准同期并列的基本原理

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Ux

准同期并列的基本原理
a
b
TV
二、自动准同期装置
DL 并列断路器
a
b
UG

c
来自厂用电
频率差 控制单元
G
TV
电压差 控制单元
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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（1）频差控制单元。检测 U G 与 U x 间的滑差角速度 s ， 调节转速，使发电机电压的频率接近于系统频率。 （2）电压控制单元。检测 U G 与 U x 间的电压差，且调节电 压 U G 使它与 U x 的差值小于允许值，促使并列条件的形成。 （3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当频率和电压 都满足并列条件，选择合适的时机，即在相角差 e 等于零的 时刻，提前一个“恒定越前时间”发出合闸信号。
设置了频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元 待并发电机的频率或电压都由并列装置自动调节
当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号
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三、准同期并列合闸信号的控制
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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一、 脉动电压 （一） U G 与 U x 两电压幅值相等

G U x U 为便于分析问题，设待并发电机 G x
断路器 DL 两侧间电压差 u s 为
us U G sin G t 1 U x sin x t 2
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设 ey 为发电机组的允许合闸相角，最大允许滑差 sy
sy
ey
t c t DL
（1-11）
式中 பைடு நூலகம் c 、 t DL ——自动并列装置、断路器的动作误差时间。
ey 决定于发电机的最大冲击电流值 i'h' max ，当给定 i'h' max 值后，可求得
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设初始角 1 2 0 ，并应用和差化积公式得：
G x G x t cos t u s 2U G sin 2 2
G x t 为脉动电压的幅值，则 令 U s 2U G sin 2
可见 s 反映了频率差 f s 的大小。要求 s 小于某 一允许值，就相当于要求脉动电压周期 T s 大于某一个 给定值。
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3、合闸相角差 e 的控制 最理想的合闸瞬间是在 U G 与 U x 两电压相量重合的瞬间。 考虑到断路器操作机构和合闸回路的固有动作时间， 必须在 两电压相量重合之前发出合闸信号，即取一提前量。 这一段时间一般称为“越前时间” ，由于该越前时间只需按 断路器的合闸时间 （准同期装置的动作时间可忽略） 进行整 定，整定值应和滑差及压差无关，故称为“恒定越前时间” 。

最小幅值，由图 1-7 得
U s min U G U x
通过对 U s min 的测量， 就可判断 U G 与 U x 间的电 压幅值差是否超出允许值。


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2、频率差

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U G 与 U x 间的频率差就是脉动电压 U s 的频率 f s
而s
2 f s
ey 2 arcsin
' '' i 'h max X q X x ' 2 1.8 2 E 'q

( rad )
将取得的 ey 值代入（1-11）式，即可求得允许滑差 sy 。
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例 1-1 某发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列， 系统的参数已归算到以发电机额定容量的标么值。一次系统的参 数为：发电机交轴次暂态电抗 X "d 为 0.125；系统等值机组的交轴 次暂态电抗与线路电抗为 0.25； 断路器合闸时间 t DL ＝0.5s， 它的 最大可能误差时间为± 20 ％；自动并列装置最大误差时间为±
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在满足并列条件的情况下，采用准同期并列方
法将待并发电机组投入电网运行，前已述及只 要控制得当就可使冲击电流很小且对电网扰动 甚微。
因此准同期并列是电力系统运行中的主要并列
方式。
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设并列断路器 DL 两侧电压分别为 U G 和 U x ； 并列断路器 DL 主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂 态过程，决定于合闸时的脉动电压 U s 和滑差角速度 s 。 因此，准同期并列主要对脉动电压 U s 和滑差角速度 s 进行 检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸瞬间 的 U s 值在允许值以内。 检测的信息也就取自 DL 两侧的电压， 而且主要是对 U s 进行检测并提取信息。
st
t
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s1 s 2 s 3 ，
YJ 1 YJ 2 YJ 3
由于 YJ s tYJ ，当 t YJ 为定值时， YJ 与 s 成正比。 即由于 所以
由于装置的越前信号时间、 出口继电器的动作时间以及 断路器的合闸时间 t DL 存在着分散性，并列时难免具有合闸 相角差，这就使并列时的允许滑差角速度 sy 受到限制。
'' 0.05s；待并发电机允许的冲击电流值为 i hmax 2 I Ge 。试计算允
许合闸误差角 ey 、允许滑差角速度 sy ，与相应的脉动电压周期。
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ey 2 arcsin
2 1 0.125 0.25 2 1.8 2 1.05
t DL ——并列断路器的合闸时间。
t YJ 主要决定于 t DL ，其值随断路器的类型而不同。
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Us
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2、允许滑差角速度
s1
YJ 1
o
s2
s1 s 2 s 3
s3
YJ 2
t DL
t DL
图 1-10 恒定越前时间原理
YJ 3
t DL
US
o
T s1
T s2
UG U x
图 1-7 形
T s1
UG U x T s2
t
o
U G 与 U x 不等时 U s 的波
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（三）利用脉动电压 u s 检测准同期并列的条件 脉动电压 u s 有时也称作滑差电压。 1、电压幅值差 电压幅值差 U G U x 为对应于脉动电压 U s 波形的

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自动准同期装置的组成可用图1-8表示，按自动化程度分为：
（1）半自动准同期并列装置
没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元 待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整 当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就会在合适的
时刻发出合闸信号 （2）自动准同期并列装置
st
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 。
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j
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us
Us

Ux

（rad/s）
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如果滑差角速度采用标么值表示，则
sy *
1.33 sy 0.42 102 2 f e 2 50
（3）脉动电压周期 T s
Ts 2
sy

2 4.7 1.33
（s）
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合闸信号控制单元的控制原则是当频率和电压满足 并列条件的情况下，在 U G 与 U x 要重合之前发出合闸信 号。在两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。 1、越前时间 t YJ 通常令
t YJ t c t DL
（1-10）
式中 t c ―自动准同期装置的动作时间；
（rad）即为11.4 。
解（1）允许合闸误差角 ey
＝ 2 arcsin 0.0992 0.199 （2）允许滑差角速度 sy
断路器合闸动作误差时间 t DL 0.5 0.2 0.1 自动并列装置的误差时间 t c 0.05 所以 （s）
（s）
sy
0.199 1.33 0.15
u x uG
x
( xt 2 )
o
UG

t
Us
2
e
G
(a)
us
o
( G t 1 ) i
t
图 1-5 脉动电压
Ts
(b )
（a）相量图（b）波形图
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（二） U G 与 U x 两电压幅值不相等 由图 1-1（b）的相量图，应用三角公式可求得 U s 的值为
2 2 U s U x U G 2U x U G cos s t （1-9） 当 st 0 时， U s U G U x 为两电压幅值差；
当 st 时， U s U G U x 为两电压幅值和。
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US
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s1
s2
t
图 1-6 U G = U x 时 U s 的波形 s1 s2
G x t u s U s cos 2
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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又s
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G x ，为滑差角速度。
e st
两电压相量间的相角差为 （1-7）
于是 U s 2U s sin