经典之-发电机同期并列原理详解
发电机的自动并列资料
1) 越前时间tYJ
tYJ tc tDL
自动装置合闸信号输 并列断路器 出回路的动作时间 的合闸时间
2) 允许电压差
一般定为(0.1一0.15)Ue
3) 允许滑差角频率
sy
tc
ey tDL
ey
2 arcsin i"hm X "q X X 21.8 2E"q
断路器的动 作误差时间
KE UE
UG
G
DL
UX
Xx
System
二优点：
控制操作非常简单，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。
三缺点：➢ 引起冲击电流；
➢ 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。
I "h
UX X "d X X
UG
UX X "d ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱX X
G
使之符合并列条件, 并将断
路器DL合闸作并网运行的一 电路示意图
系列操作。
二 母线电压的状态量
母线电压瞬时值: u Um sint Um sin2ft
幅值 频率 相角
三 同步发电机组并列时应遵循的原则：
a) 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l一2倍的额定电流。
1 电压幅值差
UG U X ， fG fX ，e 0
Ux
UG
Ih
冲击电流的有效值和最大瞬时值:
I "h
UG UX X "d X X
i"hm 1.8 2I"h
电力系统自动化第2讲 同步发电机的自动准同期并列
North China Electric Power University
第三章 同步发电机的自动准同期并列
2023/10/16
重点讲解发电机同步准同期 并列的自动化原理. 这是将同 步发电机投入电网进行并列运 行以组成电力系统的基本步骤.
North China Electric Power University page2
检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而
且主要是对脉动电压
U
进行检测并提取信息。
S
2023/10/16 North China Electric Power University page18
1 脉动电压— QF两侧电压相量幅值相等
（1）QF两侧电压相量幅值相等 j U X
可以得到脉动电压：
Sy
0.2 2 f N
100
0.2 rad / S
TS
2 Sy
10S
测量 TS 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差
角频率的大小，即频率差的大小。
2023/10/16 North China Electric Power University page23
2 脉动电压—并列检测合闸相角差
同步发电机并列的同步过程分析
发电机发出 功率
发电机吸收 功率
2023/10/16 North China Electric Power University page15
自同期并列
自周期并列就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，滑差角频率不超过允许值，而且， 在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QF,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 并列发电机拉入同步状态。
发电机的并列运行（三篇）
发电机的并列运行1.待并发电机的电压有效值Uf与电网的电压有效值U相等或接近相等，允许相差±5％的额定电压值。
待并发电机的电压有效值Uf，与电网的电压有效值U之间的压差ΔU，若在允许范围内，所引起的无功冲击电流是允许的。
否则ΔU越大，冲击电流越大，这个过程相当于发电机的突然短路。
因此，必须调整两者间的电压，使其接近相等后才可并列。
2.待并发电机的周波ff应与电网的周波f相等，但允许相差±0.05～0.1周/秒以内。
若两者周波不等，则会产生有功冲击电流，其结果使发电机转速增加或减小，导致发电机轴产生振动。
如果周波相差超出允许值而且较大，将导致转子磁极和定子磁极间的相对速度过大，相互之间不易拉住，容易失步。
因此，在待并发电机并列时，必须调整周波至允许范围内。
通常是将待并发电机的周波略调高于电网的周波，这样发电机容易拉入同步，并列后可立即带上部分负荷。
3.待并发电机电压的相位与电网电压的相位相同，即相角相同。
在发电机并列时，如果两个电压的相位不一致，由此而产生的冲击电流可能达到额定电流的20～30倍，所以是非常危险的。
冲击电流可分解为有功分量和无功分量，有功电流的冲击不仅要加重汽轮机的负担，还有可能使汽轮机受到很大的机械应力，这样非但不能把待并发电机拉入同步，而且可能使其它并列运行的发电机失去同步。
在采用准同期并列时，发电机的冲击电流很小。
所以，一般应将相角差控制在10º以内，此时的冲击电流约为发电机额定电流的0.5倍。
4.待并发电机电压的相序必须与电网电压的相序一致。
5.待并发电机电压的波形应与电网电压的波形一致。
以上条件中第4项关于相序的问题，要求在安装发电机的时候，根据发电机规定的转向，确定好发电机的相序而得到满足。
所以在以后的并列过程中，相序问题就不必考虑了。
第5项关于电压波形的问题，应在发电机生产制造过程中得以保证。
综上所述，在发电机并列时，主要满足1～3项的条件，否则将会造成严重事故。
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第六章同期系统将一台单独运行的发电机投入到运行中的电力系统参加并列运行的操作，称为发电机的并列操作。
同步发电机的并列操作，必须按照准同期方法或自同期方法进行。
否则，盲目地将发电机并入系统，将会出现冲击电流，引起系统振荡，甚至会发生事故、造成设备损坏。
