电力系统自动化(2准同步)

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本章小结
• • • • 准同步并列条件(理想与实用); 冲击电流的计算方法; 电压差、相角差引起的冲击电流性质; 基本要求与对策(提高合闸精度和合闸速 度的途径); • 遗留问题:?加速度问题的考虑 • 发展趋势:准同步控制器将消亡。
课堂测验
试设计: 1、T法测频程序流程图; 2、预测相角法合闸控制流程图。
二、同步发电机准同步并列
本章要点 1、准同步并列的基本概念及并列条件; 2、准同步并列的基本问题及控制策略; 3、微机型准同步并列装置的工作原理。
1、准同步并列的基本概念及并列条件
●名词:同步、准同步、并列运行、并列操 作、滑差、滑差周期、滑差频率; ●发电机并列操作的两种方式及其过程、特 点及适用场合; ●准同步并列的理想条件和实用条件; ●同步发电机自动准同步控制器的任务和基 本要求;
准同步控制器的工作流程
• 工作要点:检测条件;满足条件则合闸; 不满足条件则闭锁合闸且积极创造条件。 • 工作流程示意图设计和逻辑框图描述。
准同步并列条件的检测技术
• • • • 电压测量技术; 频率测量技术; 相角测量技术; 合闸时间测量技术;
电压测量技术
• 两大类测量方法: (1)电量变送器法: 纯硬件方法,输出直流电压(0~+5V)或 直流电流(4~20mA); (2)数值计算方法:又分两类:①基于正弦 函数模型的算法;②基于周期函数模型的 算法; ●准同步控制器采用单相电压变送器测量发 电机电压幅值和系统电压幅值。
两种并列方式的并列过程、特点和适用场合
●自同步并列过程的三个主要步骤; ●准同步并列过程的四个主要步骤; ●特点及其影响:并列快慢和冲击大小及其 对发电机和电力系统的影响; ●适用场合:早期水轮发电机曾经使用自同 步并列方式,当今所有同步发电机均使用 自动准同步并列方式。
准同步并列的理想条件和实用条件
Tk t k -t k-1
相角测量技术
• 发电机方波信号与与系统电压方波信号的 相位差就是相角差; • 发电机电压方波与系统电压方波的相邻两 个前沿的时间差与周期之比,再乘以360°, 就等于相角差:
k =
t gk -t xk Tk
360
合闸时间测量
• 合闸时间=断路器触头闭合时刻-合闸命令发 出时刻; • 断路器触头闭合时刻的测量: (1)辅助接点法; (2)冲击电流法;
实用条件中的允许偏差的确定
• 允许值的确定是从两方面考虑的: (1)(设备与系统)承受力允许; (2)技术能力所及; • 电压偏差允许值; • 相角差允许值; • 频率偏差允许值;
不满足合闸条件而合闸的影响
• 冲击电流的计算方法 (1)(仅)电压差条件不满足; (2)(仅)相角差条件不满足; (3)(仅)频率差条件不满足; 注:要求掌握相关矢量图、计算式,和冲击 电流性质(主要是有功冲击或无功冲击)。
同步发电机准同步控制器设计
• 设计思路:从(完成)任务和(满足)基本要求 出发,结合当前最新理论与技术进行设计。 • 设计步骤: (1)工作流程设计; (2)整体设计(基于微机); (3)工作任务的划分与配合; (4)基本组成单元设计; • 通用控制型微机最小应用系统; • 微机型准同步控制器硬件设计(专用);
注意
• 仅存在电压差,发电机计算电抗取直轴电 抗Xd,冲击电流为无功电流; • 仅存在相角差,发电机计算电抗取交轴电 抗Xq,冲击电流为有功电流; • 仅存在频率差,因惯性作用,相角在合闸 后拉开,等效于存在相角差。
同步发电机自动准同步控制器的 任务和基本要求;
• 任务:合闸; • 基本要求: (1)合闸(条件准备)快; (2)合闸冲击(电流)小。
2、准同步并列的基本问题及并列控制策略
●基本问题:快速合闸和无扰动合闸; ●快速合闸的要点和扰动因素分析; ●断路器的动作时间及其影响; ●两种准同步合闸控制策略; ●合闸误差角的控制要点; ●同步发电机准同步控制器设计要点;
快速合闸要点
• 快速合闸=快速准备合闸条件。 • 电压差条件不满足时,快速调整发电机电压追随 系统电压(称之为均压); • 频率差条件不满足时,快速调整发电机频率(转 速),使之跟踪系统频率(称之为均频); • 均压和均频技术简介:比例控制、模糊控制等; • 相角差条件不满足时,(1)频差太小,在允许频 差范围内可适当增加频差(增加发电机频率); (2)等待。
3、微机型准同步并列装置的工作原理。
1、接线(单机、多机); 2、软件流程图: (1)均压、均频控制; (2)合闸控制(重点); 3、滑差加速度的考虑; 4、预测相角差的必要性;
接线要点
• 输入两相电压:Va和Vb,b相接大地; • 合闸命令输出接点,接到断路器合闸控制 回路; • 升压、降压命令接点,接到励磁调节器电 压给定回路(微机开关量输入接口); • 加速、减速命令接点,接到调速器速度给 定回路(微机开关量输入接口); • 多台发电机共用一个准同步装置时,其输 入输出需要切换,且确保唯一性。
