1、,North China Electric Power University,電力工程系,Department of Electrical Engineering,電 力 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 化,電自教研室,GO TO 6, 6 電力系統(tǒng)并列概述,本節(jié)內(nèi)容：,1、理解電力系統(tǒng)并列操作的方法,2、掌握并列操作的基本概念,3、掌握準(zhǔn)同期并列條件分析的方法,本節(jié)學(xué)習(xí) 要 求：, 6 電力系統(tǒng)并列概述,一、并列操作 1 . 什么叫并列操作 2 . 對(duì)并列操作的基本要求 3 . 并列操作方法 二、準(zhǔn)同期并列 (一) 準(zhǔn)同期并列方法 (二) 準(zhǔn)同期并列等值電路圖、旋轉(zhuǎn)矢量圖、 滑差電壓瞬時(shí)波形圖、性質(zhì) (三)

2、 準(zhǔn)同期并列的理想條件 (四) 準(zhǔn)同期并列條件分析 三、自同期并列,1.電壓差的影響 2.相角差的影響 3.頻率差的影響, 6 電力系統(tǒng)并列概述,1、什么叫并列操作 ?,返回,DL,發(fā)電機(jī)并列示意圖,發(fā)電機(jī)并列: 將待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)連接的斷路器閉合, 使發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)運(yùn)行的操作。,系 統(tǒng) 并 列: 將連接兩個(gè)系統(tǒng)的斷路器閉合，使兩個(gè)分開 的電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的操作。,發(fā)電機(jī)并列和系統(tǒng)并列統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)的并列操作。,系統(tǒng)并列示意圖,DL, 6 電力系統(tǒng)并列概述,2、對(duì)并列操作的基本要求,返回,沖擊電流不超過允許值，盡可能小,并列后應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行,并列操作是電力系統(tǒng)經(jīng)常的、也是最重要的操作

3、之一，操作不當(dāng)或失誤會(huì)造成事故。所以只有經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)行人員才被允許進(jìn)行手動(dòng)并列操作。,由于并列前待并斷路器兩側(cè)電壓不同步，所以并列后必然要經(jīng)歷一個(gè)振蕩過程。若并列條件掌握的好，則振蕩輕微，很快拉入同步。否則振蕩劇烈，造成并列失敗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。,一般來講,并列之前待并斷路器兩側(cè)電壓是不同步的，并列時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。發(fā)電機(jī)的沖擊電流會(huì)在定子繞組中產(chǎn)生電動(dòng)力，其值的大小與電流的平方成正比。如果操作不當(dāng)或失誤，沖擊電流太大，過大的電動(dòng)力會(huì)損壞發(fā)電機(jī)。, 6 電力系統(tǒng)并列概述,3 . 并列操作方法,返回,準(zhǔn)同期并列,自同期并列,按照自動(dòng)化程度劃分， 有三種方法： 手動(dòng)并列 半自動(dòng)并列 自動(dòng)并列

4、,這兩種方法各有不同特點(diǎn)， 應(yīng)用的場(chǎng)合也不相同。,按照并列方法的原理劃分，有兩種方法：,組合起來有: 手動(dòng)準(zhǔn)同期并列 半自動(dòng)準(zhǔn)同期并列 自動(dòng)準(zhǔn)同期并列 手動(dòng)自同期并列 半自動(dòng)自同期并列 自動(dòng)自同期并列, 6 電力系統(tǒng)并列概述,二、準(zhǔn)同期并列 (一) 準(zhǔn)同期并列方法,返回,名詞解釋 準(zhǔn) 近似、接近于之意。 同期 同步。 準(zhǔn)同期并列 在接近于同步的條件下并列操作,然后使兩側(cè)的電壓滿足準(zhǔn)同期并列條件時(shí)閉合斷路器。,先將待并列雙方的電壓加在待并斷路器兩側(cè)，,準(zhǔn)同期并列 可用于發(fā)電機(jī)并列也可用于兩個(gè)系統(tǒng)之間并列,方法:, 6 電力系統(tǒng)并列概述,(二) 準(zhǔn)同期并列等值電路圖、旋轉(zhuǎn)矢量圖,返回,準(zhǔn)同期并列等

