电力系统自动化二PPT课件
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图2-8 自动准同期并列装置组成
合闸
14
准同期并列合闸信号的控制逻辑
电压差允许 频率差允许
与
门 合闸信号
提前量信号 提前量信号形成
图2-9准同期并列合闸信号控制逻辑结构图
➢ 恒定越前相角准同期并列
U s ➢ 恒定越前时间准同期并列
s1 s2 s3
s1
s2
s3
YJ1
当 st 时， U s U G U为x 两电压幅值和。
US
s1
s2
T s1
US
s1
t
T s2
s2
o o
UG Ux
UG Ux
t
T s1
T s2
13
自动准同期装置
•
a
Ux
b
TV
DL 并列断路器 a
•
UG
G
b c
TV 频率差
控制单元
电压差 控制单元
来自厂用电
合闸信号 控制单元
电源
增速 减速 升压 降压
同步发电机组并列时遵循如下的原则：
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。
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。
方法两种: 准同期并列（一般采用）、自同期并列。
2
准同期并列
待并发电机组加励磁电流，其
•
Ux
自同期并列最突出优点是控制操作非常简单，限于当 时控制技术水平，在电力系统发生事故、频率波动较大的情 况下，应用自同期并列可以迅速把备用机组投入电网运行， 所以曾一度广泛应用于水轮发电机组，作为处理系统事故的 重要措施之一。
9
自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。同时 应该看到当发电机用自同期方式投入电网时，在投入瞬 间，未经励磁的发电机接入电网，相当于电网经发电机次 暂态电抗短路，因而不可避免地要引起冲击电流。
第二章 同步发电机的自动并列
一．概述 二．准同期并列的基本原理 三．自动并列装置的工作原理 四．频率差与电压差的调整 五．微机型(数字型)并列装置的组成
1
一．概 述
并列操作的意义
电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为:
u U msin(t )
U m—电压幅值
式中 —电压的角速度
—初相角
5
➢合闸相角差
①频率 f G = f x ②电压幅值等于零； ③相角差不等：
则冲击电流最大值为：
i 'h' max
2.55U x
X
'' q
2 sin e
2
U x —系统电压有效值；
可见，由电压相角差产 生的冲击电流主要为有功冲 击电流，说明发电机立刻与 电网交换有功功率，使机组 联轴受到突然冲击。
s
2
t
2U G
sin e
2
2U
x
sin
e
2
us
j
ux uG
•
Ux
•
o
t
x
Us
(xt 2 )
e
G
•
UG
us
(Gt 1 )
i o
(a)
Us 2
Ts
(b)
t
12
•
UG
•
与U
x两电压幅值不相等
Us
U
2 x
U
2 G
2U
x
U
G
cos
s
t
当 st 时0 ， U s U G U x 为两电压幅值差；
端电压 U•G，调节U• G的状态参数使之 × DL
符合并列条件。
•
UG
理想条件为：
(a) G
•
UG
G
•
Us
•
Ux
x
o e (b)
频率相等 电压幅值相等 相角差为零
•
•
UG
DL
Ux
XG
•
Us
•
EG
Xx
•
Ex
三个条件很难同时满足
(c)
图1-1准同期并列 (a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路
当机组一定时，自同期并列的冲击电流主要决定于系统 的情况，即决定于系统电压和系统电抗。自同期时发电机 的端电压值与冲击电流成正比。另外，必须指出：发电机 母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影 响，为此也需受到限制，所以自同期并列方法现已很少采 用。
10
第二节 准同期并列的基本原理
脉动电压
列操作时，一般取滑差周期在10～16s之间 7
频率不相等对待并发电机组暂态过程的影响
P
a b
发电机状态
O 电动机 状态
eb
c
s so
(a)
o
eo
(b)
s
8
待并发电机组进入同步运行的暂态过程示意图。
自同期并列
自同期并列操作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，滑差角速度且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DL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，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
•
UG
•
与U
x两电压幅值相等
us U G sinG t 1 U x sin x t 2
设初始角1 = 2 =0 并应用和差化积公式得：
us
2U
G
sin G
2
x
tBaidu Nhomakorabea