准同期并列操作，就是将待并发电机升至额定转速和额定电压后，满足以下四项准同期条件时，操作同期点断路器合闸，使发电机并网。
（!）发电机电压相序与系统电压相序相同；（"）发电机电压与并列点系统电压相等；（#）发电机的频率与系统的频率基本相等；（$）合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。
自同期并列操作，就是将发电机升速至额定转速后，在未加励磁的情况下合闸，将发电机并入系统，随即供给励磁电流，由系统将发电机拉入同步。
自同期法的优点：!合闸迅速，自同期一般只需要几分钟就能完成，在系统急需增加功率的事故情况下，对系统稳定具有特别重要的意义；"操作简便，易于实现操作自动化。
因为在发电机未加励磁电流时合闸并网，不存在准同期条件的限制，不存在准同期法可能出现的问题；#在系统电压和频率因故降低至不能使用难同期法并列操作时，自同期方法将发电机投入系统提供了可能性。
自同期法的缺点是：未加励磁的发电机合闸并入系统瞬间，相当一个大容量的电感线圈接入系统，必然会产生冲击电流，导致局部系统电压瞬间下降。
一般自同期法使用于水轮发电机及发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机。
在采用自同期法实施并列前，应经计算核对。
发电厂发电机的并列操作断路器，称为同期点。
除了发电机的出口断路器之外在一次电路中，凡有可能与发电机主回路串联后与系统（或另一电源）之间构成唯一断路点的断路器，均可作为同期点。
例如，发电机—变压器组的高压侧断路器，发电机—三绕组变压器组的各侧断路器，高压母线联络断路器及旁路断+!8+ 8+ 路器，都可作为同期点。
第一章发电机自动并列
（3）UG=UX，fG≠fX，δe=0 发电机在频差较大的情况下并入系统，立即
带上较多正的（或负的）有功功率，对转子产生 制动（或加速）的力矩，使发电机产生振动，严 重时导致发电机失步，造成并列不成功。允许频 率差范围为额定频率的0.2%~0.5%,0.1~0.25Hz
发电机准同步并列的实际条件： (1)待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差
准同期并列：
过程： 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。 优点：是冲击电流小； 不足：并列时间较长且操作复杂。
自同期并列：
过程： 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，在原动机转矩、 同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列 操作。 优点：并列时间短且操作简单 不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降 ，产生冲击电流。
•
•
Iq
EQ
jI Xq
0
•
I Ra
•
I
•
Id
凸极同步发电机的向量图
向量方程：EQ U I(Rs jX q ) U jIX q
U U G
I IG
U m
时变方程：uG U m sin(t )
二、并列的基本概念
1 概念 使uG与ux满足一定条件后合断路器，并联运行
2 目的：①负荷波动；②系统事故 3 原则：①冲击电流小；②暂态过程短 4 方法： 准同期并列：If→合闸→暂态→同步 自同期并列：无If→UN→合闸→加If→暂态→同步
U
' R
2
R1
R2 R2
U
同步发电机自动并列原理
*
两种并列操作方法的比较：
准同期并列：并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；不足是并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间长且操作复杂。
自同期并列：并列过程中不存在调整发电机电压、频率的问题，并列时间短且操作简单；不足是并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功而使系统电压降低，同时产生很大的冲击电流，对电力系统扰动大。
*
滑差：待并发电机的电压频率 与系统电压频率 不相等时的情况，即 。 滑差周期 ： 为两电压间的相对电角速度称为滑差角速度(简称滑差)。
*
另外，频率差 、滑差 和滑差周期 都可以用来表示待并发电机与系统之间频率差的大小。
在有滑差的情况下，将机组投入电网，需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。滑差越大，并列时的冲击就越大。
*
（2）滑差检测
在 的范围内，线性整步电压越小则对应的角差越大，线性整步电压为顶值时， 为零，它们之间是单值关系。所以，当线性整步电压为一定值时，即等于确定了相应的 值，而在 为零之前的角差，称为越前相角，用 表示。
*
滑差检测原理：首先选定一个越前相角 ，使得
*
的获得
*
具体实现电路：
*
*
(3) 压差检测
*
(4)合闸控制单元原理
逻辑回路图
*
并列后，发电机应能迅速进入同步运行状态,
暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
*
4.1.3 并列操作方式
自同期：将未励磁、接近同步转速的发电机投入系统，并同时给发电机加上励磁，在原动机力矩、同步力矩等作用下把发电机拖入同步，完成并列操作。
发电机组自同期并列和准同期列的介绍
发电机自同期并列与准同期并列的介绍准同期：发电机与系统的电压差、频差、相角差均在允许的范围内的并列。
自同期：未加励磁的发电机在转速接近系统同步转速，滑差在允许的范围内的并列。
准同期并列时间长，但冲击小。
大型发电机应采用准同期方式。
自同期并列时间短，适于小水电的并网。
