chapter1-3恒定越前时间并列装置
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第三节
恒定越前时间并列装置
问题： 1、如何对合闸相角差进行精确控制？引入线性整步电压 的概念 2、如何利用线性整步电压对越前时间进行控制？ 3、如何利用恒定越前时间对滑差进行检测？恒定越前时 间、恒定相角 4、如何进行电压差检测？如何进行压差控制？ 5、合闸信号的逻辑如何控制？ 6、频差如何控制？频差方向检测、频差控制：区间鉴别、 越前鉴别、比例调节
（1）滑差方向的检测原理 当 fG f X , S 0 时，在相 角 e 自 0º运动到 180º的
U G
S 0
U G
e e
S 0
0 b
； 始终超前 U 过程中， U X G
当 fG f X , S 0 时， 在 自
e
a
图 1-18
第三节
恒定越前时间并列装置
五、合闸信号控制逻辑 并列装置的合闸控制逻辑框图可以表示为图 1-17。
UtYJ
U sLK
非门
与门
Y1
双稳记忆
S
SZ
与门
动作合闸
U U U U
U
Y2
图1-17 合闸控制逻辑框图
第三节
恒定越前时间并列装置
当并列条件检测元件测得的信号均符合允许并列时，即频率 差、电压差都在允许范围内，当越前时间信号 tYJ 测得的瞬间， 就发出合闸控制信号；当不符合并列条件时，即频率差或电压 差两个条件中任一条件不符（超出允许值） ，它就发出闭锁信 号，阻止 tYJ 信号输出，不让发出合闸信号，即不允许并列。
第三节
四.
恒定越前时间并列装置
电压差检测 由于线性整步电压不载有并列点两侧电压幅值的信息， 所以就无法作为电压差的检测。电压差检测可直接用
和U 的幅值进行比较，两电压分别经变压器、整流 U G X
桥和一个电压平衡电路后检测电压差的绝对值。当此电 压差小于允许值时发出“电压差合格允许合闸”信号。
第三节
X
恒定越前时间并列装置
UX
U sL
U sLm
UG
G
e
0
e
a
b
图 1-11 线性整步电压与相角差的关系
第三节
恒定越前时间并列装置
线性整步电压特点： 当 e G X 在 0 ~ 区间时， 当 e 0 时， U sL 为最大值 U sLm ， 在 ~ 0 区间时， U sL 与 e 成正比，
e
t
图1-12 全波线性整步电压
第三节
恒定越前时间并列装置
e 0 0 e
线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为：
U U sLm e sL U sLm U sL e
式中
U sLm ——三角波的顶值电压
R1
电
C
U SL
R2
平 检 测 器
恒定越前 时间信号
图1-13 恒定越前时间部分
第三节
恒定越前时间并列装置
R1
C
R1
R2
C
U SL
U R2
U SL
C
R2
2 UR
U SL
R1
R2
2 UR
a
b
图1-14 利用叠加原理求UR2示意图
c
第三节
恒定越前时间并列装置
2 与 UR 2 的叠加。 U R 2 为图 1-14 输出电压 U R
输出一系列正脉冲， ，若 fG f X ，则越前鉴别的减速脉冲回路输出一 系列正脉冲。从而可以判别滑差的方向。 3、比例调节 在每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速脉冲，均频 脉冲时间的占用率与频差成正比，称为比例脉冲调节制。
第三节
七． 压差控制
恒定越前时间并列装置
在并列操作过程中，自动调节待并发电机的电压，
无 和U 由此可见， U sL 与 e 之间是分段的比例关系， 与U X G
U sL 与 e 成反比
关
第三节
uG
o
恒定越前时间并列装置
uG
a
ux
ux
t
uG
o
ux
b
c
t
o
uy
t
o
u sL
o
o
d
U sLm
t
o
e 2
tYJ
2 UR
tYJ
2 UR
2 UR
U SL
U SLK
2 UR
t
图1-15 恒定越前时间电平检测器原理示意图
t A1
TS1
t A2
TS 2
t
图1-16 恒定越前相角电平检测器工作原理图
第三节
三.
