电力系统自动化(2准同步)

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