2电力系统自动装置第二章

概述
若发电机与电网频率不等，三个同 步指示灯将交替亮暗，形成灯光旋 转现象。调节发电机的转速，到灯
U1
UGA USA
光不再旋转时，就表示频率相等。
再调节发电机电压的大小和相位， G S
UGB
直到一个相灯熄灭，另两个相灯亮
度一样，且AS、AG相电压表指示为 USC
U2 USB
零时，即表示已满足并网条件。
由图可知USZ不仅是相角差 的函数，而且还与电压差值有 关。这就使得利用USZ检测并 列条件的越前时间信号和频差
检测信号受电压影响，尤其是
造成越前时间信号的时间误差，
成为合闸误差的主要原因之一。
因此，此方法被线性整步电压 的方法所代替。
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
2、线性整步电压法
第二章 同步发电机的自动并列
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. 频差与电压差调节的方法 4. 微机型（数字型）并列装置的组成
电力系统 自动装置原理
第一节、概 述
并列
同步电机并入电网 系统间并列
❖ 并列操作意义
电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为：
电力系统 自动装置原理
概述
❖ 发电机准同期并列条件的分析
UX B QF A
UG ~
UG
G
US
UX
X
e
0
UG QF UX
XG EG
US
XX
EX
发电机G电压 UG U mG sin(Gt 1)
系统电压
UX U mX sin(X t 2 )
两者的电压差称为滑差电压 US UG UX UmG sin(Gt 1) UmX sin(X t 2 )
ey S t
所以，还是要限制 S
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
❖ 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。
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
▪ 2、恒定越前时间准同期
提前量信号取恒定时间 t tQF tC 常数
US
s1
s2 sy0
s3
0
t
t
s1 s2 Fra Baidu biblioteks3
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
2sin t cos 2t 1 2sin t 1 2sin 2 t 1 sin 2 t sin t 1 0 sin t 1 5 2
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
电力系统 自动装置原理
并列时: ① 频率 fG=fX ② 电压幅值UG=UX ③相角差δe≠0
冲击电流有效值：
I
" h
2Eq X q X x
sin e
2
冲击电流主要为 有功电流分量
电力系统 自动装置原理
概述
(三)频率差—脉动电压的表现形式
并列时: UG=UX ； G X
▪ 相量图
▪ 波形图
电力系统 自动装置原理
概述
电力系统 自动装置原理
电力系统 自动装置原理
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
US
与 合闸信号
门
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
tYJ
t st
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
❖ 二、并列的检测信号
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：
U a U X 1 • (UG2 )
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。
fG fx
UG Ux
G x
▪ 并列的现实情况分析 ▪ 同步电机并列应遵循的原则
1. 并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，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。
电力系统 自动装置原理
概述
▪ 发电机的并列方法
与它们的幅值无关，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，提高了并列装置的性能；而电压差 的检测另设专门电路完成。 ❖ 半波线性整步电压采用滤波器把高次谐波滤掉，在完全理 想的情况下才获得较为平滑特性，故滤波器的时间常数将 会影响其相移，且滑差角频率的变化对其也有一定的影响， 从而使控制合闸时间引入误差。
•
UG
与
•
U
X
的相角差
1)e 0
2)e 0
发电机发出功率，发电机将制
动而减速
2)e 0
发电机吸收功率，发电机将加
速
电力系统
自动装置原理
概述
❖ 早期准同期并列的方法：
▪ 将同步发电机调整到符合并联条件后进行并网操作， 分为直接接法（灯光熄灭法）和交叉接法（旋转灯光 法）两种。
(1)灯光熄灭法（暗灯法） 电网与同步发电机之间的三相并联开关两侧
❖ 把这一系列宽度不等的矩形波由图2-14中R7和C1组成的积分电 路进行积分，该积分电路是滤去高次谐波的低通滤波器，其输 出端为锯齿波形的三角波电压ua’。见图2-16（b）。进一步由 双T型滤波器滤波后，得到三角波形特性。
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
❖ 半波线性整步电压讨论： ❖ 只反映了发电机端电压与系统线电压间的相角差特性，而
电力系统 自动装置原理
第二节、准同期并列的基本原理
❖ 一、脉动电压分析
UG UX
US
S1
0
TS1
S2
t
TS 2
UG UX
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：
▪ 1）电压幅值差。最佳为 UmG UmX 的值最小，二电压重合时判别。
▪ 2）频率差，显示出相角差随时间变化的规律。
相角差 e St
于是：
Us
2U mG
sin(G
X
2
t)
2U mG
sin
S
2
t
2U mG
sin
e
2
滑差角频率、滑差频率、滑差周期（脉动周期）：
S 2fS
fS fG fX
TS
1 fS
2 S
电力系统 自动装置原理
概述
频率不相等对待并发电机组暂态过程的影响
发电机组与电网间进行有功功
率交换取决于
两种方法应用于模拟式 并列装置中，实现检测。
正弦整步电压法
采用UG 与 UX 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
▪ （一）整步电压 ▪ 1、正弦整步电压法
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
❖ 2）全波线性整步电压 ❖ 其电路与逻辑见图2-17.
