下载文档原格式
电力系统暂态分析第二章 同步发电机突然三相短路分析第一节 同步发电机在空载情况下定子突然三相短路后的电流波 形及其分析 第二节 同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电 流分析 第三节 同步发电机负载下三相短路交流电流初始值 第四节 同步发电机的基本方程 第六节 自动励磁调节装置对短路电流的影响Exit第1页电力系统暂态分析第一节 同步发电机在空载情况下定子突 然三相短路后的电流波形及其分析同步发电机突然短路暂态过程的特点•对称稳态运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空 间以同步速度旋转，与转子没有相对运动，不会在转子绕组 中感应电流。
•突然短路时，定子电流在数值上发生急剧变化，电枢反应 磁通也随着变化，并在转子绕组中感应电流，这种电流又反 过来影响定子电流的变化。
这种定子和转子绕组电流的互相 影响就是突然短路暂态过程的特点。
Exit第2页电力系统暂态分析同步发电 机空载运 行情况下 定子三相 绕组突然 三相短路三相定子 电流图励磁回路 电流图Exit第3页电力系统暂态分析• 实测短路电流波形分析▪ 短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中 含有衰减的直流分量； ▪ 三相直流分量大小不等，按相同的指数规律衰减， 最终衰减至零，衰减时间常数Ta为零点几秒，由定 子回路的电阻和等值电感决定； ▪ 交流分量的幅值是衰减的，最终衰减至 I m∞ ，衰减 时间常数为 Td′ , Td′′。
▪ 交流分量幅值的表达式为： − t / T ′′ −t /T′ ′ ′ ′ ′ I m ( t ) = ( I m − I m )e + ( I m − I m ∞ )e + I m∞d dExit第4页电力系统暂态分析Exit第5页电力系统暂态分析Exit第6页电力系统暂态分析• 实测短路电流波形分析▪ 励磁回路电流也含有衰减的交流分量（最后衰减 至零，衰减时间常数与定子直流分量相同Ta）和 直流分量（交流分量的对称轴线，最后衰减至正 常值 i f |0| ，衰减过程与定子交流分量相同），说 明突然短路后励磁回路和定子以及转子阻尼回路 间存在磁耦合。
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。
电力系统自动装置原理课后答案【篇一：电力系统自动装置原理附录思考题答案】s=txt>第一部分自动装置及其数据的采集处理1-1．采用式1-13对电流进行分解，a0、an、bn的物理意义分别是什么？【答案提示】a0：直流分量；an：n次谐波分量的实部；bn：n次谐波分量的虚部。
1-2．采样的前期处理讨论：【答案提示】如果正态分布均匀，那么采用4只电阻串联采样的方式要比采用一只电阻采样的精确度高；是用算术平均法进行滤波有两种方式， ~?其一：aa1?a2a10；10~?a~?a~?aaaa1?a2~a131024~~~其二：a1?，a2?，a3?……a?8。
2222第二种方法只占有3个内存变量，每一次计算结果覆盖了前一次的采样数据，节省内存，另外，第二种方法滤波后的权重比例合理，a10占权重为50%，更加接近采样的后期，因此计算机采样中经常采用。
第一种方法的权重完全一样，10个采样数据各占10%，另外它需要11个内存变量。
总的来看，第二种方法的误差和实际意义都大于第一种。
第二部分自动并列2-1．略2-2．略2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1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。
第二部分自动并列2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1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。
合闸相角差表达式为：2?f?2?(f?f)?0.2?cost?0.2?sin2tes12 ?e01020先不考虑提前量，则有：e[0.2cost0.2sin2t]dte00.2sint0.1cos2t0.102sint?cos2t?1?2sint?1?2sin2t?1?sin2t?sint?1?0?sint?t?2k??3.8078或t?2k??0.6662 1? 2t1?3.8078，t2?5.6169，……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课后答案【篇一：电力系统自动装置原理附录思考题答案】s=txt>第一部分自动装置及其数据的采集处理1-1．采用式1-13对电流进行分解，a0、an、bn的物理意义分别是什么？【答案提示】a0：直流分量；an：n次谐波分量的实部；bn：n次谐波分量的虚部。
1-2．采样的前期处理讨论：【答案提示】如果正态分布均匀，那么采用4只电阻串联采样的方式要比采用一只电阻采样的精确度高；是用算术平均法进行滤波有两种方式， ~?其一：aa1?a2a10；10~?a~?a~?aaaa1?a2~a131024~~~其二：a1?，a2?，a3?……a?8。
