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1、第一章 发电机的自动并列,概述,1,电力系统是一个物理系统，遵循各种基本的物理定律。 功率平衡 Pgen = Ploss + Pload V = I*R 电磁相互转换的交流系统,2,理解电力系统,正常运行时，为了维持电力系统频率、电压在允许的范围内，运行中要根据负荷波动必要时投入或切除发电机； 在检修完，要将机组重新投入； 故障情况下，为了保护发电机，或为了保持主系统的稳定，需要切除发电机，并在合适时候将其重新投入运行；有时需要将备用发电机迅速投入运行。 针对上述情况，都需要在必要时将发电机重新投入电网。可见，在电力系统运行中，并列操作是较为频繁的。,3,为什么需要并列,电气量表示 电力系统运
2、行中，理想情况下，任一母线电压瞬时值可表示为： 发电机同步运行,同步运行基本原理,式中 电压幅值 电压的角频率 初相角,4,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。,并列的概念,5,并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许值； 并列后，发电机应能迅速进入同步运行。 并列不当后果： 产生极大冲击电流，损坏发电机，引起系统电压波动,甚至导致系统振荡，破坏系统稳定运行。 自动并列控制作用 减轻运行人员的劳动强度，提高系统运行可靠性和稳定性。,并列基本要求,6,在发电厂内、凡可以进行并列操作的断路器，都称之为电厂的同步点。
3、通常发电机的出口断路器都是同步点，发电机-变压器组用高压侧断路器作为同步点，双绕组变压器用低压侧断路器作为同步点、母联断路器、旁路断路器都应设为同步点。 同步点的设置要考虑系统、发电厂、变电所在各种运行方式下操作的灵活方便，也应具体考虑并列操作过程中调节的可行性。,同步点,7,同步点示意图,8,准同期并列 先给待并发电机加励磁，使发电机建立起电压，调整发电机的电压和频率，在接近同步条件时，合上并列断路器，将发电机并人电网。若整个过程是人工完成的称手动准同步并列；若是自动进行的称自动准同步并列。 准同步并列的优点是并列时产生的冲击电流较小，不会使系统电压降低，并列后容易拉入同步，因而在系统中广泛
4、使用。,并列操作分类,9,准同期并列示意图,10,自同期并列 待并发电机先不加励磁，当其转速接近同步转速时，投入电力系统，在并列断路器合闸后，立即给转子加励磁，由系统将发电机拉入同步。 自同步的优点是并列速度快，但这种并列方法并列时产生的冲击电流较大;同时发电机要从系统中吸收无功，会引起系统电压短时下降，目前已较少采用。下面着重讨论准同步并列。,Cont,11,自同期并列示意图,12,并列断路器主触头闭合瞬间，脉动电压为零： (1)发电机电压幅值与系统电压幅值相等； (2)发电机频率与系统频率相等； (3)发电机电压与系统电压间相角差为零。,准同步并列理想条件,13,14,图1-1（a）电路示
5、意图,图1-1 （c）等值电路图,并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。 由于准同期并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但因为并列时间较长且操作复杂，故不适于紧急情况的发电机并列。,15,准同期并列特点及适用场合,由于DL两侧电压的状态量不等，DL主触头间具有电压差 ，其值可由图（c）的电压相量求得。,16,准同期并列分析计算,图1-1（a）电路示意图,图1-1 （c）等值电路图,17,戴维南等效变换,18,发电机侧电压相关参量：, 发电机电压相量；, 发电机电
6、压角频率；, 发电机电压初相角；, 电网电压相量；, 电网电压角频率；, 电网电压初相角；, 发电机电压幅值；, 电网电压幅值；,电网侧电压相关参量：,相量差，又称脉动电压,幅值差,频率差,相角差,19,（一）电压幅值差,、 发电机电压、电网电压有效值,设发电机并列时的电压相量如图1-2（a）所示，即并列时：发电机频率 等于电网频率 ；相角差 等于零；电压幅值不等， 。则冲击电流最大瞬时值为:,式中,(3-3), 发电机直轴次暂态电抗,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
7、，冲击电流最大瞬时值限制在12倍额定电流以下为宜。为了保证机组的安全，我国曾规定压差冲击并列电流不允许超过机端短路电流的1/20到1/10。 准同期并列的一个实际条件为：压差不能超过额定电压的510。,20,几点说明,（二）合闸相角差,21,设并列合闸时，断路器两侧电压相量满足下列条件：,22,这时发电机为空载情况，电动势即为端电压，并且与电网电压相等，冲击电流的最大瞬时值为：,（3-5）,式中 系统电压有效值； 发电机交轴次暂态电抗。,当相角差较小时，这种冲击电流主要为有功电流分量； 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
8、全运行，一般将有功冲击电流限制在较小数值。,几点说明,23,（三）频率不相等,24,两者间的电角频率之差称为滑差角频率，简称滑差，用 表示：,两者频率之差称为频差，用 表示:,滑差周期定义为：,滑差、滑差频率、滑差周期的简单归纳,25,(1)滑差频率 就是频率差；,(2)滑差 可以反映频率差，两者是2倍数关系；,(3)滑差周期 为滑差频率的倒数；因此滑差周期可以反映频率差，即滑差周期大则频率差小、滑差周期小则频率差大。,26,（1）滑差 或滑差周期 都可以表示待并发电机与系统之间频率差的大小。,（2）在有滑差的情况下，将机组投入电网，需要经过一段加速的过程，才能使机组与系统在频率上“同步”。加
