同步发电机的自动并列
第二章 《同步发电机得自动并列》练习参考答案
第二章《同步发电机得自动并列》练习参考答案一、名词解释1.并列操作答:将发电机并入电力系统参加并列运行得操作。
2.准同步并列答:发电机在并列合闸前已加励磁,当发电机电压得幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
3.自同步并列答:将未加励磁、接近同步转速得发电机投入系统,随后给发电机加上励磁,在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步,完成并列操作。
4.同步点答:可以进行并列操作得断路器。
5.滑差、滑差频率、滑差周期答:滑差:并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差,用表示,即;滑差频率:并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差,用f s表示,即; 滑差周期:并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化3600所用得时间。
6.越前时间、恒定越前时间、恒定越前时间自动准同步装置答:越前时间:相对于提前(越前)得时间;恒定越前时间:相对于提前(越前)得时间,且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化;恒定越前时间自动准同步装置:由恒定越前时间脉冲发出合闸脉冲命令得自动准同步装置。
7.越前相角、恒定越前相角、恒定越前相角式自动准同步装置答:越前相角:相对于提前(越前)得相角;恒定越前相角:相对于提前(越前)得相角,且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化;恒定越前相角自动准同步装置:由恒定越前相角脉冲发出合闸脉冲命令得自动准同步装置。
8.整步电压、正弦整步电压、线性整步电压答:整步电压:包含同步条件信息得电压;正弦整步电压:与时间具有正弦函数关系得整步电压,表达式线性整步电压:与时间具有线性函数关系得整步电压,表达式二、单项选择题1.准同步并列得方法就是,发电机并列合闸前( C),当( )时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
A.未加励磁,发电机电压与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等;B.未加励磁,发电机转速接近同步转速;C.已加励磁,发电机电压与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等;D.巳加励磁,发电机转速接近同步转速。
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.
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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
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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。
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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
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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。
电力系统自动装置原理第02章同步发电机的自动并列(自动并列装置的工作原理)
第二章同步发电机的自动并列1.概述2.准同期并列的基本原理3.自动并列装置的工作原理4.频率差与电压差的调整5.数字型并列装置的组成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，却不能利用它检测并列条件。
因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。
这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。
逻辑关系满足即可以合闸。
必须在之前判定完毕。
YJt•装置的控制逻辑越前时间信号电压差不允许滑差不允许与门或非门合闸信号电压差、频率差判别区U tYJt stω正弦整步电压法采用与直接做差，得到正弦性的包络线来判别。
误差较大。
GU •并列的检测信号&两种方法应用于模拟式并列装置中，实现检测。
线性整步电压法X U &采用三角波（线性）的整步电压。
不考虑电压差，只考虑相角差。
精度较好。
整步电压自动并列装置监测并列条件的电压–正弦整步电压法–线性整步电压法X G U U =若：若X G U U ≠：K Z ——整流系数正弦整步电压法特点：正弦型整步电压不仅是相角差的函数，还与电压差有关。
此并列条件检测引入误差成为合闸误差的原因之一。
应用：早期曾采用，现已被“线性整步电压”替代。
线性整步电压法线性整步电压---指其幅值在一周期内与相角差δe分段按比例变化的电压。
注意：线性整步电压只与发电机电压和系统电压的相角差δe 有关，而与它们的幅值无关。