2222第二种方法只占有3个内存变量，每一次计算结果覆盖了前一次的采样数据，节省内存，另外，第二种方法滤波后的权重比例合理，a10占权重为50%，更加接近采样的后期，因此计算机采样中经常采用。
第一种方法的权重完全一样，10个采样数据各占10%，另外它需要11个内存变量。
总的来看，第二种方法的误差和实际意义都大于第一种。
第二部分自动并列2-1．略2-2．略2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1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。
第二部分自动并列2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1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。
合闸相角差表达式为：2?f?2?(f?f)?0.2?cost?0.2?sin2tes12 ?e01020先不考虑提前量，则有：e[0.2cost0.2sin2t]dte00.2sint0.1cos2t0.102sint?cos2t?1?2sint?1?2sin2t?1?sin2t?sint?1?0?sint?t?2k??3.8078或t?2k??0.6662 1? 2t1?3.8078，t2?5.6169，……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。
第二章 同步发电机的自动并列1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。
（2）发电机并网后，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。
因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
2、同步发电机并列操可以采用什么方法？答：可分为准同期并列和自同期并列。
3、什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：调节发电机的电压Ug ，使Ug 与母线电压Ux 相等，满足条件后进行合闸的过程。
特点：并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。
适用场合：由于准同步并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但因为并列时间较长且操作复杂，故不适用紧急情况的发电机并列。
4、为什么准同期并列产生的冲击电流小？答：当电网参数一定时，冲击电流决定于相量差Us ，由于准同期并列操作是并列断路器QF 在满足频率相等幅值相等相角差为零的理想条件下合闸的，虽然不能达到理想的条件，但是实际合闸时相量差Us 的值很小，因此计算出的冲击电流很小。
5、什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率，滑差角频率不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器QF ，接着合上励磁开关开关SE ，给转子加励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
电力系统自动装置原理思考题及答案复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、基本概念 1、并列操作:电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列，这样的操作过程称为并列操作。
2、准同期并列: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、自同期并列: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、并列同期点:是发电机发电并网的条件。
同期并列点是表示相序相同、电源频率同步、电压相同。
5、滑差、滑差频率、滑差周期: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;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 fs表示; 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 360?所用的时间。
6、恒定越前相角准同期并列:Ux 两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装在 Ug 和置。
7、恒定越前时间准同期并列:在 Ug 和 Ux 两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。
8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压: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;线性整步电压:与时间具有线性函数关系的整步电压。