恒定越前时间并列装置
滑差检测 方法：利用比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检 测器的动作次序来实现滑差检查。 恒定越前相角电平检测原理： 输入 U SL ，当 U SL 等于或大于 U SLK
第三节
六、 频差控制
恒定越前时间并列装置
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，以促成并列的实现。 待并发电机的频率低于电网频率， 则要求发电机升速， 发升速脉冲。反之，应发减速脉冲。当频率差值较大 时，发出的调节量相应大些。当频率差值小时，发出 的调节量也就小些，以配合并列操作的工作。
第三节
U G
U X
恒定越前时间并列装置
t
t
增速
t
减速
t
U SL
0
50
图 1-20
频差控制波形图
t
第三节
2、越前鉴别
恒定越前时间并列装置
和U 的方波。在 谁是越前电压。输入信号为 U 和U 判定 U G X G X
越前相角 为 0~π 区间内，当 fG
e
f X 时，越前鉴别的增速脉冲回路
第三节
恒定越前时间并列装置
频率差控制单元：由频率差方向测量环节和频率调整 执行环节两部分组成。
间频率的高低，作 和U 频率差方向测量环节：判别 U X G
为发升速脉冲或减速脉冲的依据。 频率调整执行环节：按比例调节的要求，调整发电机 组的转速。
第三节
恒定越前时间并列装置
U X
U SL
第三节
（2）频差控制框图 1、区间鉴别 区间鉴别只 在 e 50 时 发 一 个宽度恒定的脉 冲 使 与 门 Y5、Y6
恒定越前时间并列装置
减速
U G、U X 方波
与门
越前鉴别
Y5
减速脉冲 增速脉冲
增速 与门
Y6
U SL
区间鉴别
e 50
图 1-19
频差控制框图
开放一段时间， 发出调速脉冲。其余时间 Y5、Y6 被闭锁，不乏调速脉冲，如图 1-19 所示。
（3）
滤波电路： 由低通滤波电路和射极跟随器输出。 为了获
得线性整步电压 U SL 与相角差 e 的线性关系，采用 LC 滤波器平滑 波形， 为了提高整步电压信号的负载能力， 采用射极跟随器输出。
第三节
恒定越前时间并列装置
二． 恒定越前时间 恒定越前时间部分是由R、C组成的比例－微分回路和电 平检测器构成。
1
S tYJ S R1C 1
S tYJ S R1C 0
tYJ R1C
第三节
恒定越前时间并列装置
U SL
(1)电平检测器反转瞬间的 tYJ 值与 S 无关， 而是仅与 R1 及 C 的数值有关的常量 (2) 右端的负号表示与所取时 间标尺的方向相反，即为“越 前”时间，故 tYJ 为恒定越前时 间。 (3)开关的合闸时间不同时， 可 分别调整 R、C 的数值，获得 相应越前时间
e
滑差方向的检测原理图
，因此，要判断 的方向，只 始终超前 U 0º运动到 180º的过程中， U X G
S
谁超前谁滞后 和U 需在 e 自 0º运动到 180º的过程中的任一时间，看 U
G
X
就可以了。 U SL 的下倾侧就是所要求的鉴别区间，这区间的任一点都可 用来进行越前鉴别。
第三节
恒定越前时间并列装置
当 S SY 时 当 S SY 时 当 S SY 时
t A tYJ
t A tYJ
t A tYJ
只有当 t A tYJ ，即恒定越前相角电平检测器先于越 前时间动作时，才说明这时的 S 小于允许滑差的频率
SY ，从而作出频率差符合并列条件的判断。
线性整步电压形成电路由整形电路、相敏电路、滤波 电路组成。
第三节
（1）
恒定越前时间并列装置
和U 的正弦波换成与主频率和相位 整形电路 : 将 U G X