1、准同期并列实现发电机准同期并列通常采用灯光法和整步表法灯光并列法分灯光熄灭法和灯光旋转法两种灯光熄灭法灯光熄灭法接线图灯光熄灭法同期灯的接线图待并发电机与电网并列时，可将三只灯泡跨接在主开关的对应相的两端当发电机和电网相序一致时，三个灯泡呈同明同暗的变化调节发电机的电压和频率，使之与电网的电压和频率相接近当调到灯光亮暗的变化很慢时，就可作合闸的准备当三相指示灯同时熄灭时，表示开关两侧对应相之间的电压差接近为零此时应迅速合闸，将发电机并入电网运行灯光旋转法灯光旋转法接线从灯光旋转法接线图中看到，灯光旋转法与灯光熄灭法不同的是：三只灯中，只有一只灯接在开关的对应相的两端，如图中相另外两只灯是交叉接到开关两端的，如图中的灯、一般将三只灯装在一个圆周上当发电机与电网相序一致时，三只灯是旋转交替亮或暗灯光旋转的频率就是发电机和电网之间的频率差调节发电机电压和频率，当灯光旋转速度很慢时，就可做合闸的 803 第六篇水轮发电机组的起动运行维护图灯光旋转法同期灯接线图准备当相灯全暗，其他两相灯、一样亮的时刻，即可迅速合闸，把发电机并入电网运行用上面两种方法并列，也可同时检查发电机的相序当用灯光熄灭法并列时，如三只灯泡灯光不是同明同暗，而是呈旋转发光状态，说明发电机与电网相序不一致当用灯光旋转法并列时，如三只灯泡灯光不旋转，而是同明同暗，则也说明发电机与电网相序不一致这时，要将发电机的任意两根引出线调换，使相序与电网相序一致发电机之间或发电机与电网之间相序不一致时，一定不能进行并列运行操作，否则将使发电机受到严重损坏自同期并列自同期也是一种并列操作过程，但它不同于准同期其操作过程是这样的：先将水轮发电机组转动起来，当转速上升至稍低于机组的额定转速时，就将断路器闭合，这时电力系统给发电机定子绕组送进三相冲击电流形成旋转磁超然后励磁系统再给发电机转子绕组送进直流电流产生磁超使电力系统将发电机拉入同步运行状态在并列过程中，发电机因有冲击电流而受到一定的损伤是自同期的缺点优点是并列过程比较迅速，特别是在电力系统中发生事故或系统电压、频率发生剧烈波动时，采用准同期费时间多而且很困难，甚至不可能实现并列，但采用自同期方式就有可能较迅速地实现并列。
同步发电机自动准同期并列综述
同步发电机自动准同期并列综述任治坪（新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐 830008）摘要：本文介绍的是同步发电机的自动准同期并列基本原理，其中包含了同期并列的基本基本条件，模拟式自动准同期装置的原理，微机型自动准同期装置的原理等内容。
关键字：同期并列整步电压恒定越前时间周期法解析法DFT类算法Parallel synchronous generatorautomatic synchronizing SummaryRen Zhiping(Electrical Engineering College,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang 830008)Abstract：This article describes a synchronous generator automatic synchronizing the basic principles of a tie, which contains the basic fundamental conditions for the same period in parallel, analog principle of automatic synchronizing devices, computer-based automatic synchronizing device principle and so on.Key word: Juxtaposition；Lockout V oltage；Echizen time constant；Cycle approach；Resolve approach；DFT-like algorithm0、引言随着工业社会的不断发展电力行业显得越来越重要，而同期并列是电力系统中经常进行的一项十分重要的操作。
不恰当的并列会对发电机和系统产生巨大的冲击损坏电气设备影响电力系统的稳定性造成成本升高甚至造成人员伤亡。
发电机并机原理
发电机并机原理发电机并机原理是指将多台发电机连接并行运行，实现输出电力的增加和互备功能的一种方式。
在电力系统中，发电机并机常用于实现电力系统的可靠性和经济性要求。
下面将对发电机并机原理进行详细介绍。
一、发电机并机的概述发电机并机是指将多台相同或类似的发电机通过适当的连接方式连接到一个电力系统中，在满足电力系统功率需求的同时，实现发电机之间的互相配合和相互备份。
发电机并机能够提高电力系统的可靠性，减少故障和停机时间，并优化系统的运行效率和能源利用。
二、发电机并机的方式发电机并机可以通过以下几种方式实现：1. 直流并机：将多台交流发电机通过整流装置转换为直流电后，再进行并联。
2. 交流并机：直接将多台交流发电机通过适当的电力连接装置进行并联。
三、发电机并机的原理1. 并联方案：发电机并机的基本原理是通过将多台发电机的输出端与电力系统的母线进行并联，形成一个共同的输出端点。
同时，通过适当的控制和保护装置，实现各发电机之间电流的分担和对系统需求功率的配置。
2. 相同发电机特性：发电机并机要求并联的发电机具有相同的特性，包括额定功率、电压和频率等参数。
以确保在并联运行时，所有发电机能够协调工作，互相之间不会发生电流冲突或功率不平衡的问题。
3. 分担负荷：在发电机并机的过程中，多台发电机的负荷是共同分担的。
通过适当的控制装置，根据各发电机的负荷特性和功率需求，将负荷按照一定的方法进行分担，以实现合理的负荷配置和发电机的平衡运行。
4. 互备功能：发电机并机不仅能够实现负荷的分担，还能够在某个发电机发生故障或停机时，其他发电机能够自动接替负荷，实现互相备份的功能。
通过适当的自动控制装置，当发电机故障发生时，系统能够自动调节其他发电机的输出来满足负荷需求，并提供足够的时间进行故障检修或维护。