线性整步电压的表达式:U sl 的上升段)0,0)(()(sl≤≤≤−+=+=t t U U e s slme slmUδπωππδππ)0,0)(()(sl≥≤≤−=−=t t U U s slme slmUπδωππδππfS s T Δ=Δ==1f 222ππωπU slm ---U sl 的最大值U sl 的周期T S 表征发电机电压和系统电压频率差△f的大小：U sl 的下降段线性整步电压法2.因此：越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响，提高了并列装置的控制性能。
电力系统自动装置原理：第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)
第四节 频率差和电压差的调整
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的
电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） UG < U X ，发升压脉冲； （2） UG > U X ，发降压脉冲；
•实施原理、原则：与频率差调整相似。
主要内容
1. 概述 2. 准同期并列的基本原理 3. 自动并列装置的工作原理 4. 频率差与电压差的调整 5. 数字型并列装置的组成
) 重点：
并列操作的两种方式； 准同期并列的理想条件；
自动准同期装置的组成；
恒定越前时间并列装置的基本原理 ；
微机式准同期装置的原理与优点。
本章作业：
1、 什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基 本原则。 2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？ 3、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有 关，应当如何整定? 4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任 务是什么? 5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？ 6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检 测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。
第五节 数字式并列装置
一、概述
用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并 列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上 已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。
模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内， 把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性 ，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的 越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。
原理：驱动器控制的三相电形成电磁场， 转子（永磁铁）在此磁场作用下转动； 同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。
第一、二章同步发电机自动并列装置
整步电压信号 发生器单元 压差判 闭 别环节 锁
调压控制 执行环节
调频控制 执行环节
3
频率差 闭锁环节
恒定导前 时间环节
合闸执 行环节
频率差判 别环节
②不能保证发电机在Δδ= 0时并列。目前 电力系统中运行的恒定越前时间自动准同 期装置的恒定越前时间的获得大都是建立 在滑差角频率ωS为常数的基础上。而实际 运行时ωS 并不能保持常数而随时间有一 些变化，这就从原理上不能保证越前时间 恒定。同时加上断路器合闸时间存在的误 差，就使得从原理上不能保证发电机在 Δδ= 0时并列。
•2.4.2 直接比较usys 和uG周期的长短检测频差方向
fG
1 TG
fsy s
1 Tsy s
fG Tsys Nsys fs TG NG
2.5 压差大小和方向的鉴别 2.5.1 压差大小的鉴别： 作用：检查压差的大小。
ui U U set
当 U
U set
U
压差满足要求；
act
当 U
2.6.2调频部分
（1）作用：鉴别频差的方向，当发电机频 率高于系统频率，发减速脉冲；当发电机频 率低于系统频率发增速脉冲。 （2）构成 1）频差方向鉴别： 2）调速脉冲的形成：δ在0 °~180°发调 速脉冲。
(3)、频差大小检测： （一）比较导前时间和导前相角脉冲次序检 查频差大小
(4)频差方向鉴别 （一） 利用[usys]和[ug]的后沿与[ug]和 [usys]的电平的对应关系检出频差 （二）检测usys 和ug周期的长短检测频差 方向
第二章 同步发电机的自动并列
线性整步电压只反映UG和UX间的相角差特性，而与它们 的电压幅值无关，从而使越前时间信号和频率差的检测不受 电压幅值的影响，提高了并列装置的控制性能，因而被模拟 式自动并列装置广泛使用。 1）半波线性整步电压
其电路图见图2-14.其逻辑表达式为：
即只有两个三极管基极输入电压同时为负的瞬间，a点才为高电位。
❖ 提示：
合闸相角差表达式为：
先不考虑提前量，则有：
考虑时间提前量0.14秒，则调度中心发出合闸信号的时刻可 为：3.6678秒，5.4769秒，等等。
❖ 例见书中2-1.
