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1、信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,同步发电机自动准同期,1,2,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,一、并列操作的基本概念,电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为 式中: Um 电压幅值 电压的角速度 初相角,3,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,并列操作 如图所示，一台发电机组在投入系统之前，它的电压与并列母线 电压的状态往往不等，须对待并发
2、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合闸作并网运行。 这一系列操作称为并列操作。,4,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,并列操作的重要性:,5,同步发电机组并列时遵循的原则：,(1) 操作频繁,(2) 不恰当操作后果严重（大型机组）,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,6,并列方法分类:,(1) 准同期并列：（一般采用） If合闸暂态同步过程：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
3、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。优点：是冲击电流小；不足：并列时间较长且操作复杂。,(2) 自同期并列： 无IfUN合闸加If暂态同步 过程：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，在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。优点：并列时间短且操作简单。不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降，产生冲击电流。,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,7,发电机准同期并列条件的分析,发电机G电压 系统电压 两者的电压差称为滑差电压,信息
4、与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,8,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。,1 2 3,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,9,发电机并列时偏离理想条件所引起的后果,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。,信息与电气工程学院 School of Information and Electric
5、al Engineering,基于三电平的光伏发电系统逆变器研究 Study of the Inverter of PV power generation system Based on Three-Level,下面分析如果同步发电机组并列时偏离理想条件所引起的后果。,10,1、电压幅值差 并列时的电压相量如图所示 。 冲击电流主要为无功电流分量。冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响，由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须特别注意对它所造成的危害。由于并列操作为正常运行操作，冲击电流最大瞬时值限制在12倍额定电流以下为宜。 2、合闸瞬间存在相角差。 当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分
6、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，这对机组和电网运行都是不利的。为了保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限制在较小数值。,11,频率不相等,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,12,频率不相等 设并列合闸时，电压幅值相等；频率不相等。断路器两侧电压相量如图所示。 这时断路器DL两侧电压差为脉动电压。其大小如公式所示。 脉动电压波形可以看成是幅值为US，频率接近于工频的交流电压波形。 由此可见，us为正弦脉动波，其最大幅值为2UG(或2Ux)。us的瞬时值波形如图所示。如设想系统
7、电压Ux固定，而待并发电机的电压UG以滑差角频率s对Ux转动。当相角差e从0到变动时， us的幅值相应地从零变到最大值2UG，当e从到2变动(重合)时， us的幅值又从最大值回到零。转动一圈的时间为脉动周期Ts。 脉动电压周期、滑差频率和滑差角频率都可用来表示待并发电机的频率与电网频率之间相差的程度。相角差是时间的函数，所以并列时合闸相角差与发出合闸信号的时间有关。如果发出合闸信号的时间不恰当，就有可能在相角差较大时合闸，以致引起较大的冲击电流。同时也可看到，如果发出合闸信号的时间恰当，就有可能在两电压重合的时间合闸，从而使冲击电流等于零。还需指出，如果频率差较大，即使合闸时的相角差很小，满足
8、要求，但这时待并发电机需经历一个很长的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚至失步，因而也是不允许的。,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,三、自同期并列,13,自同期并列操作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，且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，接着立刻合上励磁开关KE，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。,信息与电气工程学院 School of Information and Electric
9、al Engineering,14,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,准同期并列的基本原理,15,一、脉动电压,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,16,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,17,二、准同期并列装置 并列装置的构成 自动化程度一般分为,频率差控制单元,电压差控制单元,合闸信号控制单元,半自动 全自动,信息与电气工程学院 School
10、of Information and Electrical Engineering,18,自动准同期并列装置 三个控制单元,(1) 检测电压间的滑差角频率, 且调节发电机的转速, 使发电机的频率接近于系统频率。,(2) 检测电压值差, 且调节发电机的电压, 使两电压的差值小于规定允许值。,(3)检查并列条件, 条件满足时发出合闸信号。,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,19,三、准同期并列合闸信号的控制逻辑,（一）恒定越前相角准同期 提前量信号取某一恒定相角 。 断路器的合闸时间为 。同期装置动作时间为 。,最
11、佳滑差角频率,过零后合闸 过零时合闸 过零前合闸,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,20,（二）恒定越前时间准同期 提前量信号取恒定时间,理论上可以完全无冲击，但是动作时间存在误差，设 为允许合闸相角。,所以，还是要限制,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,21,逻辑关系满足即可以合闸。 必须在 之前判定完毕。,合闸信号控制单元装置的控制逻辑,电压差、频率差判别区,信息与电气工程学院 School of Information a
12、nd Electrical Engineering,22,四、信号的实时检测,模拟方案：电压信号的变换、比较等电路实现,数字方案：CPU采样、脉冲计数、计算分析（*）,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,23,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。,一、模拟方案,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,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。,信息与电气工程学院 School of Information and Electrica
13、l Engineering,24,（一）利用正弦整步电压(脉动电压的幅值)作测量信号的并列检测方法,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,25,（二） 线性整步电压的产生,半波线性整步电压 全波线性整步电压,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,26,1 半波线性整步电压,VT1基极 VT2基极 a + + - + - - - + - - - +,信息与电气工程学院 School of Information and Electrica
14、l Engineering,27,半波线性整步采用滤波器，把高次谐波滤掉，获得较为平滑的特性。但滤波器的时间常数将会影响其相移。全波线性整步电压线路可以提高矩形的密度，从而减小滤波器的时间常数，进一步改善它的性能。,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,28,2 全波线性整步电压,uG正VT1导通A低 ux正VT2导通B低,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,29,信息与电气工程学院 School of Information and
15、 Electrical Engineering,30,（三）相角差 原理：矩形波的宽度（变化）与 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：,三角形上升边 三角形下降边,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,31,2. 频率差,线性整步电压也可用于频率差的检测,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,32,频率差和相角差检测电路中，不载有并列点两侧电压幅值的信息，所以需要设置专门的电压差检测电路。,方法直接读入并列点两侧电压幅值，然后计算差值。,3. 电压差,（1）直接交流采样；,（2）使用传感器芯片；,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,33,二、数字型并列装置组成,交流电压幅值测量 频率测量 相角差测量,主机 输入输出接口电路 输出通道 输入通道,信息与电气工程学院 School of Information and Electrical Engineering,34,输入通道,输出通道,信息与电气工程学院 School
