电力系统自动化 第三版(王葵、孙莹编)第一章发电机的自动并列

s
scos
G
2
xt
（1-6）
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34
又sGx，为滑差角频率。两电压相量间的相角
est
于是
US
2UGsin
st
2
2U
G
sin
e
2
2U
x
sin
e
2
（1-7） （1-8）
由（1-9）式可知 u s 波形可以看成是幅值为 U s 、频率接近于
工频的交流电压波形。
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35
us
ux uG
o
t
图1-5 脉动电压
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13
U X
B
D L XG
A
UG
EG
G
图1-1（a）电路示意图
UG UX
US
XX
EX
图1-1 （c）等值电路图
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准同期并列特点及适用场合
◦ 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。
◦ 由于准同期并列冲击电流小，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，故不适于紧急情 况的发电机并列。
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11
G
V
T
Uf
自同期并列示意图
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12
准同步并列理想条件
•
Ux
B
DL
A
•
UG
( a ) ～G
•
•
UG
Us
G e
•
Ux
x
o (b)
◦ 并列断路器主触头闭合瞬间，脉动电压为零：
• (1)发电机电压幅值与系统电压幅值相等； • (2)发电机频率与系统频率相等； • (3)发电机电压与系统电压间相角差为零。
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1-9 准同期并列合闸信号控制逻辑结构图
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45
越前时间
e
o
tYJ
tYJ tc tQF
t c —— 自动准同期装置动作时间；
t Q F —— 并列断路器合闸时间；
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恒定越前时间的理解
（1）含义 越前 － 相对于发电机电压与系统电压之间相角差 e 0 o 提前。
o 电气量表示
o 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& Umsin(t)
式中 U m ——电压幅值
——电压的角频率
——初相角
o 发电机同步运行
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4
并列的概念
◦ 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。
i" h.m
ax 2.5X5U "q X
•2s
ine
2
电压差的幅值和相角影响冲击电流； 频差影响同步的动态过程。
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一、脉动电压
j
•
Ux
x
( )
xt
2
e
•
Us
G
•
UG
( )
Gt
1
1
(a)
u s U G s G i t n 1 U x s x t i n 2
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9
G
V
T
Uf
准同期并列示意图
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10
Con’t
◦ 自同期并列
待并发电机先不加励磁，当其转速接近同步转速时，投入电 力系统，在并列断路器合闸后，立即给转子加励磁，由系统 将发电机拉入同步。
自同步的优点是并列速度快，但这种并列方法并列时产生的 冲击电流较大;同时发电机要从系统中吸收无功，会引起系统 电压短时下降，目前已较少采用。下面着重讨论准同步并列。
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（二）合闸相角差
Ih
UG
(b) e 0
UX Us
图 准同期条件分析
设并列合闸时，断路器两侧电压相量满足下列条件：
(1) UG UX ,电压幅值相等； (2) fG fX , 频率相等；
(3) G X , 合闸瞬间存在相角差；
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21
这时发电机为空载情况，电动势即为端电压，并且与电 网电压相等，冲击电流的最大瞬时值为：
Us UGUx 相量差，又称脉动电压
UG Ux
幅值差
G x G x
频率差 相角差
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（一）电压幅值差
设发电机并列时的电压相量
如图1-2（a）所示，即并列时：
①发电机频率 f G等于电网频
率 f X ；②相角差 e 等于零；
③则冲电击压电幅流值最不大等瞬，U 时值G为U : X。
Ih
US
Ux
i" 2.55UX •2sine
h.max X"qXX
2
（3-5）
式中 U X ——系统电压有效值；
X
" q
——发电机交轴次暂态电抗。
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几点说明
◦ 当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分量；
◦ 合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组联轴 受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的；
6
同步点
◦ 在发电厂内、凡可以进行并列操作的断路器，都称之为电 厂的同步点。通常发电机的出口断路器都是同步点，发电 机-变压器组用高压侧断路器作为同步点，双绕组变压器 用低压侧断路器作为同步点、母联断路器、旁路断路器都 应设为同步点。
◦ 同步点的设置要考虑系统、发电厂、变电所在各种运行方 式下操作的灵活方便，也应具体考虑并列操作过程中调节 的可行性。
第一章 发电机的自动并列
概述
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1
理解电力系统
电力系统是一个物理系统，遵循各种基本的物理定 律。
功率平衡 Pgen = Ploss + Pload V = I*R
电磁相互转换的交流系统
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2
为什么需要并列
o 正常运行时，为了维持电力系统频率、电压在允 许的范围内，运行中要根据负荷波动必要时投入 或切除发电机；
26
发电机与电网的功率交换对机组运 动趋势的影响
◦ （1）发电机的电压超前电网电压，发电机发出有功功率， 则发电机将制动而减速；
◦ （2）发电机的电压落后电网电压，发电机吸收有功功率， 则发电机将加速；
◦ （3）所以交换功率的方向与相角差的正负有关
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27
并列的同步过程分析
Pm 0
为发电机电势和
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t
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Example：
设滑差角频率 s 的允许值规定为0.2％，即
s
0.2 100
2
f
e
0.2（rad/s）
对应的脉动电压周期T S 值为:
T S 2 1 0 s s
所U 以S 的脉动周T 期S 大于10s才满 足s 小于0.2％的要
求。这就是说测T 量S 的值可以检测待并发电机组与电网间的滑差
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两电压幅值相等
当两侧电压幅值相等而频率不等时，脉动电压瞬时值为：
u s U G s G i t n 1 U x s x t i n 2
设初始角120，则
us2U G s
i nG xt co G sxt
2 2
（1-5）
令
Us 2UGs
inGxt为脉动电压的幅值，则
2
u&U
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5
并列基本要求
◦ 并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许 值；
◦ 并列后，发电机应能迅速进入同步运行。
并列不当后果： ◦ 产生极大冲击电流，损坏发电机，引起系统电压波
动,甚至导致系统振荡，破坏系统稳定运行。
自动并列控制作用 ◦ 减轻运行人员的劳动强度，提高系统运行可靠性和
稳定性。
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US U S 0
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发电机侧电压相关参量：电网侧电压相关参量：
UG —— 发电机电压相量； U G —— 发电机电压幅值；
G —— 发电机电压角频率；
G —— 发电机电压初相角；
Ux —— 电网电压相量；
U x —— 电网电压幅值；
x —— 电网电压角频率； x —— 电网电压初相角；
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1/20 到1/10。 ◦ 准同期并列的一个实际条件为：压差不能超过额定电压的 5～10％。
角频率s 的大小，即频率差的大小。
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二、自动准同期装置
•
Ux
DL并列断路器
•
UG
G
a
b
TV
a
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
合闸
图1-8 自动准同期并列装置组成
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自动准同期装置组成单元
• 频差控制单元
✓检测频差方向，完成发电机频率趋于系统频率的调整。
o 在检修完，要将机组重新投入； o 故障情况下，为了保护发电机，或为了保持主系
统的稳定，需要切除发电机，并在合适时候将其 重新投入运行；有时需要将备用发电机迅速投入 运行。 o 针对上述情况，都需要在必要时将发电机重新投 入电网。可见，在电力系统运行中，并列操作是 较为频繁的。