第三节、自动并列装置的工作原理
• 一、装置的控制逻辑
越前时间信号
电压差不允许 或
滑差不允许
非 门
与门
合闸信号
逻辑关系满足即可以合闸 。
❖ 四、装置的整定
▪ 已知：两个区域电网的等值机系统如图所示，其电压幅 值相等，频率分别为：f1＝50＋0.1cost Hz， f联2=操50作+0，.1设si远n2程t H通z，讯现和准继备电进器行动恒作定时越间前之时和间为准0.1同4期秒互， 求调度中心发出合闸信号的时刻。
准同期并列的基本原理
~
0
发电机G电压 系统电压 两者的电压差称为滑差电压
概述
• 电压幅值差
设
，频率与相角相等。
此时冲击电流
，主要为无功分量。
最大值
• 相角差
设
，频率与电压相等。
此时冲击电流
， 较小时，主要为有功分量。
概述
• 频率差——脉动电压的表现形式
设
，电压的幅值相等。
滑差频率 脉动周期
脉动电压幅值
概述
• 相量图
自动装置-第四章-同步发电机自动并列
第四童同步发电机自动并列装置第一节概述—、同期（并列）的概念：1、概念：同步发电机（包括同步调相机或另一系统）投入系统并列运行的操作过程称为同期（或并列）检查同期ZCH属于一种同期操作；发电机同期实质指合发电机出口DL2、意义：同期操作具有频繁性——正常运行（负荷大小-机组台数）事故情况（备用机组的投入）（1）提高供电可靠性和供电质量（2）减少备用容量（3）合理分配负荷，达到经济运行3、同期（并列）条件：系统母线电压u = U n, sin（6wr +其中：―、u）（fX <p——状态量理想条件：Us二0fs 二06=0 （合闸瞬间）实际允许条件：U s<5~10%U efsS0.2~0.5%fe 二0.1~0.25HZ6<10°二、同期方式：准同期自同期1、准同期（先励磁，后并车）:概念：将待并发电机先行励磁,调节发电机电压、频率、相位，使匕、f“6符合并列条件,将发电机DL合上,并入系统运行优点：icH小，对系统影响不大缺点：同期时间长；手动误操作会引起非同期并列分类：按操作自动化程度一手动自动半自动（手动调频、调压，自动合闸）应用：大容量发电机一应尽量采用自动或半自动准同期以手动准同期作为备用2、自同期（先并车，后励磁）概念：将接近同步转速（n二95%% ）而未加励磁的发电机投入系统，然后再加励磁，发电机借助电磁力矩被拉入同步（对4、6无要求，对fs要求亦较宽）优点：并列快；操作简单，避免误操作;事故下可迅速投入机组缺点：Lh大-威胁发电机线圈绝缘；振动大T影响机组端部固定应用：事故情况下投入水轮机组三、自动并列意义P38第二节自动准同期—、自动准同期装置功能①均频②均压③合闸(保证DL在6二0并列)半自动准同期：①、②手动，③自动二、脉动电压性质分析脉动电压：两个频率不同的电压向量差可用来检测fs、Us、81、脉动电压旋转向量分析4=几-5假设：①S不动,几则以3s ( co s=u)M-u)N=2nf s)相对几转动② 1% 1 = 1 久I 二Um则U s=2U m sin-2W廿-6 H &J丄3 Ie zk H 2x >1>k H 2<Jw -OO H OUSHOOO U T CUSH2um6H2TTU S H O尸竟常耳為卑亠冊«-©C 3-M"um ・NHUm®u o母、e l u e 2H 0.. £HUMSinooMiSN HUNSincoNtnUm (sincoMt —sincoNt )rcos+0N(50HZ )HusmCos3+$f 2(湘SH彗)、ffi fif ()击冃鬪、台®書。
《同步发电机的自动并列》练习参考答案
第二章《同步发电机的自动并列》练习参考答案(共8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第二章 《同步发电机的自动并列》练习参考答案一、名词解释1．并列操作答：将发电机并入电力系统参加并列运行的操作。
2．准同步并列答：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。
3．自同步并列答：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，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。
4．同步点答：可以进行并列操作的断路器。
5．滑差、滑差频率、滑差周期答：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差，用S ω表示，即X G s ωωω-=；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用f s 表示，即X G s f f f -=；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化3600所用的时间。
6．越前时间、恒定越前时间、恒定越前时间自动准同步装置答：越前时间：相对于︒=0δ提前(越前)的时间；恒定越前时间：相对于︒=0δ提前(越前)的时间，且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化；恒定越前时间自动准同步装置：由恒定越前时间脉冲发出合闸脉冲命令的自动准同步装置。
