电力系统自动化 第一章 自动准同期

ω g − ωs
t ) 为脉动电压的幅值
u x = U x cos(
ω g + ωs
2
t)
概述 三、准同期条件的分析
ω x = ω g − ωs
U x = 2U g sin
δ = ω xt
= 2U g sin
ω xt
2
δ
2
= 2U s sin
δ
2
脉动周期
1 2π Tx = = fx ωx
2πf x fx ωx = = ω x* = 2πf e f e 2πf e
发电机并列示意图
概述 一、并列操作(Parallel Operating) 并列操作
同期点(synchronizing point)：在发电厂中， 同期点 ：在发电厂中， 每一个有可能进行并列操作的断路器都是同期 点。
概述 一、并列操作(Parallel Operating) 并列操作
同期条件的引出
越前鉴别
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 2、脉冲展宽
脉冲展宽回路
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 3、滑差过小自动发增速脉冲
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 4、均压部分
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
四、同期条件的检测
ZZQ-5模拟式自动准同期装置 模拟式自动准同期装置
电压检测
自动准同期装置
第三节 自动准同期装置举例
一、微机自动准同期装置的合闸部分
微机同期装置示意图
一、微机自动准同期装置的合闸 部分
自动准同期装置
自动准同期装置
二、ZZQ-5（模拟）的合闸部分 （模拟）
概述 二、准同期并列条件
& ∆U
& ∆U
发电机并列示意图 (a)一次系统图 矢量图 一次系统图(b)矢量图 一次系统图
等值电路图
概述 二、准同期并列条件
并列的理想条件： 并列的理想条件： (1) 滑差 滑差(slip difference)为0，即 为 ，
ω g = ω s 或f g = f s
概述 三、准同期条件的分析
并列的同步过程分析
概述 三、准同期条件的分析
2、角差(phase angle difference) 、角差 设并列时
U g = U s fg = fs δ 0 ≠ 0
冲击电流最大值
i
" ch⋅ max
仅有电压角差的示意图
2.55U s δ 2.55U s sin δ = 2 sin ≈ " " 2 xq xq
1、并列合闸逻辑回路
1 0 0
滑差
0
恒定越前 压差 时间 ZZQ-5型模拟式自动准同期装置合闸逻辑回路框图 型模拟式自动准同期装置合闸逻辑回路框图
1
0
自动准同期装置
二、ZZQ-5（模拟）的合闸部分 （模拟）
2、合闸回路的逻辑关系
越前时间 或门1 或门 双稳
越前相角
或门2 或门
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
令 δ i + 2k = 0
得
2 δ i = δ i − k +ε (ω s ) 3
三、线性整步电压(Linear timing 线性整步电压 voltage)
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
其幅值在一个周期内与角差分段按比例变化 的电压。 的电压。 （一）线性整步电压的原理
A (π + ω s t ) π us = A π (π − ω s t ) (−π ≤ ω s t ≤ 0) (0 ≤ ω s t ≤ π )
有功冲击电流
概述 三、准同期条件的分析
3、压差(amplitude difference) 、压差 设
fg = fs δ = 0 U g ≠ U s
无功冲击电流最大值
I
" ch⋅ max
2.55∆U = " xd
概述 四、自动准同期装置的功能
1、压差和滑差满足，提前（恒定越前时间） 、压差和滑差满足，提前（恒定越前时间） 发合闸命令 2、当滑差、压差不合格时，能自动对待并发 、当滑差、压差不合格时， 电机均频、 电机均频、均压
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
二、数值角差
δ (t ) = ω s t + δ 0
角差产生原理图
角差脉冲原理示意图
二、数值角差
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
二、数值角差
(1)微分预报法 微分预报法
δ 的变化速度
dδ δi−1 −δi = dt ∆t
误差
dδ δi = td + ε dt
δ i + ∆ δ i = [(δ i −1 − δ i ) 0 + ∆ δ i ⋅ m ]
td
∆t
合闸时间越长，误差越大， 合闸时间越长，误差越大，只适合于匀速变化的 δ
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
二、数值角差
(2)积分预报法（两步预报法） 积分预报法（两步预报法） 积分预报法 步长
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
三、线性整步电压
（二）线性整步电压的产生
整形： 整形：提取相角关系 相敏： 相敏：得到宽度与 δ 成正比的一系列脉冲 同名门） （同名门） 滤波： 滤波：滤去高次谐波
线性整步电压发生图
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
四、同期条件的检测
1、获取恒定越前时间
（一）微机自动准同期的均频与均压部件 1、均频 、
滑差方向示意图
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（一）微机自动准同期的均频与均压部件 1、均频 、
滑差方向判断时程图举例