5、值電路圖,s 滑差角頻率 s 0, 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) s 0, 順時(shí)針旋轉(zhuǎn),是矢量。,旋轉(zhuǎn)矢量圖（g 相對(duì)于）,旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間叫滑差周期 Ts,與對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)電壓稱為 “滑差 電壓 ”，亦稱“正弦脈動(dòng)電壓”, 6 電力系統(tǒng)并列概述,返回,滑差電壓（正弦脈動(dòng)電壓）瞬時(shí)波形圖（s 0）,幅值差為0,幅值差不 為0,相角差為 0,相角差為 ,滑差電壓演示, 6 電力系統(tǒng)并列概述,返回,滑差電壓（正弦脈動(dòng)電壓）的性質(zhì)：,滑差電壓是一個(gè)頻率接近工頻、振幅作正弦脈動(dòng)變化的電壓。 滑差電壓幅值最小處反映了電壓幅值差的大小 滑差電壓的脈動(dòng)周期反映了頻差的大小( fS=1Ts) 滑差電壓的幅值反映了相角差的變化,因此，

6、滑差電壓中包含了準(zhǔn)同期并列所需的三種信息, 6 電力系統(tǒng)并列概述,(三) 準(zhǔn)同期并列理想條件：,返回,電壓差 U = 0 頻率差 f = 0 相角差 = 0,但是理想條件在實(shí)際中是難以實(shí)現(xiàn)的。 原因?,滿足上面理想狀況的條件是 矢量 = 0 , 其等價(jià)條件為：,理想 美好的愿望。通常不容易實(shí)現(xiàn)。,手動(dòng)準(zhǔn)同期 并列演示,如果:并列時(shí)沖擊電流為0 并列后立即進(jìn)入同步狀態(tài), 6 電力系統(tǒng)并列概述,返回,(四) 準(zhǔn)同期并列并列條件分析 U 0 對(duì)并列的影響（f = 0， = 0）,g,U= Ug U 沖擊電流周期分量有效值： Ich = U （ Xd” X）,?ch,Ich 在 d 軸方向，故用 Xd

7、”沖擊電流瞬時(shí)最大值：,Ich 無功沖擊電流, 6 電力系統(tǒng)并列概述,U 0 對(duì)并列的影響（續(xù)） 沖擊電流 ich 瞬時(shí)值波形圖,返回,瞬時(shí)最大值,非周期分量,非周期分量對(duì)沖擊電流的影響用沖擊系數(shù) Kch 表示。 Kch., 6 電力系統(tǒng)并列概述, 0 對(duì)并列的影響（ U 0 ，f = 0）,g,?ch,沖擊電流周期分量有效值: Ich = U （ Xq” X）,返回,沖擊電流瞬時(shí)最大值:, 較小時(shí),Ich 主要是有功沖擊電流,！, 6 電力系統(tǒng)并列概述,f 0對(duì)并列的影響（ U = 0）,并列前,并列后,返回,0,0,電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī), 6 電力系統(tǒng)并列概述,f 0對(duì)并列的影響（ 續(xù)）,返回,

8、如果機(jī)組并網(wǎng)前頻差太大，就有可能出現(xiàn)在功角 達(dá)到 180o 時(shí)，s 還沒有降到零，機(jī)組會(huì)運(yùn)行到 大于180o 的區(qū)域，從系統(tǒng)吸取有功功率而加速，于是機(jī)組就失去了穩(wěn)定。,發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，轉(zhuǎn)子中存儲(chǔ)的動(dòng)能為：,發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，若能拉入同步運(yùn)行，則轉(zhuǎn)子中存儲(chǔ)的動(dòng)能為：,設(shè)機(jī)組機(jī)械角速度為 g ，系統(tǒng)同步轉(zhuǎn)速為,這就是說，在機(jī)組被拉入同步的過程中把一部分動(dòng)能（W）送到電力系統(tǒng)中。由于機(jī)組有慣性，這個(gè)能量交換過程將伴隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速搖擺（振蕩）進(jìn)行,兩者之差 ：, 6 電力系統(tǒng)并列概述,自同期并列對(duì)于系統(tǒng)事故情況下加速事故處理有著重要的意義。自動(dòng)自同期并列的方式多用于系統(tǒng)事故情況下水輪發(fā)電機(jī)快速并網(wǎng)，正常情況下