cos G
2
x
t
令
U
s
2U
G
sin
G
2
x
t
为脉动电压的幅值，则
us
U
s
cos
G
2
x
t
11
e st
Us
2U
s
sin
X
" d
—发电机直轴次暂态电抗
•
UG
•
Us
•
Ux
4
可见，冲击电流主要为无功冲击电流。 冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响， 由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须 特别注意对它所造成的危害。由于并列操作 为正常运行操作，冲击电流最大瞬时值限制 在1～2倍额定电流以下为宜。为了保证机 组的安全，我国曾规定压差冲击并列电流不 允许超过机端短路电流的二十分之一到十分 之一。据此，得到准同期并列的一个条件为： 电压差不能超过额定电压的5～10％。现在 一些巨型发电机组更规定在0.1％以下，即 希望尽量避免无功冲击电流。
X
'' q
—发电机交轴次暂态电抗。
6
➢频率不相等
频差 f s ： f s f G f x
电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差： s G x
滑差周期为：Ts
2 s
1 fs
可见，频差、滑差和滑差周期都可以用来确定地表示待并 发电机与系统之间频率差的大小。滑差大，则滑差周期短； 滑差小，则滑差周期长。在有滑差的情况下，将机组投入 电网，需要经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系 统在频率上“同步”。加速或减速力矩会对机组造成冲击。 显然，滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限 制并列时的允许滑差。我国在发电厂进行正常人工手动并
3
•
➢电压幅值差
①频率 f G = f x ②相角差 等 e 于零； ③电压幅值不等：
Ih
则冲击电流最大值为：
•
•
Us
Ih
•
Ux
•
UG
e
(a)
(b)
图2-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0
i'h'max 1.8
2 UG Ux
X
'' d
2.55U s
X
'' d
U G 、U x —发电机电压、电网电压有效值；
合闸
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准同期并列合闸信号的控制逻辑
电压差允许 频率差允许
与
门 合闸信号
提前量信号 提前量信号形成
图2-9准同期并列合闸信号控制逻辑结构图
➢ 恒定越前相角准同期并列
U s ➢ 恒定越前时间准同期并列
s1 s2 s3
s1
s2
s3
YJ1
当 st 时， U s U G U为x 两电压幅值和。
US
s1
s2
T s1
US
s1
t
T s2
s2
o o
UG Ux
UG Ux
t
T s1
T s2
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自动准同期装置
•
a
Ux
b
TV
DL 并列断路器 a
•
UG
G
b c
TV 频率差
控制单元
电压差 控制单元
来自厂用电
合闸信号 控制单元
电源
增速 减速 升压 降压
同步发电机组并列时遵循如下的原则：
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。
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。
方法两种: 准同期并列（一般采用）、自同期并列。
2
准同期并列
待并发电机组加励磁电流，其
•
Ux
自同期并列最突出优点是控制操作非常简单，限于当 时控制技术水平，在电力系统发生事故、频率波动较大的情 况下，应用自同期并列可以迅速把备用机组投入电网运行， 所以曾一度广泛应用于水轮发电机组，作为处理系统事故的 重要措施之一。
9
自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。同时 应该看到当发电机用自同期方式投入电网时，在投入瞬 间，未经励磁的发电机接入电网，相当于电网经发电机次 暂态电抗短路，因而不可避免地要引起冲击电流。
第二章 同步发电机的自动并列
一．概述 二．准同期并列的基本原理 三．自动并列装置的工作原理 四．频率差与电压差的调整 五．微机型(数字型)并列装置的组成
1
一．概 述
并列操作的意义
电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为:
u U msin(t )
U m—电压幅值
式中 —电压的角速度
—初相角
5
➢合闸相角差
①频率 f G = f x ②电压幅值等于零； ③相角差不等：
则冲击电流最大值为：
i 'h' max
2.55U x
X
'' q
2 sin e
2
U x —系统电压有效值；
可见，由电压相角差产 生的冲击电流主要为有功冲 击电流，说明发电机立刻与 电网交换有功功率，使机组 联轴受到突然冲击。
s
2
t