7．越前相角、恒定越前相角、恒定越前相角式自动准同步装置答：越前相角：相对于︒=0δ提前(越前)的相角；恒定越前相角：相对于︒=0δ提前(越前)的相角，且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化；恒定越前相角自动准同步装置：由恒定越前相角脉冲发出合闸脉冲命令的自动准同步装置。
8．整步电压、正弦整步电压、线性整步电压答：整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压，表达式2tsin 2s m zb ωU u =线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压，表达式⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<<⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-<<=S s s s T t T T t u T t t T u u 21220 2max zb,s max zb,zb 二、单项选择题1．准同步并列的方法是，发电机并列合闸前( C )，当( )时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。
同步发电机自动并列装置
在风力发电系统中的应用
风力发电系统的并网
风力发电系统产生的电能需要通过并网才能输送到电网，同步发电机自动并列装置能够实现风力 发电机组的快速、准确并网。
提高风能利用率
自动并列装置能够确保风力发电机组在最佳状态下运行，提高风能的利用率。
04
同步发电机自动并列装置的 应用
在电力系统中的应用
1 2
3
保障电力系统的稳定性
同步发电机自动并列装置能够快速、准确地检测并列条件， 确保发电机组在并列时保持同步，从而保障电力系统的稳定 运行。
提高电力系统的可靠性
自动并列装置能够减少人工操作，降低误操作的风险，提高 电力系统的可靠性。
优化电力系统的经济性
自动调速器
自动调速器是同步发电机自动并列装置的另一重要组成部分，其主要功能是自动调 节发电机的转速，使其与电网的频率保持一致。
自动调速器通过采集发电机的转速信号，与电网的频率进行比较，自动调整发电机 的进气量或出力，使其转速与电网频率保持一致。
自动调速器通常采用比例积分微分调节器进行控制，具有快速响应、高精度的特点， 能够有效地减小发电机的转速波动，提高电网的稳定性。
03
同步发电机自动并列装置的 组成
自动准同期装置
自动准同期装置是同步发电机自动并列装置的重要组成部分，其 主要功能是实现发电机的自动准同期并网。
自动准同期装置通过采集发电机的电压、频率、相位等参数，与 电网的参数进行比较，自动调整发电机的状态，使其与电网的参 数相匹配，实现准同期并网。
自动准同期装置通常采用微处理器或可编程逻辑控制器进行控制， 具有高精度、高可靠性的特点，能够大大提高发电机并网的效率 和安全性。
同步发电机的自动并列
01
发电机并入系统时的冲击电流和冲击功率
02
在合闸瞬间冲击电流周期分量有效值为
准同期各个条件对准同期并列的影响
电压幅值差的影响 冲击电流在数值上与电压差成正比。
相角差值的影响 合闸瞬间存在相角差，发电机必然要产生冲击电流 。
1
2
3
3.频率差值的影响
脉振电压Ud是频率接近于工频、振幅作脉动变化的电压，将系统电压US设为参考轴，则待并发电机电压UG将以滑差角频率ωd 相对US旋转，当相角差从0到π时， Ud相应的从零变到最大值；从π变到2π（重合时）时， Ud从最大值又回到零，旋转一圈的时间为脉振周期Td。
第四节 自动准同步装置的工作原理
频差大小及频差方向测量 频率的测量
二、压差大小及压差方向测量
三、合闸命令的发出
同期电压间的相角差测量
第五节 微机型自动准同步装置
自动准同期装置的功能
手动准同步装置 自动准同步装置
二、准同步装置的分类
第三节 自动准同步装置的基本构成
三、自动准同步装置的组成
按提前量的不同，准同步并列装置可分为恒定越前相角和恒定越前时间两种原理。
合闸信号控制单元的控制原则是当频率和电压都满足并列条件的情况下，在UG与US要 重合之前发出合闸信号。两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。
01
缺点：并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功，导致合闸瞬间系统电压下降较多，同时产生很大的冲击电流。
02
GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》规定：
01
“在正常运行情况下，同步发电机的并列应采用准同步方式；在故障情况下，水轮发电机可以采用自同步方式”
02
三、同步发电机并列操作的方法
第一章_同步发电机的同步并列教案
