电力系统自动装置原理-第2章.ppt

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1、 第 2 章 同步发电机的自动并列 小节导航1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小结小结 第 1 节 概述一、基本概念 并列的定义并列的原则并列方法的种类 二、准同期并列 特点理想并列条件实际并列条件 偏离理想并列条件时的后果分析 三、自同期并列 定义特点转第转第 2 2 节节小节导航1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小结小结 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列条件。这一系列操作称为并列操作。返回返回 并列原则并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值不超过允许值（12 倍的额定电流）；发电机组并入电网后，应能迅速（暂态过程

2、要短）进入同步运行状态，以减小对系统的扰动。返回返回 并列方法的分类准同期并列常用于系统正常运行情况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）返回返回 准同期并列的特点待并发电机 G 已经加上了励磁电流，端电压达 UG；并列断路器合闸时，UG和 Ux一般不等，两者存在电压差 US；使 G 控制到满足并列条件，然后发合闸信号使 QF 合闸；当系统参数一定时，冲击电流决定于合闸瞬间的 US。返回返回UxUGQFGUGUxUSOxGeUxUGUSXGXxExEGQF 理想并列条件G=x（或 fG=fx），UG=Ux，e=0 返回返回 实际运

3、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，只要满足冲击电流和同步运行两方面的要求即可。返回返回实际并列条件 存在电压幅值差（即fG=fx，e=0，UG Ux）存在合闸相角差（即fG=fx，e 0，UG=Ux）同时存在电压幅值差和合闸相角差（即 fG=fx，e 0，UG Ux）存在频率差（即 fG fx，UG=Ux=U）返回返回偏离理想并列条件时的后果分析 冲击电流有效值 Ih=(UGUx)/(Xd+Xx)（无功分量）最大瞬时值 ihm=1.8 Ih 冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响（定子绕组端部的机械强度最弱）后果分析返回返回UxUGUSIh 2 冲击电流有效值

4、Ih=2Eq/(Xq+Xx)sin(e/2)（有功分量）最大瞬时值 ihm=1.8 Ih 合闸后发电机与系统间立刻进行有功功率交换，使机组联轴受到突然冲击，对机组和系统运行均不利 后果分析 返回返回 UGIhUSUx2 此时，冲击电流同时存在有功分量和无功分量 后果分析 返回返回UG UxUSIh 后果分析 设1(t)=Gt+1，2(t)=xt+2，并令1=2=0，则e(t)=1(t)-2(t)=(G-x)t+(1-2)=(G-x)t=st。其中，s为滑差角频率（Ts，fs）。标幺值s*=s/e 此时，断路器 QF 两端的电压差为脉动电压：us(t)=Umsin1(t)-Umsin2(t)=2

5、Um=2Um =2Um设 Us(t)=2Um （时变的脉动电压幅值）则 us(t)=Us(t)（幅值时变，频率接近工频的交流脉动电压）返回返回UxUGUs2(t)1(t)e(t)xG2)()(sin21tt2)()(cos21tt)2sin(txG)2cos(txG2sints)2cos(txG2sints)2cos(txG 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。GGX

6、xQFUxUESE返回返回 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；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机次暂态电抗 Xd短路，因而存在冲击电流：冲击电流的周期分量 Ih=Ux/(Xd+Xx)发电机母线电压 UG=UxXd/(Xd+Xx)自同期并列瞬间 Ih总是小于发电机出口处的三相短路电流（E/Xd），但也应注意绝缘疲劳积累。返回返回 第 2 节 准同期并列的基本原理 一、脉动电压 基本关系包含的信息 二、自动准同期装置的单元设置 单元设置装置因自动化水平

7、不同的分类三、准同期并列装置合闸信号的控制 装置的控制原则恒定越前相角型恒定越前时间型四、恒定越前时间并列装置的整定计算 转第转第 3 3 节节小节导航1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小结小结 脉动电压的基本关系脉动电压幅值为其中0=1-2在st+0=0 时，Us(t)=Usmin=|UmGUmx|；在st+0=时，Us(t)=Usmax=|UmG+Umx|。22220()2cos()2cos()SmGmxmGmxemGmxmGmxsUtUUUUtUUUUtdwd=+-=+-+UxUGUs2(t)1(t)e(t)xGe(t)UsmaxUsminUs(t)02返回返回 脉动电压包含的信息

