同步發(fā)電機自動準同期

信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering同步發(fā)電機自動準同期1

2同步發(fā)電機自動并列的條件和原則1.準同期自動并列的分析2.準同期自動并列裝置的實現(xiàn)原理3.信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering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:Um——電壓幅值

ω——電壓的角速度

Φ——初相角3信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering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(dāng)?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。

4檢測調(diào)整并網(wǎng)信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering并列操作的重要性:5

同步發(fā)電機組并列時遵循的原則：(1)操作頻繁(2)不恰當(dāng)操作后果嚴重（大型機組）信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering6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(dāng)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(fù)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。信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering7發(fā)電機準同期并列條件的分析發(fā)電機G電壓系統(tǒng)電壓兩者的電壓差稱為滑差電壓~ABQF0QF信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering8發(fā)電機并列的理想條件并列斷路器兩側(cè)電源電壓的三個狀態(tài)量全部相等。123信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering9發(fā)電機并列時偏離理想條件所引起的后果電壓幅值差

設(shè)，頻率與相角相等。

此時沖擊電流，主要為無功分量。最大值相角差設(shè)，頻率與電壓相等。此時沖擊電流，較小時，主要為有功分量。

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基于三電平的光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器研究StudyoftheInverterofPVpowergenerationsystemBasedonThree-Level下面分析如果同步發(fā)電機組并列時偏離理想條件所引起的后果。

101、電壓幅值差

并列時的電壓相量如圖所示。沖擊電流主要為無功電流分量。沖擊電流的電動力對發(fā)電機繞組產(chǎn)生影響，由于定子繞組端部的機械強度最弱，所以須特別注意對它所造成的危害。由于并列操作為正常運行操作，沖擊電流最大瞬時值限制在1～2倍額定電流以下為宜。2、合閘瞬間存在相角差。當(dāng)相角差較小時，這種沖擊電流主要為有功電流分量，說明合閘后發(fā)電機與電網(wǎng)間立刻交換有功功率，使機組聯(lián)軸受到突然沖擊，這對機組和電網(wǎng)運行都是不利的。為了保證機組安全運行，一般將有功沖擊電流限制在較小數(shù)值。

011頻率不相等滑差角頻率滑差頻率

脈動周期

脈動電壓:假定:脈動電壓的幅值:UsusTst信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering12頻率不相等

設(shè)并列合閘時，電壓幅值相等；頻率不相等。斷路器兩側(cè)電壓相量如圖所示。這時斷路器DL兩側(cè)電壓差為脈動電壓。其大小如公式所示。脈動電壓波形可以看成是幅值為US，頻率接近于工頻的交流電壓波形。由此可見，us為正弦脈動波，其最大幅值為2UG(或2Ux)。us的瞬時值波形如圖所示。如設(shè)想系統(tǒng)電壓Ux固定，而待并發(fā)電機的電壓UG以滑差角頻率s對Ux轉(zhuǎn)動。當(dāng)相角差e從0到變動時，us的幅值相應(yīng)地從零變到最大值2UG，當(dāng)e從到2變動(重合)時，us的幅值又從最大值回到零。轉(zhuǎn)動一圈的時間為脈動周期Ts。脈動電壓周期、滑差頻率和滑差角頻率都可用來表示待并發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率之間相差的程度。相角差是時間的函數(shù)，所以并列時合閘相角差與發(fā)出合閘信號的時間有關(guān)。如果發(fā)出合閘信號的時間不恰當(dāng)，就有可能在相角差較大時合閘，以致引起較大的沖擊電流。同時也可看到，如果發(fā)出合閘信號的時間恰當(dāng)，就有可能在兩電壓重合的時間合閘，從而使沖擊電流等于零。還需指出，如果頻率差較大，即使合閘時的相角差很小，滿足要求，但這時待并發(fā)電機需經(jīng)歷一個很長的暫態(tài)過程才能進入同步運行狀態(tài)，嚴重時甚至失步，因而也是不允許的。

信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering三、自同期并列

13自同期并列操作是將一臺未加勵磁電流的發(fā)電機組升速到接近于電網(wǎng)頻率，滑差角頻率不超過允許值，且機組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上并列斷路器，接著立刻合上勵磁開關(guān)KE，給轉(zhuǎn)子加上勵磁電流，在發(fā)電機電動勢逐漸增長的過程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā)電機組拉入同步運行。