相同的一系列方波，方波的幅值与 U G 、 U X 的幅值无关。
（2）
相敏电路： 在两个输入信号的电平相同时输出为高电平
“1” ，两者不同时则输出为低电平“0” 。
在图 1-14（b）中由于电容器 C 的容量很小，容抗很 大，其作用可以忽略，故
2 UR R2 U SLm S t R1 R2
Βιβλιοθήκη Baidu S t 0
R1R2 C ，则 R1 R2
在图 1-14（c）中，若 TS
2 C UR
dUSL U S R1 R2 R1 R2 SLm C dt R1 R2 R1 R2
使电压差条件符合并列的要求。
构成框图与频率差控制的相似,由电压差方向测
量环节和脉冲展宽电路组成。
第三节
作业题：
恒定越前时间并列装置
1、线性整步电压形成电路由几部分组成？ 2、根据电网电压和发电机端电压波形，绘制线形整步电压波形
ux 蓝线：
uG 红线：
S t 0
第三节
恒定越前时间并列装置
R1 R2
在 S t 0 区间，若电平检测器翻转电平为 R2 U SLm ，
2 UR 2 翻转时间为 tYJ ，则动作的临界条件为： U R R2 U SLm 即： R1 R2
U SLm U SLm S R2 R1 R2 R2 S tYJ C U SLm R1 R2 R1 R2 R1 R2
时，检测器动作，输出低电平，滑差减小，即 TS1 TS 2 ，恒定越前相角 检测器动作时间 t A1、t A2 随之不断加大。 如果将图中 U SLK 按允许滑差 SY 下恒定越前时间 tYJ 的相角差 YJ 进行整定，则有如下关系： SY tYJ S t A ,即 t A
SY tYJ S
第三节
恒定越前时间并列装置
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，不能利用它检测并列条
件。原因是，它的幅值与发电机电压和系统电 压有关。
越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的
因素
第三节
恒定越前时间并列装置
一、线性整步电压 U sL 指其幅值在一周期内与相角差 e 分段按比例变化 的电压，一般呈三角形波形。
恒定越前时间并列装置
问题： 1、如何对合闸相角差进行精确控制？引入线性整步电压 的概念 2、如何利用线性整步电压对越前时间进行控制？ 3、如何利用恒定越前时间对滑差进行检测？恒定越前时 间、恒定相角 4、如何进行电压差检测？如何进行压差控制？ 5、合闸信号的逻辑如何控制？ 6、频差如何控制？频差方向检测、频差控制：区间鉴别、 越前鉴别、比例调节
（1）滑差方向的检测原理 当 fG f X , S 0 时，在相 角 e 自 0º运动到 180º的
U G
S 0
U G
e e
S 0
0 b
； 始终超前 U 过程中， U X G
当 fG f X , S 0 时， 在 自
e
a
图 1-18
第三节
恒定越前时间并列装置
五、合闸信号控制逻辑 并列装置的合闸控制逻辑框图可以表示为图 1-17。
UtYJ
U sLK
非门
与门
Y1
双稳记忆
S
SZ
与门
动作合闸
U U U U
U
Y2
图1-17 合闸控制逻辑框图
第三节
恒定越前时间并列装置
当并列条件检测元件测得的信号均符合允许并列时，即频率 差、电压差都在允许范围内，当越前时间信号 tYJ 测得的瞬间， 就发出合闸控制信号；当不符合并列条件时，即频率差或电压 差两个条件中任一条件不符（超出允许值） ，它就发出闭锁信 号，阻止 tYJ 信号输出，不让发出合闸信号，即不允许并列。
第三节
四.
