)之前，它的電壓與并列母線電壓的狀態(tài)往往不等，須對待并發(fā)電機組進行適當?shù)恼{(diào)整，使之符合并列條件后才允許斷路器合閘作并網(wǎng)運行。

這一系列操作稱為并列操作。檢測調(diào)整并網(wǎng)§1.1概述同步發(fā)電機組并列時遵循的原則：并列操作的重要性:(1)操作頻繁(2)不恰當操作后果嚴重（大型機組）§1.1概述并列方法分類:(1)準同期并列：（一般采用）If→合閘→暫態(tài)→同步過程：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。優(yōu)點：是沖擊電流??；不足：并列時間較長且操作復雜。(2)自同期并列：無If→UN→合閘→加If→暫態(tài)→同步過程：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、同步力矩的作用下將發(fā)電機拉入同步，完成并列操作。優(yōu)點：并列時間短且操作簡單。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?！?.1概述§1.1概述§1.1概述分析機組并列時偏離理想條件所引起的后果§1.1概述沖擊電流概念：在短路后約半個周波（0.01秒）時將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時值，稱為沖擊電流。計算公式：，KM-沖擊系數(shù)，發(fā)電機端取1.8；—沖擊電流有效值

，Ih.max-沖擊電流最大值。物理意義：它會產(chǎn)生很大的電動力（在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的電動力與其平方成正比），其大小可用來校驗電工設(shè)備在發(fā)生短路時機械應力的動穩(wěn)定性。§1.1概述+XX+XXXX—電力系統(tǒng)等值電抗<(1~2)Ie§1.1概述沖擊電動力對發(fā)電機定子繞組端部機械產(chǎn)生危害！§1.1概述+XX—發(fā)電機交軸次暫態(tài)電動勢此時發(fā)電機為空載情況§1.1概述沖擊電動力使機組聯(lián)軸受到突然沖擊！§1.1概述（三）頻率不相等并列合閘時：電壓幅值相等；頻率不相等滑差越大，并列時沖擊就越大，嚴格限值：操作手冊一般取10～16s.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，電壓差不應超過額定電壓的5%~10%。(2)在斷路器合閘瞬間，待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的相位差應接近零，誤差不應大于5°。(3)待并發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的頻率應接近相等，頻率差不應超過額定頻率的0.2%~0.5%。三、準同期并列裝置

1全自動準同期并列（1）頻差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，從而改變頻差；（2）壓差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁，從而改變壓差；（3）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（1）調(diào)壓：手動（2）調(diào)頻：手動（3）合閘：自動3手動準同期并列（1）調(diào)壓：手動（2）調(diào)頻：手動（3）合閘：手動第二節(jié)準同期并列的基本原理=======基本知識點=======脈動電壓自動準同期裝置組成準同期并列合閘信號的控制一.脈動電壓UG=UX§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理可見：

脈動電壓波形中載有準同期并列所需檢測的信息——

電壓幅值差、頻率差、相角差隨時間變換的規(guī)律。所以：

可以利用脈動電壓檢測準同期并列的條件?！?.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理表明：

合閘時間即使掌握的非常理想，并列點兩側(cè)有電壓幅值差存在時仍會導致沖擊電流（正比）。結(jié)論：必須限制電壓差幅值，作為并列條件之一?！?.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理缺點：假設(shè)一個滑差周期內(nèi)，Ws保持穩(wěn)定，結(jié)論：