5. 运行控制：发电机并机系统需要配备适当的运行控制装置，用于监测各发电机的运行状态、负荷特性和电流等参数，以及实现负载分担和互备功能的自动控制。
发电机的并列运行
发电机的并列运行是一种常见的发电系统运行方式，它能够在电网不稳定或者需要大功率供电的情况下提供可靠的电力支持。
本文将重点探讨发电机并列运行的原理、优势和注意事项。
一、发电机并列运行的原理发电机并列运行，即将多台发电机连接在一起，通过共享负载来提供电力。
每台发电机都可以独立工作，但通过合理的控制和调节，使各个发电机的功率输出相等，从而实现并列运行。
发电机并列运行的主要原理是通过谐振回路来实现负载共享。
当多台发电机并列运行时，它们的输出电压和频率应该是相同的。
为了实现这一点，发电机通常通过同步装置来确保它们的电压和频率一致。
在并列运行期间，各个发电机之间通过同步装置进行相互校准，保持电压和频率的一致性。
二、发电机并列运行的优势1. 提高可靠性：可以通过并列运行将多台发电机连接在一起，当其中某一台发电机发生故障时，其他发电机可以自动接管负载，确保电力供应的连续性。
2. 提高容量：多台发电机并列运行可以实现电力容量的叠加。
当需要大功率供电时，可以通过增加发电机的数量来满足需求。
3. 实现负载均衡：通过合理调节各个发电机的功率输出，可以实现对负载的均衡分配，避免某一台发电机负载过重，提高整体发电系统的效率和稳定性。
4. 降低噪音和振动：多台发电机并列运行可以将负载分散到多台发电机上，减少单个发电机的负载，从而降低了噪音和振动的产生。
5. 简化维护：多台发电机并列运行可以实现冗余备份，当其中一台发电机需要维修或保养时，其他发电机可以继续供电，减少了停电时间和维修成本。
三、发电机并列运行的注意事项1. 各个发电机之间的电压和频率必须一致，需要通过同步装置进行校准和调节。
同时，应定期检查和维护同步装置，确保其正常工作。
2. 发电机的容量和参数需要相匹配，避免出现功率不均衡或过负荷的情况。
在选择和搭配发电机时，应符合相关的电气参数和并列运行要求。
3. 发电机之间的互联和连接应采用合适的电缆和接线方式，确保电力传输的可靠性和稳定性。
第十六章同步发电机的并列运行课件
02
同步发电机并列运行 原理
准同期并列运行原理
总结词
准同期并列运行是一种精确控制发电机电压和系统电压的并列方法，以确保两者在并列 时达到一致。
详细描述
准同期并列运行是通过调节发电机的电压和频率，使其逐渐接近系统电压和频率。在并 列操作时，发电机的电压相位与系统电压相位之间的偏差应尽可能小，以确保并列过程 中的冲击电流最小。准同期并列运行需要使用自动准同期装置来监测和调节电压、频率
结果分析
对比实验数据，分析并列运行过程中的稳定性、效率和经济性；探讨并列运行 的影响因素和优化方法。
THANK YOU
05
同步发电机并列运行 的实验与实践
并列运行的实验设备与环境
实验设备
两台相同型号的同步发电机、断 路器、隔离开关、电流表、电压 表、功率表、互感器等。
环境要求
稳定的电网系统，确保实验过程 中电网频率和电压稳定；实验室 内温度、湿度适宜，通风良好。
并列运行的实验方法与步骤
准备阶段
检查实验设备是否完好，确保发电机和测量仪表正常工作；设定发电 机的负载和励磁电流。
并列运行是电力系统中的一种重要运行方式，它能够提高电 力系统的稳定性和可靠性，同时实现电能的优化分配和利用 。
并列运行的重要性
提高电力系统的稳定性和可靠性
01
并列运行的发电机组可以相互支持，减小系统故障对电力供应
的影响，提高电力系统的稳定性和可靠性。
优化电能分配和利用
02
并列运行可以实现电能的优化分配和利用，提高电力系统的经
并列操作的注意事项
01
02
03
04
并列条件
确保发电机和系统的电压、频 率、相位角相等，是实现顺利
发电机同期并网技术简介
发电机同期并网技术简介摘要：本文简单介绍发电机同期并网原理，结合现场实际分别对手动、自动同期并网方式的优缺点进行总结。
关键词：手动、自动、并网1.概述在发电厂中，同期并网是电厂发电前的一项重大操作。
需要励磁、汽机控制等各系统之间协调配合，最终实现发电机稳定并入电网，将电能稳定送入电网。
一旦操作不当，可能造成系统波动、进相运行等异常事故，严重时会造成非同期并网、保护误动作，甚至导致停机停堆。
2.发电机并网原理发电机同期并网的原理：通过采集发电机出口电压互感器电压与系统侧电压比较，当达到设定条件时（包括两侧的电压幅值、相序、相位等条件时）发出合闸指令，通过闭合发电机出口断路器将发电机与系统并网，实现电能输送。
发电机并网的条件：（1）发电机机端电压与系统侧电压幅值相等并且波形一致；（2）发电机机端频率与系统侧频率相同，约50Hz；（3）发电机机端电压与系统侧电压相序相同。
（4）合闸瞬间，发电机机端电压与系统侧电压相位相同。
在以上四个条件具备的基础上，就能完成发电机的顺利并网，且在并网瞬间，发电机机端电压与系统电压的差值越小，则发电机并网时受到的冲击就越小，并网过程就越平稳。
3.发电机同期并网方式简介3.1同期装置简介深圳国立智能的SID-2FY型的同期装置，具有手动、自动准同期并网功能。
同期装置能够自动识别当前的并网模式，有差频并网、同频并网（合环）方式。
在差频并网时，通过精确的数学模型能够保证快速的捕捉第一次出现的并网时机，精确的在相角差为零度时完成无冲击并网。
在并网过程中，按模糊控制理论的算法，对机组频率以及电压进行自动控制，确保最快最平稳的使压差、频差进入整定范围，实现更为快速的并网。
3.2手动同期并网模式简介手动准同期装置是通过同期装置配置的选线器进行通道的选择，共设置3个通道，分别对应发电机出口断路器、主变高压侧110JA/120JA断路器（3/2接线的发电厂）。
通过选择不同的通道分别进行各个开关的同期并网操作。
发电机的并列运行
发电机的并列运行是指将多台发电机连接在一起，同时提供电力输出。
这种方式常用于大型电力需求场合，以保证电力供应的稳定性和可靠性。
以下将详细介绍发电机的并列运行原理、实施要点以及优缺点。
一、发电机的并列运行原理发电机的并列运行基于并联电路原理，即将多台发电机的正、负极连接在一起，形成一个共同的电网。
