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第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)

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CH2-同步发电机的自动并列

CH2-同步发电机的自动并列

抓服务, 促教学, 兴科研!
6
电气工程与控制科学学院
电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量 也越来越大，大型机组不恰当的并列操作将导致严重后果。 因此，对同步发电机的并列操作进行研究，提高并列操作的 准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。
同步发电机的并列遵循的原则： （1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时 最大值一般不超过１～２倍的额定电流。 （2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态， 其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
期并列操作和自同期并列操作的概念、特 点及其适用场合；
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2
电气工程与控制科学学院
第一节 概 述
一．并列操作的意义
1.并列操作 电力系统运行中，理想情况下，任一母线电压瞬时 值可表示为
u U msin(t )
(1-1)
式中 U m——电压幅值
——电压的角频率
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当初始角为零时，断路器两端的电压为：
其中
为滑差角频率
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电气工程与控制科学学院
并列的同步过程分析
当发电机的电压超前与 电网电压
=>发电机发出功率（发 电机状态），同时制动 减速
当发电机的电压落后与电 网电压
=>发电机吸收功率（电动 机状态），同时发电机加 速。
——初相角
(1-1)式反映了电网运行中该母线电压的幅值、频
率和相角。这三个重要参数常被指定为运行母线的
状态量。电网的电压也常用相量U 来表示。
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知识要点发电机自动并列

知识要点发电机自动并列

第三章电力系统频率及有功 功率的调节
1) 一次、二次、三次调频的概念及区别。 2) 发电机调差系数的计算。 3) 主导发电机法的功率分配方程式。 4) 积差调频法的功率分配方程式。 5) 分区调频法的功率分配方程式（TBC/FFC/FTC），以 两分区为例理解各种分区控制模式的组合。 5) 什么是AGC？ 6) 什么是EDC？ 7) 理解系统频率的动态特性？ 8) 掌握低频减载各轮次最佳断开功率的计算方法。
第二章同步发电机的励磁控 制系统
1) 同步发电机励磁系统由哪几部分组成? 2) 同步发电机感应电动势和励磁电流关系：等值电路 图和矢量图。 3) 励磁控制系统的基本任务，励磁系统是如何提高系 统稳定性的？ 4) 发电机的外特性及调差系数的定义，掌握外特性的 平移和斜率调整方法。 5) 掌握同步发电机励磁功率单元的性能指标？ 6) 同步发电机时间常数的计算，如何考虑磁通饱和的 影响。 7) 同步发电机对灭磁的要求及不同灭磁方法的原理。 8) 什么是进相运行？进相运行的限制条件?
第四章 电力系统电压调整和 无功功率控制技术
1) 电力系统的无功功率电源有哪些?各有什么特点。 2) 了解变电站九区域控制法的原理。 3）变压器调压的方法和计算步骤。 4) 并联电容器和同步调相机调压的方法和计算步骤。 5) 串联电容器组调压的方法和的发展历史
知识要点
第一章 发电机的自动并列
1)同步发电机并列有哪几种方式？ 2)同步发电机准同期并列与自同期并列有何区别？ 3)同步发电机准同期并列的理想条件是什么？ 4)理想条件不满足时同步发电机并列的影响。 5)同步发电机机端电压与电网电压差值的波形是什么形 式？ 6)允许合闸相角与允许合闸角速度的计算方法。 7)线性整步电压的特点，其形成电路由几部分组成？ 8)恒定越前时间的计算。

电力系统自动装置原理第02章同步发电机的自动并列(自动并列装置的工作原理)

电力系统自动装置原理第02章同步发电机的自动并列(自动并列装置的工作原理)

第二章同步发电机的自动并列1.概述2.准同期并列的基本原理3.自动并列装置的工作原理4.频率差与电压差的调整5.数字型并列装置的组成脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电压幅值差、频率差和合闸相角差。

但是，在实际装置中，却不能利用它检测并列条件。

因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。

这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。

逻辑关系满足即可以合闸。

必须在之前判定完毕。

YJt•装置的控制逻辑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U tYJt stω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。

GU •并列的检测信号&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X U &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。

整步电压自动并列装置监测并列条件的电压–正弦整步电压法–线性整步电压法X G U U =若：若X G U U ≠：K Z ——整流系数正弦整步电压法特点：正弦型整步电压不仅是相角差的函数，还与电压差有关。

此并列条件检测引入误差成为合闸误差的原因之一。

应用：早期曾采用，现已被“线性整步电压”替代。

线性整步电压法线性整步电压---指其幅值在一周期内与相角差δe分段按比例变化的电压。

注意：线性整步电压只与发电机电压和系统电压的相角差δe 有关，而与它们的幅值无关。

线性整步电压的表达式:U sl 的上升段)0,0)(()(sl≤≤≤−+=+=t t U U e s slme slmUδπωππδππ)0,0)(()(sl≥≤≤−=−=t t U U s slme slmUπδωππδππfS s T Δ=Δ==1f 222ππωπU slm ---U sl 的最大值U sl 的周期T S 表征发电机电压和系统电压频率差△f的大小：U sl 的下降段线性整步电压法2.因此：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。