9、速或减速力矩会对机组造成冲击。显然，滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限制并列时的允许滑差。,（3）我国在发电厂进行正常人工手动并列操作时，一般取滑差周期在1016s之间。,（1）发电机的电压超前电网电压，发电机发出有功功率，则发电机将制动而减速； （2）发电机的电压落后电网电压，发电机吸收有功功率，则发电机将加速； （3）所以交换功率的方向与相角差的正负有关,发电机与电网的功率交换对机组运动趋势的影响,27,28,并列的同步过程分析,为发电机电势和系统母线的电压相角差,第一章 发电机的自动并列,准同期并列,29,第一章 发电机的自动并列,准同期并列,30,31,Review,Cont
10、,32,电压差的幅值和相角影响冲击电流； 频差影响同步的动态过程。,一、脉动电压,33,两电压幅值相等,34,当两侧电压幅值相等而频率不等时，脉动电压瞬时值为：,设初始角 ，则,（1-5）,令 为脉动电压的幅值，则,（1-6）,35,由（1-9）式可知 波形可以看成是幅值为 、频率接近于工频的交流电压波形。,又 ，为滑差角频率。两电压相量间的相角,（1-7）,于是,（1-8）,36,37,两电压幅值不相等,（1-9）,当 时， 为两电压幅值差；,当 时， 为两电压幅值和。,两电压幅值不等时电压波形如图1-7所示。,当两侧电压幅值不等时，脉动电压瞬时值为：,38,幅值差 频率差 相角差控制,39
11、,并列条件的检测,40,设滑差角频率 的允许值规定为0.2，即,（rad/s）,对应的脉动电压周期 值为:,所以 的脉动周期 大于10s才满足 小于0.2的要求。这就是说测量 的值可以检测待并发电机组与电网间的滑差角频率 的大小，即频率差的大小。,Example：,41,二、自动准同期装置,图1-8 自动准同期并列装置组成,频差控制单元 检测频差方向，完成发电机频率趋于系统频率的调整。 电压控制单元 检测压差方向，完成发电机电压趋于系统电压的调整。 合闸信号控制单元 进行频差检查、压差检查、形成导前时间脉冲，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，通过合闸逻辑发出合闸脉冲。 电源单元 为装置提
12、供工作电源。,42,自动准同期装置组成单元,自动准同期并列装置 设置了频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元。 半自动准同期并列装置 没有频差调节和电压调节功能，只有合闸信号控制单元。,43,同步发电机准同期并列装置分类,44,半自动准同期并列装置示意图,45,三、准同期并列合闸信号控制,46,越前时间, 自动准同期装置动作时间；, 并列断路器合闸时间；,47,恒定越前时间的理解,（1）含义,越前时间 相对于 提前的时间。,（2）为什么需要恒定越前时间,同期装置有动作时间，即程序发出命令到继电器动作完成的时间；断路器有合闸时间，即断路器接收到合闸命令到接通一次系统（理想应对应 ）的时间。
13、因此，合闸命令的发出应有提前量，即越前时间。考虑到两者的时间是确定的，所以越前时间也应是恒定的，即恒定越前时间。,恒定越前时间 相对于 提前的时间，此时间一经整定则不随压差和频差变化。,越前 相对于发电机电压与系统电压之间相角差 提前。,（3）恒定越前时间的决定因素,允许滑差角频率,48,合闸命令发出时的越前相角为 。,越前相角和滑差的关系,49,最大允许滑差可由下式求得,（1-11）,自动并列装置、断路器的动作时间都有一个小的波动范围，实际动作时间与额定动作时间的差称作动作时间误差。,自动并列装置动作时间误差；,断路器动作时间误差。,50,决定于发电机的最大冲击电流值 :,将取得的 值代入（
14、1-11）式，即可求得允许滑差 。,（1-12）,（1-5）,某发电机采用自动准同期并列方式与系统进行并列，系统的参数已归算到以发电机额定容量的标么值。一次系统的参数为：发电机交轴次暂态电抗 X”q为0.125；断路器合闸时间 tDL0.5s，它的最大可能误差时间为20；自动并列装置最大误差时间为0.05s；待并发电机允许的冲击电流值为: 试计算允许合闸误差角 、允许滑差角频率 ，与相应的脉动电压周期。,51,Question,允许合闸相角差（直接套用公式1-12） 3.78,52,Answer,允许滑差角频率 断路器合闸动作误差时间 自动并列装置的误差时间 所以， 如果滑差角频率采用标么值表
15、示，则,53,脉动电压周期 Ts,54,第一章 发电机的自动并列,恒定越前时间并列装置,55,56,自动准同期并列装置三大模块基本工作原理和硬件概况,1. 合闸控制单元；,2. 频差控制单元；,3. 压差控制单元；,整步电压,合闸脉冲产生,频差检查,压差检查,频差方向鉴别,压差方向鉴别,频差控制脉冲,压差控制脉冲,一、合闸控制单元,57,主要完成同步条件的检查，在合适时刻发出合闸脉冲。 脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息，但不易于直接用于同步信号的测量。,整步电压,58,含有同步条件信息的电压。整步电压与同步条件具有某种关系，可用来检查发电机并列时是否满足同步条件。 线性整步电压：整步电压幅值与相角差之间是分段线性关系；,正弦整步电压,线性整步电压,59,表达式,60,整步电压的产生,整步电压含有频差信息。 整步电压的周期就是滑差周期，可用于检测频差的大小；由于线性整步电压的最大值一定，所以其斜率与频差成正比。 整步电压含有相位差信息。 整步电压与随时间变化的任一时刻相位差有对应关系。,61,特点,恒定越前时间生成电路由比例微分和电平检测电路构成。,62,合闸脉冲产生（恒定越前时间的获得）,图1-13 恒定越前时间部分,63,图1-14 利用叠加原理求UR2示意图,64,65,利用线性整步电压检查滑差的方法有两种。 （1）利用比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检测器的