这样一来，每台发电机可以有一定的独立性，但总体上仍然能够实现电力的共享和平衡。
并列运行的发电机可以根据实际负载情况，自动实现负载均衡，确保每台发电机的运行平稳。
所谓负载均衡，指的是根据实际需求，将电力负载平均分配给每台发电机，使其在运行过程中得到合理的负荷。
当一个发电机负荷过重时，可以通过电控系统的自动调节，将其负载转移到其他发电机上，从而保证所有发电机的运行平稳和效率最大化。
二、发电机的并列运行要点1.选用相同规格的发电机：在进行发电机的并列运行时，要求选择相同规格和型号的发电机。
这样做有利于各台发电机在电流、电压等参数上保持一致，从而更好地实现负载均衡。
2.平行线路的设计：在进行发电机的并列运行时，要合理设计平行线路。
即确保各个发电机之间的导线长度、截面积、电阻等参数相近，以减少电流和电压的损耗，并且要注意防止回流电流的产生。
3.优化发电机的控制系统：发电机的并列运行离不开先进的控制系统。
通过利用自动化控制系统，可以实现对每台发电机的负载均衡、电压稳定、频率控制等功能。
同时，还需要有完善的保护功能，比如过流、过压、短路等保护，确保发电机和负载设备的安全运行。
4.配置合适的负荷：发电机的并列运行的一个重要要点就是选择合适的负荷。
负荷的选择应根据实际需求和发电机的额定容量进行合理匹配，以保证发电机的负载率在正常范围内。
过轻的负荷会导致发电机工作不稳定，过重的负荷则会造成发电机过热、损坏等问题。
5.故障和维护管理：发电机的并列运行时，要建立完善的故障和维护管理体系。
定期进行发电机的检查、维护和保养工作，及时发现和修复故障，确保发电机的正常运行和寿命。
第一章 发电机的自动并列
s t
2
2U G sin
e
2
2U x sin
e
2
（1-8）
u s 为正弦脉动电压，其最大幅值为 2U G （或 2U x ） U s 的相量图 。
及其瞬时值波形如图 1-5（a）（b）所示。 、 转动一圈的时间为脉动周期 T s 。
第二节 准同期并列的基本原理
j
us
u x uG
电力系统自动化
武汉理工大学
电力系统自动化
发电机的自动并列 同步发电机励磁自动控制系统 电力系统频率及有功功率的自动调节 电力系统电压调整和无功功率控制技术 电力系统调度自动化 配电管理系统
实验
第一章 发电机的自动并列
概 述
准同期并列的基本原理 自动准同期并列控制
Ux
×
UG
DL
Us
DL
G
UG
(a )
G
(b)
Ux
x
励磁电流，其端电压
U G ，调节 U G 的状态参
X e
G
UG
Ux
X
G
Us
EG
(c)
X
x
数使之符合并列条件。
Ex
图1-1准同期并列
(a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路
第一节 概 述
1． 设发电机电压 U G 的角速度为 G ，电网电压 U X 的角速 度为 x ，它们间的相量差 U G U X 为 U S 。 2． 要求 DL 合闸瞬间 U S 的应尽可能的小，其最大值应使
发电机准同步并列的实际条件：
第7章同步发电机的并列运行
一、准同步法
具体分析：
若波形不同，并网后在电机与电网间必要 产生一系列高次谐波环流，从而损耗增加、 温度升高、效率降低。
若均是正弦波即波形相同但频率不等，UF 与US之间便有相对运动（图示）， UF与US 的夹角将在00 ~ 3600间不断变化，导致二者 电压差忽大忽小，若频率相差越大，一方 面牵入同步难，一方面产生差频环流，在 电机内引起功率振荡。
相对的。
一、准同步法
条件不满足时对电机的影响： ① 相序不同：电网和电机之间存在巨大的电
位差而产生无法消除的环流，危害电机安 全运行。 ② 电压不同：电机和电网之间有环流，定子 绕组端部受力变形。 ③ 频率不同：产生拍振电流和电压，引起电 机内功率振荡。 ④ 波形不同：电机和电网之间有高次谐波环 流，增加损耗，温度升高，效率降低。
T1 ——原动机输入机械转矩（驱动性质）； Tem——发电机电磁转矩（制动性质）； T0 ——发电机空载转矩（制动性质）。
二、稳态功角特性
稳态功角特性：同步发电机并入电网后，当
E0和U保持不变时，Pem=f(θ)。 1.凸极机的功角特性
Pem P2 mUI cos mUI cos( ) mUI cos cos mUI sin sin mUIq cos mUId sin
二、稳态功角特性
3. 隐极机的无功功角特性
Q mUI sin
由隐极机简化相量图可知：
E0 cos U Ixt sin
I sin E0 cos U
xt
Q mE0U cos mU 2
xt
xt
二、稳态功角特性
隐极机的无功功角特性
0，Q m U (E0 U )
xt arccos U ，Q 0
一、准同步法
经典之-发电机同期并列原理详解
第六章同期系统将一台单独运行的发电机投入到运行中的电力系统参加并列运行的操作，称为发电机的并列操作。
同步发电机的并列操作，必须按照准同期方法或自同期方法进行。
否则，盲目地将发电机并入系统，将会出现冲击电流，引起系统振荡，甚至会发生事故、造成设备损坏。
准同期并列操作，就是将待并发电机升至额定转速和额定电压后，满足以下四项准同期条件时，操作同期点断路器合闸，使发电机并网。
（!）发电机电压相序与系统电压相序相同；（"）发电机电压与并列点系统电压相等；（#）发电机的频率与系统的频率基本相等；（$）合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。
自同期并列操作，就是将发电机升速至额定转速后，在未加励磁的情况下合闸，将发电机并入系统，随即供给励磁电流，由系统将发电机拉入同步。
自同期法的优点：!合闸迅速，自同期一般只需要几分钟就能完成，在系统急需增加功率的事故情况下，对系统稳定具有特别重要的意义；"操作简便，易于实现操作自动化。
因为在发电机未加励磁电流时合闸并网，不存在准同期条件的限制，不存在准同期法可能出现的问题；#在系统电压和频率因故降低至不能使用难同期法并列操作时，自同期方法将发电机投入系统提供了可能性。