电力系统自动装置第二章_自动并列教材

电力系统自动装置第二章_自动并列教材
通过对 U Smin 的测量就可以判断QF两端电压幅值差是否 超出允许值。
为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制， 作为并列条件之一。
2019/4/20 25/54
2 脉动电压—并列检测频率差
与U 之间的频率差就是脉动电压U 的频率 f ， U G X S S 他与滑差角频率 S 存在关系：
2019/4/20 9/54
实际并列条件之一——电压幅值差
并列时的电气状态：
fG f X

e 0
UG U X
可以计算得到冲击电流最大瞬 时值：
max ih 1.8 2 U G U X 2.55U S Xd Xd
I h
U X
U G
UG U X Xd
S 2 f S
S反映了频率差 f S 的大小，要求 S 小于允许值，就 相当于要求脉动电压周期 TS 大于一个给定值。
例如：设滑差角频率 Sy 0.2% N
Sy
2 f N 0.2 0.2 rad / S 100
f N 50Hz
TS 2
第二章 同步发电机的自动并列
第二章 同步发电机的自动并列
重点讲解发电机同步准同期 并列的自动化原理. 这是将同 步发电机投入电网进行并列运 行以组成电力系统的基本步骤.
2019/4/20 2/54
第二章 同步发电机的自动并列
一、概述(同步并列和准同期概念) 二、准同期并列的基本原理 三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置
X
u S U mG sinG t 1 U mX sin X t 2 1 2 0
G t 1
G X G X u S 2U mG sin t cos t 2 2 G X U S cos t 脉动电压的幅值 2

电力系统自动装置第二章_自动并列

电力系统自动装置第二章_自动并列

X
u S U mG sinG t 1 U mX sin X t 2 1 2 0
G t 1
G X G X u S 2U mG sin t cos t 2 2 G X U S cos t 脉动电压的幅值 2
利用脉动电压可以为自动并列装臵提供鉴别并列条件 的信息和选择合适的合闸信号发出时间。
2014-10-5 24/54
2 脉动电压—并列检测电压幅值差
1、并列检测条件之一——电压幅值差：
电压幅值差 U mG U mX 对应于脉动电压 U S 波形的最小幅 值
U Smin U mG U mX
第二章 同步发电机的自动并列
第二章 同步发电机的自动并列
重点讲解发电机同步准同期 并列的自动化原理. 这是将同 步发电机投入电网进行并列运 行以组成电力系统的基本步骤.
2014-10-5 2/54
第二章 同步发电机的自动并列
一、概述(同步并列和准同期概念) 二、准同期并列的基本原理 三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置
发电机发出 功率
e 0
S 0
发电机吸收 功率
S 0
e 0
S 0
2014-10-5 17/54
自同期并列
自同期并列就是将一台未加励磁电流的发电机组升速
到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，而且， 在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并 列断路器QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电 流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将 并列发电机拉入同步状态。 优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。
发电机端电压为 U G

电力系统自动装置原理：第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)

电力系统自动装置原理：第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)

第四节 频率差和电压差的调整
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的
电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） UG < U X ，发升压脉冲； （2） UG > U X ，发降压脉冲；
•实施原理、原则：与频率差调整相似。
主要内容
1. 概述 2. 准同期并列的基本原理 3. 自动并列装置的工作原理 4. 频率差与电压差的调整 5. 数字型并列装置的组成
) 重点：
并列操作的两种方式； 准同期并列的理想条件；
自动准同期装置的组成；
恒定越前时间并列装置的基本原理 ；
微机式准同期装置的原理与优点。
本章作业：
1、 什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基 本原则。 2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？ 3、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有 关，应当如何整定? 4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任 务是什么? 5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？ 6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检 测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。
第五节 数字式并列装置
一、概述
用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并 列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上 已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。
模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内， 把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性 ，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的 越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。
原理：驱动器控制的三相电形成电磁场， 转子（永磁铁）在此磁场作用下转动； 同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。