二、思考题 1、同步发电机并列操作应满足什么要求,为什么, 答: 同步发电机并列操作应满足的要求:(1)并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过 12 倍的额定电流。
(2)发电机并网后，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。
因为:1并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损;2并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
第2章同步发电机的自动并列小节导航12345小结第1节概述一、基本概念基本念⒈并列的定义«⒉并列的原则«⒊并列方法的种类«二、准同期并列⒈特点«⒉理想并列条件«⒊实际并列条件«条条⒋偏离理想并列条件时的后果分析«三、自同期并列⒈定义«⒉特点«小节导航12345小结转第2节何谓并列操作？对未投入运行的待并发电机组进行适当操作，使其电压与并列点电压之间满足并操作使其电压与并列点电压之间满足并列条件。
这一系列操作称为并列操作。
返回并列原则z并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值不超过允许值（1~2倍的额定电流；定电流）；z发电机组并入电网后，应能迅速（暂态过程要短）进入同步运行状态，以减小对系程要短）进入同步运行状态以减小对系统的扰动。
返回并列方法的分类z准同期并列——常用于系统正常运行情况z自同期并列——常用于事故情况下投入备用的水轮发电机组（随着技术的发展，现在也可用准同期法快速投运水轮机组）返回准同期并列的特点z 待并发电机G 已经加上了励磁电流，端电压达U G ；z 并列断路器合闸时，U G 和U x 一般不等，两者存在电压差U S ；z 使G 控制到满足并列条件，然后发合闸信号使QF 合闸；z 当系统参数一定时，冲击电流决定于合闸瞬间的U S 。
U xU G U x U S U x U G QF U QFωx ωG U S X G X x G G O δe E x E G返回理想并列条件ω= ω=U =U δ= 0G x （或f G f x ），G x ，e 返回实际并列条件实际运行中，很难建立上述理想的并列条件，也没有必要建立如此苛刻的并列条件也没有必要建立如此苛刻的并列条件，只要满足冲击电流和同步运行两方面的要求即可。
返回偏离理想并列条件时的后果分析①存在电压幅值差（即f G = f x ，δe = 0，U G ≠U x ） ②存在合闸相角差（即f G = f x ，δe ≠0，U G =U x ） ③同时存在电压幅值差和合闸相角差（即f G = f x ，δe ≠0，U G ≠U x ）④存在频率差（即f G ≠f x ，U G =U x =U ）返回此时冲击电流同时存在有功分量和无功分量后果分析③此时，冲击电流同时存在有功分量和无功分量ΦU GU SU x I h 返回何谓自同期并列？在相序正确的条件下将一台未加励磁电流的发电机组在相序正确的条件下，将台未加励磁电流的发电机组升速到接近系统频率，在滑差角频率不超过允许值、且加速度小于给定值时，先合上并列断路器QF，接着立刻合上励磁开关SE，给发电机转子加上励磁电流，在发电机电势逐渐增长的过程中由系统将发电机拉入同步运行。
SEX xQF U xU GGE返回自同期并列的特点简单即使在事故状态下频率波动较大时仍可采用此法原z 简单，即使在事故状态下频率波动较大时仍可采用此法。
原先的水轮机组一般应备有自同期并列装置，作为处理事故的措施之一；措施之；z 不能用于两个系统间的并列操作；在投入瞬间未经励磁的发电机接入系统相当于系统经发电z 在投入瞬间，未经励磁的发电机接入系统相当于系统经发电机次暂态电抗X ″d 短路，因而存在冲击电流：″=″冲击电流的周期分量I h = U x /(X d +X x )发电机母线电压U G = U x X ″d /(X ″d +X x )自同期并列瞬间z I ″h 总是小于发电机出口处的三相短路电流（E ″/X ″d ），但也应注意绝缘疲劳积累。
返回第2节准同期并列的基本原理、脉动电压一、脉动电压⒈基本关系«⒉包含的信息«二、自动准同期装置的单元设置⒈单元设置«⒉装置因自动化水平不同的分类«三、准同期并列装置合闸信号的控制⒈装置的控制原则«⒉恒定越前相角型«⒊恒定越前时间型«四、恒定越前时间并列装置的整定计算«小节导航12345小结转第3节脉动电压包含的信息z U s (t )中载有准同期并列所需检测的信息——电压幅值差、频率差和相角差随时间变化的规律，从而可通过计算求出发合闸信号的时间出发合闸信号的时间。
z 所需检测的信息包括：|¾电压幅值差|U m G −U m x | = U s min < 允许值？（检测U s min ）¾频率差f G −f x = f s =1/T s < 允许值？（检测T s ）确定相应的提前量¾合闸相角差确定相应的提前量：1. 越前相角δYJ （对应恒定越前相角并列装置）2. 越前时间角t YJ （对应恒定越前时间并列装置）返回自动准同期装置的单元设置频差控制单元①旨在检测ωs 并由此调节发电机的转速，使fG接近于fx。
②电压差控制单元旨在检测|Um G −U mx|并由此调节UG，使其小于允许值。