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（一）微机自动准同期的均频与均压部件 1、均频 、
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
第一章 同步发电机的自动准同期
(Automatic Quasi-Synchronism of Synchronous Generators )
制作人： 制作人：雷霞
主要内容
重点： 重点：自动准同期的条件 难点：准同期条件的分析， 难点：准同期条件的分析，准同期装 置的结构 概述 越前时间、 越前时间、数值角差与整步电压 自动准同期装置举例
概述 五、自同期并列
将一台未加励磁电流的发电机升速到接近于系 统频率，在滑差角频率不超过允许值、 统频率，在滑差角频率不超过允许值、且加速 度小于给定值的条件下，首先合上并列断路器， 度小于给定值的条件下，首先合上并列断路器， 接着再立刻合上励磁开关， 接着再立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电 流，在发电机电势逐渐增大的过程中由系统将 发电机拉入同步运行。 发电机拉入同步运行。
概述
第一节 概述
一、并列操作(Parallel Operating) 并列操作 并列运行：在一个电力系统中， 并列运行：在一个电力系统中，如果各发电机 转子都以相同的电角速度运转， 转子都以相同的电角速度运转，或各发电机转 子间的相对电角度不超过允许值的运行方式。 子间的相对电角度不超过允许值的运行方式。 并列操作： 并列操作：发电机投入系统参加并列运行的操 作。
四、同期条件的检测
模拟式自动准同期装置
Ts1 < Ts 2 < Ts 3
两个施密特触发器翻转时间的比较
td = t2 ωd⋅m = ω2
滑差检测原理示意图
相角电平检测器先于时间检测器翻转， 相角电平检测器先于时间检测器翻转，表示滑差合格
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
四、同期条件的检测
3、压差检测 、 微机：用整流滤波方法， 微机：用整流滤波方法，将Us~和Ug~转换成直 流电压，用模-数转换芯片变成数值 数转换芯片变成数值， 流电压，用模 数转换芯片变成数值，送入微 机比较程序。 机比较程序。
越前时间、 第二节 越前时间、数值角差与 整步电压
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
一、恒定越前时间(invariable exceeding 恒定越前时间 time)
准同期并列合闸信号控制的逻辑结构图
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
一、恒定越前时间
恒定越前相角： 恒定越前相角：装置中所取提前量是某一恒定 & 相角 δ YJ ，即在脉动电压 U x 到达 δ = 0 之 相角发出合闸信号。 前的 δ YJ 相角发出合闸信号。 恒定越前时间： 恒定越前时间：装置中所取提前量是某一恒定 & 时间信号， 时间信号，即在脉动电压 U x 到达 δ = 0 之 发出合闸信号。 前的 tYJ 发出合闸信号。一般 tYJ 等于断路器 的合闸时间 t QF 。
(2)主触头闭合瞬间，角差(phase angle 主触头闭合瞬间，角差 主触头闭合瞬间 difference)为0，即 为 ， (3)压差 压差(amplitude difference)为0，即 为 ， 压差
δ =0
Ug = Us
概述 三、准同期条件的分析
1、滑差(slip difference) 滑差(
u = U m Sin(ωt + ϕ )
状 (State Variables) 态 量
{
电压幅值 Um ——电压幅值
ϕ
ω
——电源的角速度 电源的角速度 ——初相角 初相角
概述 一、并列操作(Parallel Operating) 并列操作
并列的原则： 并列的原则： 冲击电流(impulse current)尽可能小 冲击电流 尽可能小 暂态过程(transient process)尽量短 暂态过程 尽量短 并列方式： 并列方式： 准同期(quasi-synchronizing) 准同期 自同期(self-synchronizing) 自同期
t d = − R114 C
越前时间比例微分原理电路图
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
四、同期条件的检测
2、滑差检测 微机自动准同期装置
Ts1 < Ts 2 < Ts 3
δ d ⋅m = δ 2
δ i ≤ δ 2 或δ i ≤ 3 2 δ 2
滑差检测原理示意图
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
（一）微机自动准同期的均频与均压部件 2、均压 、
数值电压框图
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 1、滑差方向检测 、 区间鉴别(核心) 区间鉴别(核心)：判断 δ 是否处于 0 ~ π 区间
区间鉴别
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 1、滑差方向检测 越前鉴别：判断谁超前 越前鉴别：
T = ti − ti − k
i +2k i
ωst
δi
δ i + 2k
δ i− k
δ i + 2 k = δ i + ∫ ω s dt = δ i + 2ω sT
δ i = δ i − k + ω sT
δ i + 2k = δ i + δ i − δ i−k
T ⋅ (2T ) = 3δ i − 2δ i − k
Tx
准同期频率分析波形图
概述 三、准同期条件的分析
u x = U g sin(ω g t + ϕ1 ) − U s sin(ω s t + ϕ 2 )
设初始角 ϕ1 = ϕ 2 = 0
u x = 2U g sin(
ω g − ωs
2+ ωs
2
t)
设
U x = 2U g sin(