第2讲同步发电机的自动并列-PPT文档资料

2019/3/21
North China Electric Power University
page3
1 脉动电压— QF两侧电压相量幅值相等
（1）QF两侧电压相量幅值相等
j
U X
X
可以得到脉动电压：
U S
e
G
U G
u U S Scos
S mG
G X
2
2
t
t t S S U 2 U sin 2 U sin
为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制， 作为并列条件之一。
2019/3/21
North China Electric Power University
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2 脉动电压—并列检测频率差
U G 与 U X 之间的频率差就是脉动电压U S 的频率 f S ， 他与滑差角频率 S 存在关系：
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1 脉动电压—利用脉动电压检测准同期并列条件
（3）利用脉动电压检测准同期并列条件
在脉动电压波形中，载有准同期并列所需检测的信息
—— 电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差（随时间变化的规律） 相角差（随时间变化的规律） 利用脉动电压可以为自动并列装置提供鉴别并列条件 的信息和选择合适的合闸信号发出时间。
X i X hm q X 2 arcsin ey 2 1 . 82 E q
2019/3/21
North China Electric Power University
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4 例题
某发电厂采用自动准同期并列方式与系统进行 并列，系统的参数已经归算到以发电机额定容量为 基准的标幺值。一次系统的参数为：发电机交轴次 0.125，系统的等值机组的交轴次暂 暂态电抗 X q为 态电抗与线路电抗为0.25，断路器合闸时间 为 % tQF 0.5s，他的最大可能误差时间为 20 ，自动并 列装置最大误差时间为±0.05s，待并发电机允许的 2IGN 冲击电流为 ihm 试计算允许合闸误差角 ey 允许滑差角频率 相应的脉动电压周期

第二章 同步发电机的自动并列

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：
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。
❖ 提示：
合闸相角差表达式为：
先不考虑提前量，则有：
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。
❖ 例见书中2-1.
第三节、自动并列装置的工作原理
• 一、装置的控制逻辑
越前时间信号
电压差不允许 或
滑差不允许
非 门
与门
合闸信号
逻辑关系满足即可以合闸 。
❖ 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＋0.1cost Hz， f联2=操50作+0，.1设si远n2程t H通z，讯现和准继备电进器行动恒作定时越间前之时和间为准0.1同4期秒互， 求调度中心发出合闸信号的时刻。
准同期并列的基本原理
~
0
发电机G电压 系统电压 两者的电压差称为滑差电压
概述
• 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
• 频率差——脉动电压的表现形式
设
，电压的幅值相等。
滑差频率 脉动周期
脉动电压幅值
概述
• 相量图

《同步发电机的自动并列》练习参考答案

第二章《同步发电机的自动并列》练习参考答案(共8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第二章 《同步发电机的自动并列》练习参考答案一、名词解释1．并列操作答：将发电机并入电力系统参加并列运行的操作。

2．准同步并列答：发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。

3．自同步并列答：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。

4．同步点答：可以进行并列操作的断路器。

5．滑差、滑差频率、滑差周期答：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差，用S ω表示，即X G s ωωω-=；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用f s 表示，即X G s f f f -=；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化3600所用的时间。

6．越前时间、恒定越前时间、恒定越前时间自动准同步装置答：越前时间：相对于︒=0δ提前(越前)的时间；恒定越前时间：相对于︒=0δ提前(越前)的时间，且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化；恒定越前时间自动准同步装置：由恒定越前时间脉冲发出合闸脉冲命令的自动准同步装置。

7．越前相角、恒定越前相角、恒定越前相角式自动准同步装置答：越前相角：相对于︒=0δ提前(越前)的相角；恒定越前相角：相对于︒=0δ提前(越前)的相角，且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化；恒定越前相角自动准同步装置：由恒定越前相角脉冲发出合闸脉冲命令的自动准同步装置。

8．整步电压、正弦整步电压、线性整步电压答：整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压，表达式2tsin 2s m zb ωU u =线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压，表达式⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<<⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-<<=S s s s T t T T t u T t t T u u 21220 2max zb,s max zb,zb 二、单项选择题1．准同步并列的方法是，发电机并列合闸前( C )，当( )时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。