其由整形电路、相敏电 路、滤波电路和射极跟 随器输出组成。 ❖ 其全波线性整步电压如 右图。 ❖ 其比半波多了一倍矩形 脉冲，因而可适当减小 滤波器时间常数，使它 们的性能有所改善，一 般采用全波方案。
▪ 相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸并网，需微
调节转速。
电力系统
自动装置原理
概述
(2)旋转灯光法
此方法比暗灯法容易实现并 网操作，一个相灯熄灭时， 另两个相灯亮度一样；另外 可根据灯光旋转方向判断频 率大小。又称亮灯法。
电网
AS BS CS
V
AG BG CG
2
3
1
旋转灯光法接线图
GS 3~
电力系统 自动装置原理
▪ 脉动电压的表现形式
US UG UX U mG sin(Gt 1) U mX sin(X t 2 )
设：初始角 1 2 0 ，则：
us
2U mG
sin
G
x
2
t
cos
G
x
2
t
脉动电压幅值 U S
us
Us
cos
G
x
2
t
电力系统 自动装置原理
概述
滑差频率 S G X 2f S
三、准同期并列合闸信号的控制逻辑
▪ 1、恒定越前相角准同期 提断前路量器信的号合取闸某时一间恒为定tQ相F 角。同期YJ 装。置动作时间为 tC 。
t tQF tC
YJ 常数 sy0t
最佳滑差角频率
US
s1
s2 sy0
s3
UA
0
t
t
s1 s2 s3
t t
s sy0 s sy0 s sy0
电力系统 自动装置原理
自动并列装置的工作原理
❖ 当把uX1与uG2频率不同的两个电压分别引至VT1和VT2的基极时， a点电位是一系列幅值一定而宽度与相角差有关的矩形波。如图 2-15所示。
❖ 在相角差等于∏时，矩形最宽；在相角差等于0或2∏时，矩形 宽为0.所以，当相角差从0~ ∏变动时，矩形波宽度渐增；当相 角差从∏ ~ 2∏变动时，矩形波宽度渐减。这一系列矩形波宽度 的变化反映了发电机端电压与系统电压间相角差的变化。
接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说明 相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电压 差 U&A U&B ，U即&C 可0并网合闸。
电力系统 自动装置原理
概述
电网
AS BS CS
V
AG BG CG
GS 3~
2
3
1
U1
UGA USA
G S
U SC
U3 UGC
暗灯法接线和向量图
UGB
USB U2
电力系统 自动装置原理
电力系统 自动装置原理
概述
(一) 电压幅值差
并列时: ① 频率 fG=fX ② 相角差δe=0 ③ 电压幅值UG≠UX
冲击电流有效值：
I
" h
U mG X d
U mX Xx
冲击电流主要为 无功电流分量
冲击电流最大瞬时值： ih"m 1.8 2Ih
电力系统 自动装置原理
概述
(二) 合闸相角差
UGC U3
电力系统 自动装置原理
❖同期表
概述
电力系统 自动装置原理
第二节、准同期并列的基本原理
❖ 并列断路器主触头闭合瞬间所出现的冲击电流以及进 入同步运行的暂态过程，决定于合闸时的脉动电压US 和滑差角频率ωs。故准同期并列主要是对脉动电压和 滑差角频率进行检测和控制，并选择合适的时间发出 合闸信号。
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 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。 3）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
电力系统 自动装置原理
概述
❖ 当不满足并网条件时，暗灯法所见的现象
▪ 频率不等：相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象， 说明发电机与电网的频率不同，需调节原动机转速从而 改变发电机频率。
▪ 电压不等：三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮 和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而改变发电机的端 电压。
▪ 相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说明发电机 与电网的相序不同,需对调发电机或电网的任意两根接线。
准同期并列的基本原理
❖ 二、准同期并列装置
图2-8 准同期并列装置主要组成部件
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
❖ 二、准同期并列装置
▪ 1、并列装置的构成
频率差控制单元 电压差控制单元
▪ 见图2-8. 2、自动化程度一般分为
合闸信号控制单元
半自动 全自动
电力系统 自动装置原理
准同期并列的基本原理
电力系统 自动装置原理
式中：
u Um sin(t )
Um —电压幅值；
— 初相角； —电压的角频率。
电力系统 自动装置原理
概述
UX B QF A
UG ~
(a) 电路示意
UG
G
US
UX
X
e
0
(b) 相量图
UG QF UX
XG EG
US
XX
EX
(c) 等值电路图
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
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：
ee0
2f s 10
2 20
(
f1
f2)
0.2
cost
0.2
sin 2t
先不考虑提前量，则有：
e [0.2 cost 0.2 sin 2t]dt e0 0.2 sin t 0.1 cos2t 0.1 0
1. 准同期并列：待并发电机组先加励磁电流，调节其端电压的状态 参数使之符合并列条件，再合上断路器QF。
2. 自同期并列：
SE UE
G
QF
~
XX
UX
~
发电机事先未经励磁。将转子提到接近同步转速。
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
引起系统电压突降；应用受限。