9、一般不用；汽輪發(fā)電機(jī)一般也不宜采用。 自動(dòng)自同期并列不能用于兩個(gè)系統(tǒng)之間的并列操作。,返回,方法 ：將未經(jīng)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)升速到接近同步轉(zhuǎn)速， 先 把發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)，然后立即將勵(lì)磁電流加到轉(zhuǎn)子中去。 在同步力矩的作用下，經(jīng)過一定時(shí)間后，即可自行拉入同步。,三、自同期并列,自同期并列對(duì)于相角及電壓條件沒有要求，而轉(zhuǎn)速條件亦可以放得很寬。 通常的允許滑差在正常時(shí)為23，事故情況下可達(dá)10。,自同期并列的優(yōu)點(diǎn)是并列過程迅速，操作簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)是 沖擊電流較大，拉入同步的過程較長(zhǎng)。,結(jié)束, 6 電力系統(tǒng)并列概述,1、什么叫并列操作 ? 發(fā)電機(jī)并列: 將待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)連接的斷路器閉合, 使發(fā)電機(jī)投入電力系

10、統(tǒng)運(yùn)行的操作。 系 統(tǒng) 并 列: 將連接兩個(gè)系統(tǒng)的斷路器閉合，使兩個(gè)分開的 電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的操作。 發(fā)電機(jī)并列和系統(tǒng)并列統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)的并列操作。,第一節(jié)、電力系統(tǒng)并列概述,電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組都是并聯(lián)運(yùn)行的，不論是在正常或事故的情況下，經(jīng)常需要使某些發(fā)電機(jī)組通過一定的手續(xù)參加并聯(lián)運(yùn)行（包括同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)或電力系統(tǒng)的兩個(gè)部分進(jìn)行并聯(lián)的操作）。我們把這種不同系統(tǒng)參加并聯(lián)運(yùn)行的操作，統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)的并列操作。 并列操作是電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常、很重要的一項(xiàng)操作，必須認(rèn)真對(duì)待，以便在并列操作以后，能很快達(dá)到同步運(yùn)行的目的。假如操作情況不良或發(fā)生誤操作，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的后果；可能發(fā)生

11、巨大的沖擊電流，甚至比機(jī)端短路電流還要大很多；會(huì)引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降；使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩以至使系統(tǒng)瓦解；沖擊電流所產(chǎn)生的強(qiáng)大電動(dòng)力還可能對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，以致在短時(shí)期內(nèi)難以恢復(fù)等。,為了使并列操作后電機(jī)迅速拉入同步，在操作之前一般都應(yīng)該根據(jù)不同的并列方法使待并電機(jī)滿足一定的條件。不論采取哪一種操作方法，應(yīng)該共同遵守的基本要求是： 1、并列操作時(shí)，沖擊電流不應(yīng)超過允許值； 2、發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)后，應(yīng)能迅速拉入同步。 目前電力系統(tǒng)中采用的并列方法可以分為：準(zhǔn)同期并列、自同期并列和非同期并列三種。它們的使用條件與使用情況均不相同，現(xiàn)分述如下： 一、準(zhǔn)同期并列 準(zhǔn)同期并列要求在合閘前調(diào)節(jié)待并機(jī)組

12、或待并系統(tǒng)，同時(shí)滿足如下三個(gè)條件： 1、頻率條件 應(yīng)使待并電機(jī)的頻率接近系統(tǒng)頻率，一般頻率差應(yīng)不超過0.20.5。,第一節(jié)、電力系統(tǒng)并列概述,第一節(jié)、電力系統(tǒng)并列概述,2、電壓條件 應(yīng)使待并電機(jī)與系統(tǒng)的電壓接近相等，一般電壓差應(yīng)不超過510。 3、相角條件 當(dāng)上述兩個(gè)條件已被調(diào)節(jié)得符合要求時(shí)，就應(yīng)在斷路器兩側(cè)得電壓相角重合前，稍為提早一些時(shí)間給斷路器發(fā)出合閘脈沖，以便在合閘瞬間，斷路器兩側(cè)得電壓相角的相角差恰好趨于零，這時(shí)的沖擊電流最小。通常此相角差不宜超過100左右 。 假如待并電機(jī)與電力系統(tǒng)的頻率、電壓和相角完全相同，則并列操作所引起的沖擊電流為零，但實(shí)際上差別總是存在的。如果兩者間頻率差