KEUEQFGXxSystem信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering14引起沖擊電流；發(fā)電機母線電壓瞬時下降對其它用電設(shè)備的正常工作將產(chǎn)生影響。缺點：控制操作非常簡單，在電力系統(tǒng)發(fā)生事故、頻率波動較大的情況下，應(yīng)用自同期并列可以迅速把備用機組投入電網(wǎng)運行。優(yōu)點：信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering準同期并列的基本原理15一、脈動電壓信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering16脈動電壓的幅值USTs1Ts2tUsTs1Ts2tUs1電壓幅值差2頻率差3合閘相角差的控制考慮到斷路器操作機構(gòu)和合閘回路控制電器的固有動作時間，必須在兩電壓相量重合之前發(fā)出合間信號。US中載有的準同期并列所需檢測的信息信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering17二、準同期并列裝置并列裝置的構(gòu)成自動化程度一般分為頻率差控制單元電壓差控制單元合閘信號控制單元半自動全自動信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering18自動準同期并列裝置三個控制單元(1)檢測電壓間的滑差角頻率,且調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速,使發(fā)電機的頻率接近于系統(tǒng)頻率。(2)檢測電壓值差,且調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓,使兩電壓的差值小于規(guī)定允許值。(3)檢查并列條件,條件滿足時發(fā)出合閘信號。

電源G升速減速升壓降壓并列斷路器合閘頻率差控制單元電壓差控制單元合閘信號控制單元與門提前量信號形成電壓差允許頻率差允許合閘信號信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering19三、準同期并列合閘信號的控制邏輯（一）恒定越前相角準同期

提前量信號取某一恒定相角。斷路器的合閘時間為。同期裝置動作時間為。最佳滑差角頻率過零后合閘過零時合閘過零前合閘信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering20（二）恒定越前時間準同期

提前量信號取恒定時間3sw理論上可以完全無沖擊，但是動作時間存在誤差，設(shè)為允許合閘相角。所以，還是要限制信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering21邏輯關(guān)系滿足即可以合閘。必須在之前判定完畢。合閘信號控制單元裝置的控制邏輯越前時間信號電壓差不允許滑差不允許與門或非門合閘信號電壓差、頻率差判別區(qū)信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering22四、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（*）信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering23正弦整步電壓法采用與直接做差，得到正弦性的包絡(luò)線來判別。誤差較大。一、模擬方案兩種方法應(yīng)用于模擬式并列裝置中，實現(xiàn)檢測。線性整步電壓法采用三角波（線性）的整步電壓。不考慮電壓差，只考慮相角差。精度較好。信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering24（一）利用正弦整步電壓(脈動電壓的幅值)作測量信號的并列檢測方法脈動電壓的幅值Us相角差電壓差越前時間信號頻差檢測合閘誤差影響線性整步電壓的方法(相角差的特性)Ts1Ts2tUsTs1Ts2tUsGUsuxuG信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering25（二）線性整步電壓的產(chǎn)生半波線性整步電壓全波線性整步電壓信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering261

半波線性整步電壓VT1基極VT2基極a++-+---+---+信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering27ux2uuG2t半波線性整步采用濾波器，把高次諧波濾掉，獲得較為平滑的特性。但濾波器的時間常數(shù)將會影響其相移。全波線性整步電壓線路可以提高矩形的密度，從而減小濾波器的時間常數(shù)，進一步改善它的性能。

udt02ubt02e:0,矩形e

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2,矩形uat02信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering282

全波線性整步電壓uG正VT1導(dǎo)通A低ux正VT2導(dǎo)通B低A高B高Y高A低B低信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering29uGuAtuxuBtuAuBtuYtt-02usL信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering30（三）相角差

原理：矩形波的寬度（變化）與相對應(yīng)。在數(shù)字式準同期裝置中采用。分析：假設(shè)系統(tǒng)頻率為額定值50Hz，待并發(fā)電機頻率低于50Hz。計算公式：三角形上升邊三角形下降邊信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering312.頻率差線性整步電壓也可用于頻率差的檢測信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering32

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.電壓差（1）直接交流采樣；（2）使用傳感器芯片；信息與電氣工程學(xué)院SchoolofInformationandElectricalEngineering33二、數(shù)字型并列裝置組成交流電壓幅值測量頻率測量相角差測量主機輸入輸出接口電路輸出通道輸入通