电压变送器的基本环节和典型电路
• 基本环节:变压(兼隔离)+整流+滤波; • 典型电路举例
频率测量技术
• 频率(转速)测量方法: (1)T法;适合低频测量; (2)M法;适合高频测量; (3)M/T法。适合宽频范围测量; ●准同步控制器采用T法测频(工频50Hz属低 频范畴)
T法测频
• 将正弦电压信号通过过零电压比较器整形 为同频率的方波信号; • 用方波信号作为微机的中断请求信号,通 过中断手段测量相邻两次中断时刻之差, 即电压信号的周期T; 1 1 • 周期T的倒数即频率: f k = =
断路器的动作时间及影响: • 断路器合闸需要一定时间,称为“合闸时 间”。一般在0.2~0.6s之间;因此,合闸 命令必须提前发出; • 断路器的合闸时间并非固定不变,而是具 有一定随机性(标称时间的±20%);因此, 合闸误差角不可避免;
两种准同步合闸控制策略
• 准同步合闸控制策略=提前发出合闸命令的 控制策略; • 两种控制策略: (1)越前相角控制策略: yq =s t DL
快速合闸新技术
• 励磁调节器自动跟踪系统电压; • 调速器自动跟踪系统频率; • 调速器自动跟踪系统电压的相位;
扰动因素分析
• • • • 有扰动=有冲击电流=合闸条件未全部满足; 电压差和频率差比较容易控制; 相角差需要适时捕捉,是关键! 名词:手动准同步、半自动准同步和全自 动准同步;
断路器的动作时间及其影响
均压均频控制
• 电压偏差大于允许值,置电压差闭锁标志, 同时按比例控制原则决定调压脉冲宽度 (调压脉冲宽度正比于调压增量的大小, 定频调宽方式)或调压脉冲频率(定宽调 频方式); • 频率偏差大于允许值,置频率差闭锁标志, 同时按比例控制原则决定调频脉冲宽度 (调频脉冲宽度正比于调频增量的大小) 或调频脉冲频率;
●理想条件源于理想并列。 ●理想并列:(1)快;(2)无冲击。 快:并列过程耗时短; 无冲击:即冲击电流等于零,条件是电压矢 量差为零,亦即: 电压幅值差=0;频率差=0;相角差=0。 这就是准同步并列的理想条件。
准同步并列的理想条件和实用条件
●准同步并列的实用条件:将严格相等(准 确)放宽为近似相等(相近)。 具体指标为: • fs ≤ 0.2~0.5%fN ,即0.1~0.25Hz; • △u ≤5%~10%UN ,或3%~5%UN; • δ≤3°~5°;
• 合闸命令最佳发出时刻就等于当前时刻再延时ty 时刻。用定时器定时ty时刻,定时时间到立即发 出合闸命令。
合闸流程图的改进
• 采用预测相角控制策略的合闸流程图。
随想
准同步控制器存在消亡的可能性: (1)将均频和相位跟踪功能纳入调速器,技 术关键:提高相位实时跟踪质量; (2)交流励磁发电机,三个条件全部由励磁 调节器控制; (3)电子型断路器,没有合闸时间,也没有 合闸时间误差。准同步合闸将更加简单, 更加精确;
合闸控制
• 电压幅值差和频率差均满足要求(没有电 压差闭锁标志和频率差闭锁标志),且当 实测当前相角等于计算越前相角时发出合 闸命令。 k = yq
• 或实测当前相角与计算越前相角之差不大 于允许相角差时发出合闸命令。
k - yq yx
滑差加速度的考虑
• 前述越前相角计算公式只考虑了匀速运动:
(2)越前时间控制策略:
t yq =t DL
合闸误差角的控制要点
• 合闸误差角不可避免,但是可以加以限制; • 合闸误差角公式: =s t • 可见: (1)限制滑差角频率可以限制合闸误差角; (2)频差允许值实际还是受相角差允许值的 约束的。
计算例
例:允许频差0.1Hz,开关时间0.2s,开关误 差时间±20%,请计算合闸误差角Δ δ 。 解: Δ δ =0.2×0.2×0.1×360=1.44° 可见,允许频差再大一些,开关时间再长一 些,合闸误差角就会更大。注意:这个合 闸误差角是随机的,不可控的。
yq =s t DL
• 若考虑加速度时,越前相角计算公式成为:
1 s 2 yq =s t DL + t DL 2 t
预测相角的必要性
• 相角测量是每工频周期测量一次的,0.2Hz 滑差频率场合,相邻两次相角增量等于:
k k - k-1 0.02 0.2 360 14.4
• 当相角增量大于两倍允许相角差时就有可 能出现:每次测量的相角与越前相角之差 都在允许相角差之外而无法合闸。为此需 要预测相角差 wk.baidu.com k+1 。
相角差预测方法和最佳合闸时刻
• 在滑差频率恒定的条件下预测相角差,有:
k+1 = k +( k - k-1) k - k-1 =2
• 当 k 和 k+1 分布在越前相角 yq 两侧时, k yq k+1 可以预测越前相角出现的时刻: k - yq ty = 0.02 k - k-1
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