測量

Ts的值可以檢測待并發(fā)電機組與電網(wǎng)間的滑差角頻率ws的大小，即頻率差的大小。但實際并不一定，還應考慮相角差加速度dWs/dt?！?.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理調(diào)速器勵磁控制器是否有必要？是否改成三個單元信息線？§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理可整定2、允許電壓差US=(0.1~0.15)UN§1.2準同期并列的基本原理3、允許滑差角頻率越前相角值隨ws變化§1.2準同期并列的基本原理理論上可以實現(xiàn)合閘相角差為零§1.2準同期并列的基本原理（2－17）§1.2準同期并列的基本原理§1.2準同期并列的基本原理考慮并列時電壓可能超過額定電壓的5％§1.2準同期并列的基本原理第三節(jié)恒定越前時間裝置=======基本知識點=======線性整步電壓信號的實時檢測頻率差和電壓差的調(diào)整合閘信號控制邏輯最佳恒定越前時間§1.3恒定越前時間并列裝置一、線性整步電壓前已述：脈動電壓可為自動并列裝置檢測和控制提供所需信息。整步電壓——自動并列裝置檢測并列條件的電壓。合閘信號何時發(fā)出?如何實現(xiàn)？§1.3恒定越前時間并列裝置1.正弦型整步電壓——電壓差uS的正弦型包絡(luò)線。

若：

若：KZ——整流系數(shù)tYJwSUS§1.3恒定越前時間并列裝置特點：正弦型整步電壓不僅是相角差的函數(shù)，還與電壓差有關(guān)。此并列條件檢測引入誤差成為合閘誤差的原因之一。應用：早期曾采用，現(xiàn)已被“線性整步電壓”替代。§1.3恒定越前時間并列裝置2.2.線性整步電壓§1.3恒定越前時間并列裝置2.因此：越前時間信號和頻率差的檢測不受電壓幅值的影響，提高了并列裝置的控制性能。2.線性整步電壓§1.3恒定越前時間并列裝置全波線性整步電壓整形電路：形成方波相敏電路濾波電路§1.3恒定越前時間并列裝置線性整步電壓如何形成？§1.3恒定越前時間并列裝置整形電路相敏電路電壓變換低通濾波器射級跟隨器§1.3恒定越前時間并列裝置§1.3恒定越前時間并列裝置二、信號的實時檢測模擬方案：電壓信號的變換、比較等電路實現(xiàn)數(shù)字方案：CPU采樣、脈沖計數(shù)、計算分析（*）§1.3恒定越前時間并列裝置1.相角差線性整步電壓與相角差的對應關(guān)系是從寬度不等的矩形波經(jīng)濾波處理后獲得的。

缺點：（1）濾波引入誤差；（2）一個滑差周期內(nèi)，假設(shè)Ws保持穩(wěn)定，但實際并不一定，還應考慮相角差加速度dWs/dt。解決辦法：數(shù)字式自動并列裝置可以發(fā)揮高速運算優(yōu)勢，充分利用相角差軌跡信息，提高并列裝置的合閘控制技術(shù)水平。§1.3恒定越前時間并列裝置（2）實時記錄矩形波寬度，得到相角差的運動軌跡，其載有除電壓幅值外極其豐富的并列條件信息，其作用與整步電壓相似。（1）取消濾波，整流后直接讀取脈沖寬度；當前相角差、滑差角頻率、相角差加速度、恒定越前時間的最佳合閘導前相角差等。

利用微機實現(xiàn)相角差測量的方案：注意與全波線性整步電壓中區(qū)別§1.3恒定越前時間并列裝置與全波線性整步電壓區(qū)別：§1.3恒定越前時間并列裝置1、整形電路相位2、異或電路輸出3、相角差和矩形寬度關(guān)系4、不用濾波