13、別較大，即發(fā)電機(jī)在并列前的轉(zhuǎn)速太慢或太快，則并列后很快地帶上過多的負(fù)或正的有功負(fù)荷，甚至可能失去同步。如果兩者間電壓差別較大，則在合閘時(shí)會(huì)出現(xiàn)無功性質(zhì)的沖擊平衡電流。如果合閘時(shí)的相角差較大，則會(huì)出現(xiàn)有功性質(zhì)的沖擊平衡電流。 準(zhǔn)同期并列合閘后沖擊電流很小，能馬上拉入同步，對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)也很小。因此，目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。,第一節(jié)、電力系統(tǒng)并列概述,二、自同期并列 自同期并列只適用于把電機(jī)并入系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)兩個(gè)部分間的并列不能采用。其操作過程是將未經(jīng)勵(lì)磁的電機(jī)升速到接近同步轉(zhuǎn)速，在不超過允許滑差的條件下，先把電機(jī)投入系統(tǒng)，隨即將勵(lì)磁電流加到轉(zhuǎn)子中去。在正常情況下，經(jīng)過12秒后，即可拉入同步。自同

14、期并列對(duì)于相角及電壓條件沒有要求，而轉(zhuǎn)速條件亦可以放得很寬。通常的允許滑差，在正常時(shí)為23，事故情況下可達(dá)10。 自同期并列的最大特點(diǎn)是并列過程迅速，操作簡(jiǎn)單，實(shí)際上避免了誤操作的可能性，而且宜于實(shí)現(xiàn)操作過程的自動(dòng)化。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，自同期并列對(duì)于加速事故處理有著重大的意義。自動(dòng)自同期并列的方式多用于水輪發(fā)電機(jī)。對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，目前多采用半自動(dòng)自同期方式。,第一節(jié)、電力系統(tǒng)并列概述,三、非同期并列 不檢查上述的三個(gè)并列條件，而直接將電機(jī)投入系統(tǒng)的方法稱為非同期并列。這種并列方法可能帶來較大的沖擊電流。在最不利的情況下，當(dāng)兩者之間的電壓相角差達(dá)到180度時(shí)，沖擊電流可以比發(fā)電機(jī)的出口短路電流大

15、一倍，同時(shí)帶來巨大的電動(dòng)力效應(yīng)。 由于這種并列方式會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，并對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定的影響，因此目前在我國，這種并列操作主要用于自動(dòng)重合閘中。,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理,準(zhǔn)同期并列的優(yōu)點(diǎn)是并列時(shí)沖擊電流小，對(duì)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，因此在正常情況下，它將作為主要的并列方式使用。為了進(jìn)一步搞清楚各種并列條件的變化對(duì)并列過程的影響，下面將著重分析并列時(shí)斷路器兩側(cè)觸頭間的電壓差，即滑差電壓。 (一）準(zhǔn)同期并列的理想條件 設(shè)發(fā)電機(jī)A相瞬時(shí)電壓為：ug=Ugsin(gt+g) 電網(wǎng)A相瞬時(shí)電冶為：u=Usin(t+) 則瞬時(shí)滑差電壓為：us=Ugsin(gt+g)

16、Usin(t+) 式中： Ug和U為發(fā)電機(jī)電壓的幅值和電網(wǎng)電壓的幅值；g和為發(fā)電機(jī)頻率和電網(wǎng)頻率；g和為發(fā)電機(jī)電壓相角和電網(wǎng)電壓相角；ug 、u 和us為發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)和滑差電壓的瞬時(shí)值。,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理,準(zhǔn)同期并列的理想條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式是： Ug=U， U= UgU=0 g=， s=g=0 g=， = g=0,（二）準(zhǔn)同期并列誤差對(duì)并列的影響 1、合閘電壓幅值差對(duì)并列的影響 此時(shí)的相量關(guān)系如下圖所示，在這種情況下并列時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流的有效值為,式中 Xq為發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗；X為電力系統(tǒng)等值電抗,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理,在忽略待并發(fā)電機(jī)電子電阻和系統(tǒng)等值電阻的情況