自同期法的缺点是：未加励磁的发电机合闸并入系统瞬间，相当一个大容量的电感线圈接入系统，必然会产生冲击电流，导致局部系统电压瞬间下降。
一般自同期法使用于水轮发电机及发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机。
在采用自同期法实施并列前，应经计算核对。
发电厂发电机的并列操作断路器，称为同期点。
除了发电机的出口断路器之外在一次电路中，凡有可能与发电机主回路串联后与系统（或另一电源）之间构成唯一断路点的断路器，均可作为同期点。
例如，发电机—变压器组的高压侧断路器，发电机—三绕组变压器组的各侧断路器，高压母线联络断路器及旁路断-可编辑修改-!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!— —#"!+!8 + 8 + +路器，都可作为同期点。
同步发电机自动并列知识讲解
UG UX
S2
t
TS2
U sU m 2 xU m 2 G2U mU xmc Gosts
当 st 0 时， Us Um GUm x
当 st 时， Us Um GUm x
准同期并列的基本原理
脉动电压中包括信息如下：
▪ 电压幅值差。最佳为 UmGUmX 的值最小，二电压重合时判别。
▪ 频率差，显示出相角差随时间变化的规律。
要求 S 小于某一允许的值，相当于要求脉动电压周期 T S 大于某一给定
的值。
最佳是在 UG 与 UX 重合时合闸，即相角差为零时（相量重合）幅值差最
小，考虑动作时间，要提前。 根据相角差的变化规律，可求得合闸指令最佳发出时机。
可采用两种方式
恒定越前相角准同期 恒定越前时间准同期
准同期并列的基本原理
❖ 准同期并列装置的原理
▪ 并列装置的构成 自动化程度一般分为
频率差控制单元 电压差控制单元 合闸信号控制单元
半自动 全自动
准同期并列的基本原理
▪ 恒定越前相角准同期
提前量信号取某一恒定相角 YJ 。
US
s1
s2 sy0
s3
UA
0
t
t
s1s2s3
断路器的合闸时间为 t QF 。同期装置动作时间为 t C 。
可采用两种方式mxmg恒定越前相角准同期恒定越前时间准同期准同期并列的基本原理并列装置的构成自动化程度一般分为频率差控制单元电压差控制单元合闸信号控制单元半自动全自动准同期并列的基本原理恒定越前相角准同期提前量信号取某一恒定相角syyj常数最佳滑差角频率过零后合闸过零时合闸过零前合闸断路器的合闸时间为
fG fX fG fX
输出减速脉冲信号 输出加速脉冲信号
电力系统培训课件：同步发电机的自动并列装置原理课件
二、同步发电机并列操作的方法
1 准同步并列
先给待并发电机加励磁，使发电机建立起电压，调整发电机的电压和频率，在 接近同步条件时，合上并列断路器，将发电机并入电网，人工手动完成、自动 完成。
2 自同步并列
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。这种并列方法将产生较大冲击电流，使系统电压、频率短时下 降。
U G UW
jX
'' d
U
jX
'' d
G Ich
QF
UG
系统 UW
Ich UG ΔU UW X”d
EG
EW
1．电压差允许值
设发电机频率与系统频率相等，二者相角差δ ＝0，只是电压大小不等，即UG≠UW,且 UG>UW。此时产生的冲击电流的有效值为：
I ch
UG UW
X
'' d
U
X
'' d
冲击电流与电压差值ΔU成正比，为无功性质。 一般规定：为保证发电机安全，一般冲击电流不允许
U
* G
2
U
* G
调差系数KU也可用百分数表示
Ku％ UG0 UG2) /UGN 100％
调差系数KU表示无功电流由零增加到额定值 时，发电机端电压的相对变化。调差系数 越小，无功电流变化时发电机端电压变化 越小，所以调差系数KU表征了励磁调节系 统维持发电机端电压的能力，无功调节特 性也被称为调差特性。
α
可控整流 UAV
12.3 并联运行机组间无功功率分配
发电机的调节特性：
是指发电机励磁电流Ie.G与无功负荷IQ.G之间的关系。
发电机同期并列装置PPT课件
二、实现发电机并列的方法
◆ 准同期并列的优缺点 优点：在正常情况下，并列时产生的冲击电流比较小，不会
使系统电压降低，并列后容易拉入同步，对系统扰动小。 缺点：因同期时需调整待并发电机的电压和频率，使之与系
统电压，频率接近，这就要花费一定时间，使并列时间加长，不 利于系统发生事故时及时投入备用容量。
图8 fF小于f
三、准同期并列的条件
（三）准同期并列的实际条件 发电机实际并列时，由于发电机和系统均有一定的抗冲击的
能力，除了相序必须一致外，其他条件允许有一定的偏差 待并发电机电压和系统电压接近相等，不超过（5-10）%额
定电压； 待并发电机电压与系统电压的相角差在并列瞬间应接近于零，
不大于10°； 待并发电机频率与系统频率接近相等，不超过（0.2-0.5）%
五、自动准同期装置
（一）同期基础知识简介 1、准同期原理述在同期的三要素中，频率差和相角差这两个要素是一对矛盾体。 若两系统的原有相位差Δa≠0，而当满足频率相等要素，则Δa恒定， 永远不可能Δa=0。只有Δf =fg－fS≠0, 亦即存在频率差时，Δa才会 出现等于0的机会。
在实际应用中，电压差、频率差与相位差相比，对于系统和设备 的影响要小得多；同时，电压、频率较容易调至满足要求。故可以简 单地认为，同期过程实际上是捕捉Δa＝0的过程，而电压差和频率差 两要素仅作为同期时的限定条件，只要在一定范围内即可。
单击图标添加图片发电机同期并列装单击图标添加图片发电机同期并列装置一同步发电机的并列运行二实现发电机并列的方法三准同期并列的条件分析四准同期并列的方式五自动准同期装置六发电机同期系统试验同步发电机的并列运行为了提高供电的可靠性和供电质量合理地分配负荷减少系统备用容量达到经济运行的目的发电厂的同步发电机和电力系统内各发电厂应按照一定的条件并列在一起运行这种运行方式称为同步发电机并列运行