同步发电机的自动并列


01
发电机并入系统时的冲击电流和冲击功率
02
在合闸瞬间冲击电流周期分量有效值为
准同期各个条件对准同期并列的影响
电压幅值差的影响 冲击电流在数值上与电压差成正比。
相角差值的影响 合闸瞬间存在相角差，发电机必然要产生冲击电流 。
1
2
3
3.频率差值的影响
脉振电压Ud是频率接近于工频、振幅作脉动变化的电压，将系统电压US设为参考轴，则待并发电机电压UG将以滑差角频率ωd 相对US旋转，当相角差从0到π时， Ud相应的从零变到最大值；从π变到2π（重合时）时， Ud从最大值又回到零，旋转一圈的时间为脉振周期Td。
第四节 自动准同步装置的工作原理
频差大小及频差方向测量 频率的测量
二、压差大小及压差方向测量
三、合闸命令的发出
同期电压间的相角差测量
第五节 微机型自动准同步装置
自动准同期装置的功能
手动准同步装置 自动准同步装置
二、准同步装置的分类
第三节 自动准同步装置的基本构成
三、自动准同步装置的组成
按提前量的不同，准同步并列装置可分为恒定越前相角和恒定越前时间两种原理。
合闸信号控制单元的控制原则是当频率和电压都满足并列条件的情况下，在UG与US要 重合之前发出合闸信号。两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。
01
缺点：并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功，导致合闸瞬间系统电压下降较多，同时产生很大的冲击电流。
02
GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》规定：
01
“在正常运行情况下，同步发电机的并列应采用准同步方式；在故障情况下，水轮发电机可以采用自同步方式”
02
三、同步发电机并列操作的方法
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第二章 同步发电机的自动并列
1
主要内容
1. 2. 3. 4. 5.
概述 准同期并列的基本原理 自动并列装置的工作原理 频率差与电压差的调整 数字型并列装置的组成
第四节
频率差和电压差的调整
第四节
1. 频率差调整
频率差和电压差的调整
•任务：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的范围，以促进并列的实现。 （1） （2）
第五节
数字式并列装置
o 输入通道 ①交流电压幅值测量 方法一：由变送器将交流电压变换成直流电压，再经A/D转换送 入主机； 方法二：对交流电压直接采样，然后由计算求出它的有效值。 ②频率测量 方法：将交流电压信号变成方波，二分频后测其半波周期（由可 编程定时记数器完成）。 ③相位差测量 方法：将uG(t)和ux(t)经电压互感器后的同频、同相方波送入异或 门，然后用可编程定时记数器对输出的高电平进行记数，该记数 值反映了相位差的大小。 o 输出通道 由并行口输出的增速、减速、增压、减压、合闸脉冲信号经放 大后驱动继电器用触点控制相应电路。
f G < f X ，发升速脉冲； f G > f X ，发减速脉冲；
•调节准则：比例调节准则。 （1） 频率差大，发出的调节量相对大些； （2） 频率差小，发出的调节量相对小些；
第四节
频率差和电压差的调整
•频差控制单元组成： （1）频率差测量部分——
判别频率差值大小，作为是否需要调速的依据；判断频率大小关 系，作为发升速或降速脉冲的依据；
第四节
步进电动机
频率差和电压差的调整
是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
原理：当步进电机接收到一个脉冲 信号，就驱动其按设定的方向转动 一个固定的角度（即步进角）。 脉冲个数——角位移量，达到准确定位的目的； 脉冲频率——速度、加速度，进行调速。
第四节
频率差和电压差的调整
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的 电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） U G < U X ，发升压脉冲； （2） U G > U X ，发降压脉冲；
•实施原理、原则：与频率差调整相似。
主要内容
1. 2. 3. 4. 5.
概述 准同期并列的基本原理 自动并列装置的工作原理 频率差与电压差的调整 数字型并列装置的组成
第五节
数字式并列装置
一、概述
用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并 列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上 已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。 模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内， 把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性 ，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的 越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。 数字式并列装置由硬件和软件组成。
第五节 数字式并列装置
三、数字式并列装置的软件电路
1. 主程序
启动 自检出错？ 读取工作状态指令 转调试程序 转并列操作 并列地址确认？ 调用设定参数 转参数设置
2. 并列条件检测、 合闸基本要求；
) 重点：
并列操作的两种方式； 准同期并列的理想条件； 自动准同期装置的组成； 恒定越前时间并列装置的基本原理 ； 微机式准同期装置的原理与优点。
第五节
数字式并列装置
二、数字式并列装置的硬件电路
第五节
数字式并列装置
二、数字式并列装置的硬件电路
（一）主机 微处理器（CPU）是控制装置的核心。 （二）输入、输出接口电路 在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能 直接与主机的总线相接，它必须由接口电路来完成信息传 递的任务。 （三）输入、输出过程通道 为了实现发电机自动并列操作，须将电网和待并发电机 的电压、频率等状态量按要求送到接口电路进入主机。
返回
第五节
数字式并列装置
二、数字式并列装置的硬件电路
（四）人一机联系 主要用于程序调试，设置或修改参数。 常用的设备有： （1）键盘——用于输入程序和数据。 （2）按钮——供运行人员操作。 （3）CRT显示器——生产厂调试程序时需要 （4）数码和发光二极管显示指示——为操作人员 提供直观的显示方式，以利于过程的监控。
本章作业：
1、 什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基 本原则。 2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？ 3、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有 关，应当如何整定? 4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任 务是什么? 5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？ 6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检 测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。
（2）调节量控制部分——
比例脉冲调节制：每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速 脉冲，控制输出均频脉冲时间的占用率与频差成正比——频差大 时，脉冲次数较为频繁，原动机单位时间内改变量较大。
•调节对象：发电机调速器。
第四节
•控制电机：
频率差和电压差的调整
伺服电动机（执行电动机）
在自控系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动 机轴上的角位移或角速度输出。 原理：驱动器控制的三相电形成电磁场， 转子（永磁铁）在此磁场作用下转动； 同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。