1第一章 发电机的自动并列第一节 概 述一、并列操作的意义电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为)sin(ϕω+=t U um 式中 ——电压幅值U m ——电压的角速度ω ——初相角ϕ 同步发电机组并列时遵循如下的原则：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽的小，其瞬时最大值一般不超过１～２倍的额定电流。
（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
方法两种: 准同期并列（一般采用）、自同期并列。
二、准同期并列待并发电机组加励磁电流，其端电压G ，调节G 的状态参数使之符合并∙U ∙U 列条件。
图1-1准同期并列(a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路x∙)(a xU ∙DL×E ∙xE ∙x)(c21．设发电机电压G 的角速度为，电网电压x 的角速度为，它们∙U ωG ∙U ωx 间的相量差G —x 为s 。
∙U ∙U ∙U 2．要求DL 合闸瞬间的s 应尽可能的小，其最大值应使冲击电流不超过∙U 允许值。
最理想的情况是s 的值为零。
∙U 3．并且希望并列后能顺利进入同步运行状态，对电网无任何扰动。
4．理想条件为G ，x 的三个状态量全部相等。
∙U ∙U ()⎪⎭⎪⎬⎫=====，即相角差为零）（即电压幅值相等）（频率相等03,22,2,,)1(e X G X X G G X G U U f f f f δπωπω这时并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后发电机G 与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动现象。
5．三个条件很难同时满足。
（一）电压幅值差并列时：①频率=；f G f x ②相角差等于零；δe ③电压幅值不等：则冲击电流最大值为：()''ds''dx G ''maxh X U .X U U .i 552281=-=⋅式中 、——发电机电压、电网电压有效值；U G U x ——发电机直轴次暂态电抗X d "图1-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0δe δe xU)(b ∙s∙G∙3从图1-2（a ）可见，因为与夹角为90º，所以由电压幅值差max ⋅''h i GU 产生的冲击电流主要为无功冲击电流。
电力系统自动装置原理思考题及答案 (2)
电力系统自动装置原理思考题及答案复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、基本概念 1、并列操作:电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，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。
2、准同期并列: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。
3、自同期并列: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，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。
4、并列同期点:是发电机发电并网的条件。
同期并列点是表示相序相同、电源频率同步、电压相同。
5、滑差、滑差频率、滑差周期:滑差:并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差;滑差频率:并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用 fs表示; 滑差周期:并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化 360?所用的时间。
6、恒定越前相角准同期并列:Ux 两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装在 Ug 和置。
7、恒定越前时间准同期并列:在 Ug 和 Ux 两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。
8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压:包含同步条件信息的电压;正弦整步电压:与时间具有正弦函数关系的整步电压;线性整步电压:与时间具有线性函数关系的整步电压。
二、思考题 1、同步发电机并列操作应满足什么要求,为什么, 答: 同步发电机并列操作应满足的要求:(1)并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过 12 倍的额定电流。