恒定越前时间并列装置
电压差检测 由于线性整步电压不载有并列点两侧电压幅值的信息， 所以就无法作为电压差的检测。电压差检测可直接用
和U 的幅值进行比较，两电压分别经变压器、整流 U G X
桥和一个电压平衡电路后检测电压差的绝对值。当此电 压差小于允许值时发出“电压差合格允许合闸”信号。
第三节
X
恒定越前时间并列装置
UX
U sL
U sLm
UG
G
e
0
e
a
b
图 1-11 线性整步电压与相角差的关系
第三节
恒定越前时间并列装置
线性整步电压特点： 当 e G X 在 0 ~ 区间时， 当 e 0 时， U sL 为最大值 U sLm ， 在 ~ 0 区间时， U sL 与 e 成正比，
e
t
图1-12 全波线性整步电压
第三节
恒定越前时间并列装置
e 0 0 e
线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为：
U U sLm e sL U sLm U sL e
式中
U sLm ——三角波的顶值电压
R1
电
C
U SL
R2
平 检 测 器
恒定越前 时间信号
图1-13 恒定越前时间部分
第三节
恒定越前时间并列装置
R1
C
R1
R2
C
U SL
U R2
U SL
C
R2
2 UR
U SL
R1
R2
2 UR
a
b
图1-14 利用叠加原理求UR2示意图
c
第三节
恒定越前时间并列装置
2 与 UR 2 的叠加。 U R 2 为图 1-14 输出电压 U R
输出一系列正脉冲， ，若 fG f X ，则越前鉴别的减速脉冲回路输出一 系列正脉冲。从而可以判别滑差的方向。 3、比例调节 在每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速脉冲，均频 脉冲时间的占用率与频差成正比，称为比例脉冲调节制。
第三节
七． 压差控制
恒定越前时间并列装置
在并列操作过程中，自动调节待并发电机的电压，
无 和U 由此可见， U sL 与 e 之间是分段的比例关系， 与U X G
U sL 与 e 成反比
关
第三节
uG
o
恒定越前时间并列装置
uG
a
ux
ux
t
uG
o
ux
b
c
t
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u sL
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U sLm
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e 2
tYJ
2 UR
tYJ
2 UR
2 UR
U SL
U SLK
2 UR
t
图1-15 恒定越前时间电平检测器原理示意图
t A1
TS1
t A2
TS 2
t
图1-16 恒定越前相角电平检测器工作原理图
第三节
三.
恒定越前时间并列装置
滑差检测 方法：利用比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检 测器的动作次序来实现滑差检查。 恒定越前相角电平检测原理： 输入 U SL ，当 U SL 等于或大于 U SLK
第三节
六、 频差控制
恒定越前时间并列装置
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，以促成并列的实现。 待并发电机的频率低于电网频率， 则要求发电机升速， 发升速脉冲。反之，应发减速脉冲。当频率差值较大 时，发出的调节量相应大些。当频率差值小时，发出 的调节量也就小些，以配合并列操作的工作。
第三节
U G
U X
恒定越前时间并列装置
t
t
增速
t
减速
t
U SL
0
50
图 1-20
频差控制波形图
t
第三节
2、越前鉴别
恒定越前时间并列装置
和U 的方波。在 谁是越前电压。输入信号为 U 和U 判定 U G X G X
越前相角 为 0~π 区间内，当 fG
e
f X 时，越前鉴别的增速脉冲回路
第三节
恒定越前时间并列装置
频率差控制单元：由频率差方向测量环节和频率调整 执行环节两部分组成。
间频率的高低，作 和U 频率差方向测量环节：判别 U X G
为发升速脉冲或减速脉冲的依据。 频率调整执行环节：按比例调节的要求，调整发电机 组的转速。
第三节
恒定越前时间并列装置
U X