2U G
sin e
2
2U
x
sin
e
2
us
j
ux uG
•
Ux
•
o
t
x
Us
(xt 2 )
e
G
•
UG
us
(Gt 1 )
i o
(a)
Us 2
Ts
(b)
t
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•
UG
•
与U
x两电压幅值不相等
Us
U
2 x
U
2 G
2U
x
U
G
cos
s
t
当 st 时0 ， U s U G U x 为两电压幅值差；
端电压 U•G，调节U• G的状态参数使之 × DL
符合并列条件。
•
UG
理想条件为：
(a) G
•
UG
G
•
Us
•
Ux
x
o e (b)
频率相等 电压幅值相等 相角差为零
•
•
UG
DL
Ux
XG
•
Us
•
EG
Xx
•
Ex
三个条件很难同时满足
(c)
图1-1准同期并列 (a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路
当机组一定时，自同期并列的冲击电流主要决定于系统 的情况，即决定于系统电压和系统电抗。自同期时发电机 的端电压值与冲击电流成正比。另外，必须指出：发电机 母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作将产生影 响，为此也需受到限制，所以自同期并列方法现已很少采 用。
10
第二节 准同期并列的基本原理
脉动电压
列操作时，一般取滑差周期在10～16s之间 7
频率不相等对待并发电机组暂态过程的影响
P
a b
发电机状态
O 电动机 状态
eb
c
s so
(a)
o
eo
(b)
s
8
待并发电机组进入同步运行的暂态过程示意图。
自同期并列
自同期并列操作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，滑差角速度且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DL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，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
•
UG
•
与U
x两电压幅值相等
us U G sinG t 1 U x sin x t 2
设初始角1 = 2 =0 并应用和差化积公式得：
us
2U
G
sin G
2
x
tBaidu Nhomakorabea
cos G
2
x
t
令
U
s
2U
G
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G
2
x
t
为脉动电压的幅值，则
us
U
s
cos
G
2
x
t
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e st
Us
2U
s
sin
X
" d
—发电机直轴次暂态电抗
•
UG
•
Us
•
Ux
4
可见，冲击电流主要为无功冲击电流。 冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响， 由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须 特别注意对它所造成的危害。由于并列操作 为正常运行操作，冲击电流最大瞬时值限制 在1～2倍额定电流以下为宜。为了保证机 组的安全，我国曾规定压差冲击并列电流不 允许超过机端短路电流的二十分之一到十分 之一。据此，得到准同期并列的一个条件为： 电压差不能超过额定电压的5～10％。现在 一些巨型发电机组更规定在0.1％以下，即 希望尽量避免无功冲击电流。
X
'' q
—发电机交轴次暂态电抗。
6
➢频率不相等
频差 f s ： f s f G f x
电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差： s G x
滑差周期为：Ts
2 s
1 fs
可见，频差、滑差和滑差周期都可以用来确定地表示待并 发电机与系统之间频率差的大小。滑差大，则滑差周期短； 滑差小，则滑差周期长。在有滑差的情况下，将机组投入 电网，需要经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系 统在频率上“同步”。加速或减速力矩会对机组造成冲击。 显然，滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限 制并列时的允许滑差。我国在发电厂进行正常人工手动并
3
•
➢电压幅值差
①频率 f G = f x ②相角差 等 e 于零； ③电压幅值不等：
Ih
则冲击电流最大值为：
•
•
Us
Ih
•
Ux
•
UG
e
(a)
(b)
图2-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0
i'h'max 1.8
2 UG Ux
X
'' d
2.55U s
X
'' d
U G 、U x —发电机电压、电网电压有效值；