[-PI~PI][0~2PI]相角差為0：脈沖寬度有效判別區(qū)§1.3恒定越前時間并列裝置§1.3恒定越前時間并列裝置2.頻率差線性整步電壓也可用于頻率差的檢測但具有與前述一樣的缺點方法1——相角差軌跡中含有滑差角頻率的信息：§1.3恒定越前時間并列裝置方法2——直接測量兩并列電壓頻率，求取頻率差值以及頻率高、低的信息：§1.3恒定越前時間并列裝置fc:計數(shù)脈沖頻率頻率差和相角差檢測電路中，不載有并列點兩側(cè)電壓幅值的信息，所以需要設(shè)置專門的電壓差檢測電路。方法——直接讀入并列點兩側(cè)電壓幅值，然后計算差值?！?.3恒定越前時間并列裝置3.電壓差（1）直接交流采樣；（2）采用傳感器芯片（AD536A)——把交流電壓均方根值轉(zhuǎn)換為低電平直流信號?！?.3恒定越前時間并列裝置§1.3恒定越前時間并列裝置三、頻率差和電壓差的調(diào)整§1.3恒定越前時間并列裝置1.頻率差調(diào)整任務：將待并發(fā)電機的頻率調(diào)整到接近于電網(wǎng)頻率，使頻率差趨向并列條件允許的范圍，以促進并列的實現(xiàn)。（1），發(fā)升速脈沖；（2），發(fā)減速脈沖；調(diào)節(jié)準則：比例調(diào)節(jié)準則。（1）頻率差大，發(fā)出的調(diào)節(jié)量相對大些；（2）頻率差小，發(fā)出的調(diào)節(jié)量相對小些；頻差控制單元組成：§1.3恒定越前時間并列裝置（1）頻率差測量部分——

判別頻率差值大小，作為是否需要調(diào)速的依據(jù)；判斷頻率大小關(guān)系，作為發(fā)升速或降速脈沖的依據(jù)；（2）調(diào)節(jié)量控制部分——比例脈沖調(diào)節(jié)制：每一個滑差周期內(nèi)發(fā)一次寬度恒定的增速或減速脈沖，控制輸出均頻脈沖時間的占用率與頻差成正比——頻差大時，脈沖次數(shù)較為頻繁，原動機單位時間內(nèi)改變量較大。

調(diào)節(jié)對象：發(fā)電機調(diào)速器?？刂齐姍C：§1.3恒定越前時間并列裝置（2）伺服電動機（執(zhí)行電動機）

在自控系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。

原理：驅(qū)動器控制的三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子（永磁鐵）在此磁場作用下轉(zhuǎn)動；同時電動機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度?！?.3恒定越前時間并列裝置（3）步進電動機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。原理：當步進電機接收到一個脈沖信號，就驅(qū)動其按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。脈沖個數(shù)——角位移量，達到準確定位的目的；脈沖頻率——速度、加速度，進行調(diào)速。2.電壓差調(diào)整任務：在并列操作過程中自動調(diào)節(jié)待并發(fā)電機的電壓值，使電壓差條件符合并列的要求?！?.3恒定越前時間并列裝置（1），發(fā)升壓脈沖；（2），發(fā)降壓脈沖；實施原理、原則：與頻率差調(diào)整相似?！?.3恒定越前時間并列裝置四、合閘信號控制邏輯恒定越前時間準同期并列裝置中的合閘信號控制單元由下列環(huán)節(jié)組成：滑差角頻率檢測電壓差檢測越前時間信號發(fā)生§1.3恒定越前時間并列裝置電壓不允許滑差不允許H1越前時間信號Y1（合閘信號）110X0100X0010X00010000111§1.3恒定越前時間并列裝置判別區(qū)：§1.3恒定越前時間并列裝置五、最佳恒定越前時間一個滑差周期內(nèi)，假設(shè)Ws保持穩(wěn)定，但實際并不一定，還應考慮相角差加速度dWs/dt。數(shù)字式自動并列裝置可以發(fā)揮高速運算優(yōu)勢，充分利用相角差軌跡信息，提高并列裝置的合閘控制技術(shù)水平。圖—>式—>tDC=tYJ§1.3恒定越前時間并列裝置§1.3恒定越前時間并列裝置

由于兩相鄰計算點間的變化甚微，因此一般可經(jīng)若干計算點后才計算一次，所以：§1.3恒定越前時間并列裝置有效判別區(qū)§1.3恒定越前時間并列裝置錯過合閘時機P22,圖1-26定