(2)发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
因为:1并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损;2并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
第2章同步发电机的自动并列
系统电压
U sin( t ) U X mX X 2
U U U sin( t ) U sin( t ) 两者的电压差称为滑差电压U S G X mG G 1 mX X 2
●发电机电压角频率 G ●电网电压角频率 X 二者之间的电压相量差为 US UG U X 冲击电流决定于合闸瞬间的 U S ，要求： （1） U S 尽可能小； （2）并列后迅速进入同步运行状态，对电网扰 动小。
合闸后，发电机处于发电状态，受到制动。发电机发出功率， 沿着功角特性到达b点时，有
G x
s 0
此时，仍为发电机状态， G 继续减小， s 为负值， 使得 e 逐渐减小，发电机发率沿着功角特性往回摆动，到达 原点时， e 为负，交换功率变负，发电机处于电动机状态， 有重新加速，交换功率沿特性曲线变到c点， G x 来回摆动，直到进入同步运行为止。 进入同步运行状态的暂态过程与合闸时的滑差角频率的初始大 小 s 0 有关，若 s 0 较小，到达最大相角b点的相角差变化 较小，可很快进入同步运行。
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
二、准同期并列装置
频率差控制单元
并列装置的构成
电压差控制单元
合闸信号控制单元
半自动：无频率差、电压差控制功能。
自动化程度一般分为
全自动
自动准同期并列装置 三个控制单元
频率差允许 电压差允许
与 门
QF
并列断 路器
TVX
TVG
一、脉动电压变化
UG U X
US
S1
TS1
S 2
G X
两电压相量做相 对运动
第3章：同步发电机的自动并列
后三个条件必须同时满足，否则有可能产生很大 的冲击电流，甚至引起发电机的强烈振荡。
（二）准同期并列误差对并列的影响 1．合闸电压幅值差对并列的影响
分析条件：UG U X ，G X ，e G X 0
冲击电流的有效值：
I
h
UG
X
d
UX XX
U
X
d
X
X
X
为发电机直轴次暂态电抗；
d
三. 准同期并列
准同期并列时先将待并列双方（系统或发电机）的电 压加到并列断路器主触头两侧，然后调整两侧电压，使电 压幅值、频率和相角分别相等时闭合断路器主触头，使并 列双方并联在一起运行。
（一）准同期并列的理想条件
发电机侧电压
uG UG sin(Gt 0G )
系统侧电压
uX U X sin(X t 0X )
又从最大值变到 0。相角差 e变动2 的时间周期就是脉动
周期TS （滑差周期）。
（二）UG与U X 两电压幅值不相等
US
U
2 G
U
2 X
2UGU X
cos S t
当St 0时，U S UG U X 为两电压幅值差； 当St 时，U S UG U X 为两电压幅值和。
（三）利用脉动电压U S检测准同期并列的条件 1．电压幅值差
自动监视电压表、频率差及选择的时间发出 合闸脉冲，使断路器在零相角差时合闸；同时设 有自动调节电压和频率单元，在压差和频差不合 格时发出控制脉冲。
频差不满足要求时，自动调节原动机的转速， 减小或增加频率，即通过控制原动机的调速器实 现。
压差不满足要求时，自动调节发电机的电压 使待并电压接近系统电压，即通过调节控制发电 机励磁调节装置来实现。
自动装置第2章知识点
第二章同步发电机的自动并列第一节概述一、并列操作的意义电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为u=U m sin(ωt+φ)1、运行母线电压的状态量：母线电压的幅值、频率和相角。
2、并列操作：将一台发电机组进行适当的调整，使之符合并列条件后才允许断路器QF合闸，将发电机组并入电网运行。
同步发电机组并列时遵循如下的原则：(1)并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1～2倍的额定电流。
(2)发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。
4、并列方法分类（1）准同期并列待并发电机组已经加上了励磁电流，调节待并发电机组的状态参数使之符合并列条件后合上发电机出口断路器。
（2）自同期并列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ωS不超过允许值，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，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
二、准同期并列发电机并列的理想条件：并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。