发电机准同期并列
发电机准同期并列在发电厂的生产过程中，发电机组与系统的并列是一项非常重要的操作。
由于各种原因在并列过程中发生事故的现象时有发生，这种事故对电力生产和电气设备造成的损害是非常严重的，因此有必要对发电机组的并列过程中详细了解，进行认真的分析提高认识。
标签：同期并列;电压差;频率差;相角差2014年6月4日，某厂机组检修后并网，发生非同期并列事故，造成主变损坏，机组延期并网的恶性事故。
事后查明在机组检修过程中，对同期装置进行了校验，恢复措施时，将同期装置待并侧电压线接反。
1、发电机的同期发电机并列方式可分为准同期并列和自同期并列。
准同期并列为待并发电机在并列前已加励磁，通过调节励磁，当发电机的电压、频率、相位与系统的电压、频率、相位接近时，将待并发电机出口断路器合闸，完成并列。
自同期并列即为先将励磁绕组经过一个电阻闭路，在不加励磁的条件下，当待并发电机频率与系统频率接近时，合上发电机断路器，随即加上励磁，利用电机的自整步作用，将发电机拉入同步[1]。
现在一般采用准同期并列，因为准同期并列的优点是发电机冲击电流很小甚至没有，对电力系统几乎无影响，但必须满足准同期并网的条件否则造成非同期并网，在最恶劣条件下非同期并网的冲击电流比机端三相短路电流还大，可达发电机额定电流的20-30倍。
同期并列的条件为发电机电压、频率、相位与系统电压、频率、相位一致。
我公司发电机的并列方式采用准同期并网。
当发电机电压升至额定电压范围时，由于发电机侧与系统侧两侧电压幅值和频率不同，并存在相位差，系统侧和待并侧存在的电压差会随着时间的变化而变化。
在某一时刻电压差为最小值，此时即为同期点，如图1所示。
在图1中，可以看到在同期点前同期点后待并侧与系统侧同相之间均存在着电压差，在同期点进行并网，是最理性的状态，此时并列瞬间的冲击电流，对系统电压几乎没有影响，并列后发电机组与电网立即进入同步运行，不会发生任何扰动。
所以准同期并网的一个要点为能够准确的捕捉同期点，否则极易造成非同期并网。
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第六章同期系统将一台单独运行的发电机投入到运行中的电力系统参加并列运行的操作，称为发电机的并列操作。
同步发电机的并列操作，必须按照准同期方法或自同期方法进行。
否则，盲目地将发电机并入系统，将会出现冲击电流，引起系统振荡，甚至会发生事故、造成设备损坏。
准同期并列操作，就是将待并发电机升至额定转速和额定电压后，满足以下四项准同期条件时，操作同期点断路器合闸，使发电机并网。
（!）发电机电压相序与系统电压相序相同；（"）发电机电压与并列点系统电压相等；（#）发电机的频率与系统的频率基本相等；（$）合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。
自同期并列操作，就是将发电机升速至额定转速后，在未加励磁的情况下合闸，将发电机并入系统，随即供给励磁电流，由系统将发电机拉入同步。
自同期法的优点：!合闸迅速，自同期一般只需要几分钟就能完成，在系统急需增加功率的事故情况下，对系统稳定具有特别重要的意义；"操作简便，易于实现操作自动化。
因为在发电机未加励磁电流时合闸并网，不存在准同期条件的限制，不存在准同期法可能出现的问题；#在系统电压和频率因故降低至不能使用难同期法并列操作时，自同期方法将发电机投入系统提供了可能性。
自同期法的缺点是：未加励磁的发电机合闸并入系统瞬间，相当一个大容量的电感线圈接入系统，必然会产生冲击电流，导致局部系统电压瞬间下降。
一般自同期法使用于水轮发电机及发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机。
在采用自同期法实施并列前，应经计算核对。
发电厂发电机的并列操作断路器，称为同期点。
除了发电机的出口断路器之外在一次电路中，凡有可能与发电机主回路串联后与系统（或另一电源）之间构成唯一断路点的断路器，均可作为同期点。
例如，发电机—变压器组的高压侧断路器，发电机—三绕组变压器组的各侧断路器，高压母线联络断路器及旁路断+!8 + 8+路器，都可作为同期点。
在同期点应装设准同期装置。
对于电压在 !!"#$ 以上 的联络线路的断路器，除装设准同期装置外，其重合闸装置应具有检查无压、检 查同期的功能。
在发电厂，并列操作比较频繁，在实施并列过程中可直接调节发电机的同期 参数。
一般同期点应装设带非同期闭锁的手动准同期装置和自动准同期装置； 在水电厂，除了装设以上两种准同期装置之外，还应装设自动自同期装置。
对于 双电源的变电站，一般只装设带非同期闭锁的手动准同期装置。
第 一 节 同 步 发 电 机 准 同 期 并 列 原 理发电机并列主电路示意图见图 % & !（’）。
(! 为待并发电机，当同期点断路 器 )*! 合闸使发电机 (! 并网后，如果断路器 )*+ 跳闸，)*+ 两侧为不同系统的 电源，也必须按照准同期条件合闸。
图 % & ! 为待并发电机电压与系统电压波形 图；图 % & （! ,）为滑差电压波形图。
图中系统电压瞬时值为 -. / 0.1.2（3 !.4 5"6.）待并发电机电压瞬时值为-7 / 071.2（3 !74 5"67）式中 0.1、071—系统电压、发电机电压幅值； "6.、"67—系统电压、发电机电压的初相角； !.、!7—系统电压、发电机电压的电角速度。
系统电压与发电机电压瞬时值之差为滑差电压瞬时值 -8。
-8 / -. & -7。
设 0.1 / 071 / 01，初相角均为零，即 !6. /!67 / "9，!8 /!. &!7，则有 -8 / -. & -7 / 0.1.2（3 !.4 5"6.）& 071.2（3 !74 5"67）/ 01.23!.4 & 01.23!7 4:5 7/ +01.23 ! 4,6. !（!. 5!7）4 / 081,6.! ! 也可用几何方法以 -. 瞬时值减 -7 的瞬时值得到 -8 的波形［如图 % & （! ,）］。