U SL
第三节
（2）频差控制框图 1、区间鉴别 区间鉴别只 在 e 50 时 发 一 个宽度恒定的脉 冲 使 与 门 Y5、Y6
恒定越前时间并列装置
减速
U G、U X 方波
与门
越前鉴别
Y5
减速脉冲 增速脉冲
增速 与门
Y6
U SL
区间鉴别
e 50
图 1-19
频差控制框图
开放一段时间， 发出调速脉冲。其余时间 Y5、Y6 被闭锁，不乏调速脉冲，如图 1-19 所示。
（3）
滤波电路： 由低通滤波电路和射极跟随器输出。 为了获
得线性整步电压 U SL 与相角差 e 的线性关系，采用 LC 滤波器平滑 波形， 为了提高整步电压信号的负载能力， 采用射极跟随器输出。
第三节
恒定越前时间并列装置
二． 恒定越前时间 恒定越前时间部分是由R、C组成的比例－微分回路和电 平检测器构成。
1
S tYJ S R1C 1
S tYJ S R1C 0
tYJ R1C
第三节
恒定越前时间并列装置
U SL
(1)电平检测器反转瞬间的 tYJ 值与 S 无关， 而是仅与 R1 及 C 的数值有关的常量 (2) 右端的负号表示与所取时 间标尺的方向相反，即为“越 前”时间，故 tYJ 为恒定越前时 间。 (3)开关的合闸时间不同时， 可 分别调整 R、C 的数值，获得 相应越前时间
e
滑差方向的检测原理图
，因此，要判断 的方向，只 始终超前 U 0º运动到 180º的过程中， U X G
S
谁超前谁滞后 和U 需在 e 自 0º运动到 180º的过程中的任一时间，看 U
G
X
就可以了。 U SL 的下倾侧就是所要求的鉴别区间，这区间的任一点都可 用来进行越前鉴别。
第三节
恒定越前时间并列装置
当 S SY 时 当 S SY 时 当 S SY 时
t A tYJ
t A tYJ
t A tYJ
只有当 t A tYJ ，即恒定越前相角电平检测器先于越 前时间动作时，才说明这时的 S 小于允许滑差的频率
SY ，从而作出频率差符合并列条件的判断。
线性整步电压形成电路由整形电路、相敏电路、滤波 电路组成。
第三节
（1）
恒定越前时间并列装置
和U 的正弦波换成与主频率和相位 整形电路 : 将 U G X
相同的一系列方波，方波的幅值与 U G 、 U X 的幅值无关。
（2）
相敏电路： 在两个输入信号的电平相同时输出为高电平
“1” ，两者不同时则输出为低电平“0” 。
在图 1-14（b）中由于电容器 C 的容量很小，容抗很 大，其作用可以忽略，故
2 UR R2 U SLm S t R1 R2
Βιβλιοθήκη Baidu S t 0
R1R2 C ，则 R1 R2
在图 1-14（c）中，若 TS
2 C UR
dUSL U S R1 R2 R1 R2 SLm C dt R1 R2 R1 R2
使电压差条件符合并列的要求。
构成框图与频率差控制的相似,由电压差方向测
量环节和脉冲展宽电路组成。
第三节
作业题：
恒定越前时间并列装置
1、线性整步电压形成电路由几部分组成？ 2、根据电网电压和发电机端电压波形，绘制线形整步电压波形
ux 蓝线：
uG 红线：
S t 0
第三节
恒定越前时间并列装置
R1 R2
在 S t 0 区间，若电平检测器翻转电平为 R2 U SLm ，
2 UR 2 翻转时间为 tYJ ，则动作的临界条件为： U R R2 U SLm 即： R1 R2
U SLm U SLm S R2 R1 R2 R2 S tYJ C U SLm R1 R2 R1 R2 R1 R2
时，检测器动作，输出低电平，滑差减小，即 TS1 TS 2 ，恒定越前相角 检测器动作时间 t A1、t A2 随之不断加大。 如果将图中 U SLK 按允许滑差 SY 下恒定越前时间 tYJ 的相角差 YJ 进行整定，则有如下关系： SY tYJ S t A ,即 t A
SY tYJ S
第三节
恒定越前时间并列装置
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，不能利用它检测并列条
件。原因是，它的幅值与发电机电压和系统电 压有关。
越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的
因素
第三节
恒定越前时间并列装置
一、线性整步电压 U sL 指其幅值在一周期内与相角差 e 分段按比例变化 的电压，一般呈三角形波形。