即：这时，并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后发电机组与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动现象。
发电机并列的实际条件：（1）电压幅值差不超过额定电压的5％～10％（2）频率差不超过额定频率的0.2％～0.5％合闸瞬间相角差不超过±5度(一)电压幅值不等设发电机并列时频率f G =f X、相角差δe等于零、电压幅值不等(U G≠U X)。
则冲击电流的有效值为:式冲击电流主要为无功电流分量。
1、U G > U X冲击电流滞后发电机电压90度，并列后发电机立即带无功负荷；2、U G < U X冲击电流超前发电机电压90度，并列后发电机从系统吸收无功负荷；(二)合闸相角差设并列合闸时电压幅值相等、频率相等，但合闸瞬间存在相角差。
这时发电机为空载情况，电动势即为端电压并与电网电压相等，冲击电流的有效值为式当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分量，说明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1、发电机电压超前，冲击电流基本与发电机电压同相，并列后发电机立即发出有功功率；2、发电机电压滞后，冲击电流基本与发电机电压反相，并列后发电机立即从系统吸收有功功率；(三)频率不相等设并列时电压幅值相等但频率不相等，这时断路器两侧间电压差us为脉动电压。
同步发电机的自动并列
North China Electric Power University
齐郑 教5B区102 80798596
系统
QF4
基本概念
QF3
系统
方式1：G1通过QF1并列
QF5 方式2：G1通过QF4并列
方式3：G1通过QF3并列
QF1
QF2
G1 ~
G2 ~
结论：不同的运行方式具有不同的同期点
2021/3/9
North China Electric Power University
page17
偏移理想条件下的后果----电压差
并列时的电气状态：
fG fX e 0 UG UX
冲击电流最大瞬时值：
ih ma x1.82U Xd G UX2.5 Xd U 5S Ih
U X
U G
U G U X 发电机电压、电网电压的有效值
North China Electric Power University
page31
准同期并列原理
☆例3：假设断路器完成合闸动作需要的时间是0.1s，0s 时发电机和系统电压相位差为7.2°，0.04s时相位差为 6.2°，发电机频率大于系统频率且滑差为匀速，则合闸 时刻为 ____ s.
7.2 6.2
North China Electric Power University
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偏移理想条件下的后果----相角差
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30 °时并列操作的电流波形 North China Electric Power University
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偏移理想条件下的后果----相角差
2021/3/9
★取最小值
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此法适用于小型机。
优点：快速、方便；控制简单。 缺点：冲击电流大；
I h UX X d X X
电力系统 自动装置原理
引起系统电压突降；应用受限。
概 述
发电机准同期并列条件的分析
UX
B QF
UG
US
U G QF
UX
XX
A
~
G
X
UX
UG
e
0
XG E
恒定越前时间准同期
电力系统 自动装置原理
可采用两种方式
准同期并列的基本原理
准同期并列装置的原理
频率差控制单元
并列装置的构成
电压差控制单元
合闸信号控制单元
半自动 全自动
电力系统 自动装置原理
自动化程度一般分为
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 。 断路器的合闸时间为 t QF 。同期装置动作时间为
自动并列装置的工作原理
装置的控制逻辑
越前时间信号 电压差不允许 滑差不允许
或 非 门 与 门
合闸信号
逻辑关系满足即可以合闸。 必须在 之前判定完毕。
tYJ
电压差、频率差判别区
US
tYJ
st
t
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
并列的检测信号
正弦整步电压法 两种方法应用于模拟式 并列装置中，实现检测。
第二章 同步发电机的自动并列
上海交通大学 电气工程系
主要内容
1. 2.
同步发电机自动并列的条件和原则 准同期自动并列的分析 准同期自动并列装置的实现原理 频差调节的方法
3.
4.