8、Us(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。所需检测的信息包括：电压幅值差|UmGUmx|=Usmin 允许值？（检测 Usmin）频率差 fGfx=fs=1/Ts 允许值？（检测 Ts）合闸相角差 确定相应的提前量：1.越前相角YJ（对应恒定越前相角并列装置）2.越前时间角 tYJ （对应恒定越前时间并列装置）返回返回 自动准同期装置的单元设置 频差控制单元 旨在检测s并由此调节发电机的转速，使 fG接近于 fx。电压差控制单元 旨在检测|UmGUmx|并由此调节 UG，使其小于允许值。合闸信号控制单元 旨在检测并列

9、条件（和），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：半自动准同期并列装置（只有合闸信号控制单元）自动准同期并列装置（有人值班的发电厂，利用 AVR 代替电压差控制单元；无人值班的发电厂，三种控制单元均有）手动准同期并列装置（三种控制单元均无）返回返回 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。返回返回与门提前量信号形成合闸信号压差允许频差允许 恒定越前相角型 在st+0=2k（k=0,1,2.）之前

10、某一相角YJ处发出合闸信号。设YJ处 Us(t)=UA，则 t1 tYJ t1t2tYJt 在st+0=2k（k=0,1,2.）之前某一时间 tYJ处发出合闸信号。当 tYJ存在误差 tYJ时，超前相角产生误差stYJ。由此可见，若s越大，则超前相角误差越大，造成合闸成功点的脉动电压偏离 Usmin越大。因此，允许的滑差角频率s应受到限制，其值应小于某一允许值。恒定越前时间型Us(t)UsmaxUsmins1s2s3tYJtYJtYJttYJtYJtYJtYJtYJ对应于tYJ0返回返回 越前时间（tYJ=tc+tQF）tc 自动装置合闸出口回路的动作时间 tQF 并列断路器的合闸时间 tYJ

11、主要决定于 tQF，其值随并列断路器的类型而变。允许的电压差（0.10.15UN）允许的滑差角频率sy 设发电机组并列允许的合闸相角为ey，最大越前时间误差为|tYJ|max，则应有关系 s|tYJ|max ey，即sey/|tYJ|max=sy 另，ey决定于发电机的的最大允许冲击电流 ihm，ihm=3.6Eq/(Xq+Xx)sin(ey/2)从而ey=2sin-1ihm(Xq+Xx)/(3.6Eq)(rad)整定计算返回返回 第 3 节 自动并列装置的工作原理 一、装置的控制逻辑 基本组成基本逻辑二、并列的检测信号 正弦整步电压线性整步电压 相位差信号的直接获取 三、并列合闸控制 恒定越

12、前时间的捕获频率差检测电压差检测转第转第 4 4 节节小节导航1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小结小结 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。返回返回 基本逻辑电压差不允许 x1与门合闸信号 y滑差不允许 x2或非越前时间信号 x3y=即只有 x1=0,x2=0,x3=1 时 y=1(形成合闸脉冲）123xx x+123x x x返回返回 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，其差直接反映脉动电压 us(t)的变化。UsZ是电压幅值 UmG和 Umx的函数，UmG和 Umx的变化会造成合闸信号控制的误差（使越

13、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测法取代。返回返回UsZ反映了脉动电压幅值 Us(t)的变化，它们之间的关系为一整流系数 KZ，即 UsZ=KZUs(t)=KZ UmG2+Umx22UmGUmxcos(st+0)1/2UxUGTVxTVGbaus(t)UsZDLG 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）2.2 全波线性整步电压的产生 返回返回 半波线性整步电压的产生（自学）P31 图 2-14（半波线性整步电压形成电路）。由电压半波变换+相敏+