滑差电压 -8 是一个角速度为 !（!. 5!7）、幅值为 +01.23 ! 4 作正弦变化的电压。
+ 滑差电压幅值的变化规律为-!*图 ! " # 发电机并列示意图（$）主（%）&’、&(（)）滑差电压 &* 波形&*+ , -.+’/0 #1由于在并网之前系统频率与待并发电机频率不相等 .’ 与 .( 之间的相角差",!* 1 随时间 1 而变化。
"以 2 3 -#为周期而变化，&* 的幅值也由小到大随之变 化。
当", 2 时，&* , 2；当",#时，滑差电压达最大值 &*+ , -.+。
"从零至 -#的 时间，即相邻滑差电压幅值为零点之间的时间，即为滑差电压 &* 的周期 4*。
滑差电压幅值的零点，表示 &( 与 &’之间相角差为零，4* 的长短又反映两电 压频差的大小，所以准同期可利用滑差电压包络线波形变化，来实现准同期合 闸。
手动准同期和自动准同期的目的，均为检查发电机电压与系统电压之间的电压差、频率差以及电压相角差，当电压差和频率差满足要求时，以提前时间 156 发出合闸命令，使并列断路器主触头在电压相角差为零的瞬间合闸，实现发电机平稳并入系统。
由于断路器的合闸机构为机械操动机构，从接受合闸命令到断路器主触头 闭合之间要经一定时间，此时间约为 2 7 8 3 2 7 9’，所以必须以提前时间 156发出合 闸命令。
如前所述，同步发电机按照准同期法并网，必须同时满足准同期四项条件。
其中，待并发电机的电压相序和电压数值，比较容易满足要求；而频率绝对相等（!"# !$）是不可能的。
因为发电机的转子是由动力机械（如汽轮机）带动的，在并网之前，它的转速不可能稳定保持额定转速，而总是有微小的反复变动，机端电压的频率，也就不可能长时间保持与系统频率相等。
正是由于电压频率的微小变动，两侧电压相位随之变化，才产生同期点［图% & ’（(）中) 和*!点］，才能实现在四项同期条件同时满足时刻断路器主触头接通，使发电机平稳并网。
从图% & ’不难看出，正是由于待并发电机转速不稳定，才能给同期并列创造条件。
如果待并发电机转速长时间保持恒定，使同期点两侧电压的频率保持绝对相等，那么+$与+"之间相角差相对静止，就不可能出现同期点，也就不可能实现准同期并列。
第二节发电厂准同期回路发电厂的准同期装置为全厂各同期点的共用设备，其典型接线如图% & * 所示。
图% & （*,）中下部的同期小母线为同期电压过渡导线，只有在使用同期装置时，此小母线上才有同期电压。
,）左侧是同期电压引入回路，中间虚线框内为手动准同期用单相组合式同步表，右侧虚线框内为自动准同期装置（--.& / 型）。
发电厂的电气设备安装结束后，一般设备线路位置不再变动；汽轮机（或水轮机）的转动方向也是固定的，所以投产后的母线路相序是不会改变的，一般只需在第一次并网前测量同期点两侧电压相序。
手动准同期和自动准同期可不再考虑相序条件。
发电机准同期并列有三种操作方法：分散式手动准同期、自动准同期及集中式手动准同期。
本节仅讲述前两种操作方法。
集中式手动准同期操作方法在本书第七章第一节另有讲述。
一、分散式手动准同期在图% & * 中，’.0 为发电机同期点，欲将发电机用分散式手动准同期方法实现并网，首先起动发电机组，逐渐升速至额定转速，汽轮机运行为正常并允许发电机并网。
然后按下列步骤操作并网。
（!）投入发电机的励磁系统，调节励磁电流使发电机端电压逐渐升至额定值。
（"）合上发电机出线刀闸!#$（或"#$），投入同期开关!$%$。
此时，!$%$上下对应单数号码触点接通，!母线电压互感器（!&’）之( 相电压经!$%$触点)* !! 送至同期小母线+,$(；发电机端电压互感器（&’）之( 相电压经!$%$触点!- * !. 送至同期小母线+$&(。
（-）将同期闭锁开关$%/投向“闭锁”位置，此时$%/触点! * - 断开。
手动同期开关!$%$0投向“粗调”位置，此时!$%$0之- * 1、2 * 3、!!* !" 触点接通，同期电压表和频率表均接入电压4’!、45!分别指示待并发电机电压和频率；4’"、45"分别指示系统电压和频率。
由于!$%$0触点!- * !1触点断开，所以在“粗调”位置时同步表4$ 不旋转。
同期继电器6$7两线圈均无外加电压，其动断触点闭合。
但因!$%$0触点". * "8断开，合闸小母线!+$0与"+$0之间不会接通。
（1）根据电压表的指示，用待并发电机的无功调节把手调整待并发电机的电压，使之与系统电压相等；根据频率表的指示，用待并发电机的有功调节把手调整发电机的频率，使之与系统频率基本相等。
（.）将!$%$0投向“细调”位置，其触点! * "、.* 8、)* !9、!2* !3、"8* ".、!-* !1接通。
此时同步表4$ 表开始旋转，同期检查继电器6$7两线圈分别接入系统电压和发电机电压。
根据同步表4$ 表指针旋转的速度和方向，再对发电机进行细调，达到同步表4$ 表指针顺时针缓慢旋转时，将!#5 的控制开关!$%0 投向“预备合闸”位置其绿色位置指示灯闪亮。
待同步表4$ 表指针接近同期点时刻，6$7动断触点闭合，迅速将!$%0转至“合闸”位置并保持约"$，再放开手柄，使其自动复位，其触点. * 3 接通，若"$后又断开，!#5 会闭后，其红色位置指示灯稳亮。
在同步表指针接近同期点时发出合闸命令，是为满足提前时间的需要。
同步表4$ 表指针顺时针旋转，表明发电机频率略高于系统频率。
这样，发电机并网后可立即向系统输送少量有功负荷，以利于发电机进入同步。
（8）发电机并网后，将!$%$、!$%$0转至“退出”位置。
至此，手动同期装置退出，并网操作结束。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!二、自动准同期自动准同期是利用自动准同期装置实现发电机按准同期条件并入系统的操作。
当发电机电压或频率与系统电压或频率有偏差时，该装置发出调节脉冲，分别调节发电机的电压或频率，直到准同期条件基本满足时，自动准同期装置在适当的提前角度下（满足提前时间）自动发出合闸命令，使发电机平稳并网。