电力系统 自动装置原理
概 述
同步发电机自动并列的条件和应遵守的原则 理想并列条件
fG f x
UG U x
2 sin t cos2t 1 2 sin t 1 2 sin 2 t 1 sin 2 t sin t 1 0 sin t
考虑时间提前量0.14秒，则调度中心发出合闸信号的时刻可 为：3.6678秒，5.4769秒，等等。
电力系统 自动装置原理
1 5 2
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
装置的整定
已知：两个区域电网的等值机系统如图所示，其电压幅 值相等，频率分别为：f1＝50＋0.1cost Hz， f2=50+0.1sin2t Hz，现准备进行恒定越前时间准同期互 联操作，设远程通讯和继电器动作时间之和为0.14秒， 求调度中心发出合闸信号的时刻。
G
US
EX
发电机G电压
系统电压
UG U mG sin(Gt 1 ) U X UmX sin(X t 2 )
两者的电压差称为滑差电压
US UG U X UmG sin(Gt 1 ) UmX sin(X t 2 )
电力系统 自动装置原理
概 述
电压幅值差
设 U mG
U mX ，频率与相角相等。
" h
U mG U mX 此时冲击电流 I ，主要为无功分量。 X d X x
最大值
" ihm 1.8 2I h
相角差
设
G 0 X 0 ，频率与电压相等。
" h
此时冲击电流 I
2Eq X q X x
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
提示：
合闸相角差表达式为：
e 2f s 2 ( f1 f 2 ) 0.2 cost 0.2 sin 2t e 0 10 20
先不考虑提前量，则有：
e [0.2 cos t 0.2 sin 2t ]dt e 0 0.2 sin t 0.1 cos 2t 0.1 0
2 i YJ
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
频差检测
si、 si / t
都要受到限制。
可采用电压频率测量法（ f
fC N
） 求得。
电压差检测 a、直接读入法：采用交流采样 b、直接比较法：例图2-25（b）
A/D
CPU
电力系统 自动装置原理
频率差与电压差控制
频率差控制
频率差检测
不发调速脉冲，
fG f X f Z
进行越前时间合 闸控制计算。
发调速脉冲，
fG f X f Z
调节量控制
不进行越前时间 合闸控制计算。
fG f X fG f X
输出减速脉冲信号 输出加速脉冲信号
电压差调整
电力系统 自动装置原理
t tQF tC
US
UA
0
YJ 常数 sy 0t
tC 。
最佳滑差角频率
s1
s 2 sy 0
s3
t t
t
s1 s 2 s3
t
s sy 0 s sy 0 s sy 0
过零后合闸 过零时合闸 过零前合闸
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
准同期并列的基本原理
装置内部控制和算法 最佳合闸相角
1 si 2 t DC 2 t si i i i 1 t 2 X si si si 1 t 2 X
YJ si t DC
恒定
等速变化
发出合闸信号的条件： 有可能错过合闸时刻。
原理：矩形波的宽度（变化）与 e (t ) 相对应。在数字式准同期装置中采用。 分析：假设系统频率为额定值50Hz，待并发电机频率低于50Hz。
计算公式：
i
i , i i 1 x
三角形上升边
i 2
i , i i 1 三角形下降边 x
电力系统 自动装置原理
微机型并列装置的组成
概述
主机 输入/输出 过程通道 人——机
硬件电路
软件
电力系统 自动装置原理
sin
e
2
， e 较小时，主要为有功分量。
电力系统 自动装置原理
概 述
频率差——脉动电压的表现形式
设
G x G x us 2U mG sin t cos t 2 2
脉动电压幅值
G X ，电压的幅值相等。
G x us U s cos t 2 S G X 2f S 滑差频率
采用 U G 与 U X 直接做差，得到正 弦性的包络线来判别。误差较大。
线性整步电压法
采用三角波（线性）的整步电压。 不考虑电压差，只考虑相角差。精 度较好。
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
正弦整步电压法
线性整步电压法
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
相角差 e (t )
恒定越前时间准同期
提前量信号取恒定时间
US
t tQF tC 常数
s3
s1
s 2 sy 0
0
t
s1 s 2 s3
t
Hale Waihona Puke t t理论上可以完全无冲击，但是动作时间存在误差，设 ey为允许合闸相角。
t tQF tC
ey S t
所以，还是要限制 S
G x
并列的现实情况分析 原则
1. 发电机合闸时，冲击电流应尽可能小（小于允许值） 2. 发电机合闸后，应尽快拉入同步
电力系统 自动装置原理
概 述
发电机的并列方法
1. 准同期并列：严格按照发电机理想并列条件进行并列。 2. 自同期并列：
SE QF
UE
G ~
XX
UX
~
发电机事先未经励磁。将转子提到接近同步转速。
脉动周期
US
1 2 TS f S S
电力系统 自动装置原理
概 述
相量图
波形图
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
脉动电压分析
US
S1
TS1
S 2
UG U X
0
t
TS 2
UG U X
电力系统 自动装置原理
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
UmG UmX
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 TS 大于某一给定 的值。 最佳是在 U G 与 U X 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。 恒定越前相角准同期