14、积分+双 T 型滤波电路得反映脉动电压相位（UG和Ux的相位差）的线性整步电压 UsL（亦称三角形整步电压）。滤波时间常数较大。返回返回UsLe(t)2oUsLmUsL=0e(t)UsL=2UsLm e(t)2()sLmeUtdp()sLmeUtdp 全波线性整步电压的产生 P34 图 2-17（全波线性整步电压形成电路）。由电压全波变换+整流+相敏+低通滤波电路得反映脉动电压相位（UG和 Ux的相位差）的线性整步电压 UsL。返回返回UsLe(t)0UsLm-UsL=-e(t)0UsL=0e(t)()sLmeUtpdp+()sLmeUtpdp-相位差信号e(t)的直接获取 将电压互感器二次侧

15、测得的波形削波、限幅并异或后得一系列宽度不等的矩形波。这些矩形波的宽度i与相角差i相对应，且i越大，i越大。uxuG(t)fG fx=50HztttTxTGt12345返回返回11()2()iiixiiiixTTtttdttt-2p=2pp-YJ且 2 YJ，则 i=i+1，返回进行下一点的计算；若 2 i YJ且 2 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 三、电压差调整（与频率差调整极为相似）转第转第 5 5 节节小节导航1 1 2 2 3 3 4

16、 4 5 5 小结小结 调整的目的 频率差调整的目的在于将 fG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。电压差调整的目的在于将 UG自动调整到接近于 Ux，使电压差趋于并列条件允许的范围，以促成并列的实现。返回返回 频率差调整 调整过程：（1）动态地测量 fG和 fx，求差获得频差的方向和大小；（2）依据频差大小决定是否进行频率调整：超出一定程度进行调整，调整量与频差大小成正比，调整方向决定于频差方向；否则不调整。返回返回 第 5 节 数字式准同期并列装置 一、概述（数字式准同期并列装置的特点）二、硬件电路的一般构成三、数字式准同期并列装置的软件1 电压检测算

17、法2 频率检测算法3 越前时间检测(第 3 节已给出算法)4 主程序（参见课本 P44 图 2-27）转本章小结转本章小结小节导航1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小结小结 数字式准同期并列装置的特点 硬件简单、软件灵活 高速（适应瞬时采样的需要）对检测信号进行瞬时值采样，控制规律可以据此实时修正 提高并列的精度、可靠性、快速性返回返回 硬件电路的一般构成1 主机2 输入、出接口电路3 输入、出过程通道 4 人机联系返回返回主机CPURAMROME2PROM输入接口输出接口输入通道输出通道输出信号输入信号人机联系 o 输入通道 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，

18、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。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）。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。输入、出过程通道返回返回 电压检测 设 CPU 从 A/D 读取的反应 ux(t)和 uG(t)有效值的信号为 Dx和 DG，与电压差允许对应的装置内设定值为 DU，

19、则：若|DxDG|DU，则允许合闸；若|DxDG|DU，则不允许合闸，并且，若DxDG，则输出升压比例信号，若 DxDG，则输出降压比例信号。返回返回 频率检测 设由前述方法已经求得反应 ux(t)和 uG(t)频率的信号为 Nx和 NG，与频率差允许对应的装置内设定值为 Nf，则：若|NxNG|Nf，则允许合闸；若|NxNG|Nf，则不允许合闸，并且，若Nx NG，则输出升速比例信号，若 Nx NG，则输出减速比例信号。返回返回 第 2 章小结1 电力系统自动控制系统的分类2 并列的定义、原则、分类3 准同期并列的特点及并列条件分析、自同期并列的特点及应用范围4 自动准同期并列装置的分类、单元构成及恒定越前时间（或相角）并列对滑差的要求5 脉动电压的规律、恒定越前时间并列装置的整定计算、合闸信号控制单元的构成和工作逻辑6 并列合闸控制的原理（或方法）7 频差、电压差调整的原理（或方法）8 数字式准同期并列装置的构成及包含的主要软件 转结尾转结尾小节导航1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小结小结 谢谢！