③合闸信号控制单元旨在检测并列条件（①和②），条件满足时选择合适的时间发合闸信号（使并列断路器的主触头QF接通时能够满足相角差在允许范围内）。
返回装置因自动化水平不同的分类实际中，视自动化程度的不同，准同期并列装置可分为：实际中视自动化程度的不同准同期并列装置可分为：①半自动准同期并列装置（只有合闸信号控制单元）（有人值班的发电厂，利用AVR代替②自动准同期并列装置（有人值班的发电厂利用电压差控制单元；无人值班的发电厂，三种控制单元均有）③手动准同期并列装置（三种控制单元均无）返回装置的控制原则当频率和电压均满足并列条件时，在UG 和Ux重合之前的恰当时刻发出合闸信号的恰当时刻发出合闸信号。
与合闸压差允许门信号频差允许提前量信号形成返回整定计算⒈越前时间（t YJ =t c + t QF ）—t c 自动装置合闸出口回路的动作时间t QF —并列断路器的合闸时间t 主要决定于t ，其值随并列断路器的类型而变。
YJ QF ⒉允许的电压差（≤0.1~0.15U N ）⒊允许的滑差角频率ωsy设发电机组并列允许的合闸相角为δe y ，最大越前时间误差为|Δt YJ |max ，则应有关系ωs |Δt YJ |max ≤δe y ，即ωs ≤δe y /|Δt YJ |max =ωsy另，δe y 决定于发电机的的最大允许冲击电流i ″hm ，36)i (i ″hm = 3.6E ″q /(X ″q +X x ) sin(δe y /2)从而δe y =2sin -1[i ″hm (X ″q +X x )/(3.6E ″q )] (rad)返回第3节自动并列装置的工作原理一、装置的控制逻辑装置的控制逻辑⒈基本组成«⒉基本逻辑«二、并列的检测信号正弦整步电压线性整步电压⒈正弦整步电压«⒉线性整步电压«⒊相位差信号的直接获取«三、并列合闸控制并列合闸控制⒈恒定越前时间的捕获«⒉频率差检测«⒊电压差检测«小节导航12345小结转第4节基本组成该装置的合闸信号控制单元由滑差角频率检测、电压差检测和越前时间信号等主要环节组成。
返回正弦整步电压正弦整步电压：电压互感器二次侧的电压均是正弦波，其差直的变化的函数接反映脉动电压u s (t )的变化。
U sZ 是电压幅值U m G 和U m x 的函数，U m G 和U m x 的变化会造成合闸信号控制的误差（使越前时间信号和频差检测产生误差）故此法已逐渐被线性整步电压检号和频差检测产生误差）。
故此法已逐渐被线性整步电压检测法取代。
U sZ 反映了脉动电压幅值U s (t )的变化，它们即U xTV xDL 之间的关系为一整流系数K Z ，即U sZ =K Z U s (t )=K Z [U mG 2+U m x 2−2U m G U m x cos(ωs t +δ0)]1/2TV GbU Gau s (t )U sZG 返回线性整步电压线性整步电压只反映UG 和Ux的相角特性，与其电压幅值无关，从而使越前时间信号和频差检测不受电压幅值的影响。
2.1半波线性整步电压的产生（自学）222.2全波线性整步电压的产生返回•数字式准同期并列装置与恒定越前时间对应的理想导前合闸相位角δYJ 恒定越前时间的捕获按下式计算：δYJ = ωsi t YJ +0.5(Δωsi /Δt 2)t YJ 2(t YJ =t c + t QF ) [Taylor 级数的截断展开]其中，ω为计算点的滑差角频率（角速度），Δω/Δt 为计算点的滑si (si 2)差角加速度，它们的计算方法如下：ωsi = Δδi / Δt 1= (δi −δi -1) / T x (设每隔一个工频周期T x 计算一次)()/(T )(T 计算次Δωsi /Δt 2= (ωsi −ωsi-n ) /(nT x ) (设每隔n 个工频周期nT x 计算一次)•实际采用预测校正法：①计算本计算点i 的相角差δi②预测下一个计算点的相角差=δi + ωsi T x + 0.5(Δωsi /Δt 2)T x 2③判断：若2π−δi = δYJ ，则立刻发出合闸信号；1ˆ+i δ若2π−δi > δYJ 且2π−> δYJ ，则i = i +1，返回①进行下一点的计算；若2π−δi > δYJ 且2π−< δYJ ，则说明δYJ 点处于δi 点和δi +1之间，这时再这样由本计算点（1ˆ+i δ1ˆ+i δ通过适当的方法求出由δi 点到达δYJ 点的时间t h ，这样由本计算点（δi 点）再过t h 就可发出合闸信号。
返回频率差检测可采取2种方式检测频率差信号：（1）利用ωsi= Δδi/ Δt1= (δi−δi-1) / T x计算获得滑差角频率和频差值和频差值；(t)、u x(t)的频率f G、f x（将电压互感器二次（2）首先测量uG侧测得的波形进行削波、限幅后得一系列方波，二分频，削测半波周期），然后直接相减。
返回电压差检测可采取2种方式检测电压差信号：（1）P40图2-25 UD= |ΔU AB|−U set>0则电压差不符合并列条件；检测规则：若UD> 0，则电压差不符合并列条件；若UD< 0，则电压差符合并列条件。
（2）交流直接采样，经计算获得UG 和Ux。
返回第4节频率差与电压差的调整一、调整的目的«二、频率差调整«二频率差调整三、电压差调整（与频率差调整极为相似）小节导航12345小结转第5节调整的目的•频率差调整的目的在于将f G自动调整到接近于fx，使频率差趋于并列条件允许的范围，以促成并列的实现。