17、下，沖擊電流之后電壓差90度。所以在只存在電壓差的情況下并列機(jī)組會(huì)產(chǎn)生無功沖擊電流。沖擊電流的最大瞬時(shí)值,2、合閘相角差對(duì)并列的影響 此時(shí)的相量關(guān)系如下圖，這種情況下 并列發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的沖擊電流的有效值,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理,由于并列時(shí)一般很小，所以在只有相角差時(shí)并列所產(chǎn)生的沖擊電流主要是有功分量。這就意味著在發(fā)電機(jī)并列后與系統(tǒng)之間有能量交換。沖擊電流的最大瞬時(shí)值為,3、合閘頻率差對(duì)并列的影響 如果機(jī)組并網(wǎng)前頻差太大，就有可能出現(xiàn)在功角達(dá)到180o時(shí)，滑差頻率還沒有降到零，機(jī)組會(huì)運(yùn)行到功角大于180o 的區(qū)域，從系統(tǒng)吸取有功功率而加速，于是機(jī)組就失去了穩(wěn)定。,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的

18、基本原理,（三）滑差電壓的性質(zhì) 如果同時(shí)滿足三個(gè)條件，則滑差電壓為零。但是，實(shí)際情況并不是這么理想，三個(gè)條件都不會(huì)完全滿足，因此允許一定的偏差。這時(shí)， us0。為了簡(jiǎn)化起見，假設(shè)UgU，此時(shí)，滑差電壓為 us= 2Ucos(g+)t+(g+)sin(g-)t+(g-) 滑差電壓是一個(gè)頻率接近公頻、振幅作脈動(dòng)變化的電壓。下面就畫出在各種條件下滑差（脈動(dòng)）電壓的波形,頻差為0.25HZ相位差為10o度時(shí)的滑差波形,頻差為0.5HZ時(shí)的滑差波形,壓差為10V頻差為0.5HZ時(shí)的滑差波形,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理,由上述圖形可見滑差電壓由一個(gè)高頻余弦波分量和一個(gè)低頻正弦波分量調(diào)制而成。它的包絡(luò)

19、線決定于低頻正弦分量的特點(diǎn)?？梢姰?dāng)壓差為零時(shí)當(dāng)?shù)皖l正弦波的相位l=(g+)/2+(g+)/2=0時(shí)，滑差電壓us =0，此時(shí)并網(wǎng)將不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。當(dāng)存在電壓差時(shí)，滑差只有最小值而沒有過零點(diǎn)，所以無論何時(shí)合閘都存在沖擊電流。 脈動(dòng)周期和滑差頻率的關(guān)系為,因此，通過分析脈動(dòng)電壓幅值的變化規(guī)律，就可以了解全部同期條件是否均已滿足。這可通過檢查脈動(dòng)電壓的下列兩個(gè)參數(shù)來判斷： 1、脈動(dòng)周期Ts 脈動(dòng)周期足夠大表示滑差角頻率 足夠小。如要求頻差不超過一定的允許值 ，則只需檢查是否滿足,第二節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的基本原理,2、脈動(dòng)電壓幅值Vsm 只有當(dāng)斷路器兩側(cè)的電壓差及相角差同時(shí)為零，才能使脈動(dòng)電壓Vsm

20、0，如果在這一瞬間斷路器觸頭閉合，沖擊電流為零。如果任一條件不滿足，則不會(huì)出現(xiàn)脈動(dòng)電壓 為零。但只要Vsm的數(shù)值不超過允許范圍，則合閘沖擊電流也不會(huì)大于允許值。因此，有時(shí)可以用脈動(dòng)電壓的最小幅值足夠小這一條件代替電壓差及相角差這兩個(gè)同期條件。這時(shí)應(yīng)滿足,所以應(yīng)該在Vsm趨于零是合閘。因?yàn)閿嗦菲骶哂幸欢ǖ暮祥l時(shí)間，所以在這一瞬間稍為提前一段時(shí)間發(fā)出合閘脈沖。這個(gè)提前量取決于斷路器的固有合閘時(shí)間。 由發(fā)出合閘脈沖起到發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電壓相角重合為止，這段時(shí)間稱為越前時(shí)間，用tyq來表示。對(duì)應(yīng)于發(fā)出合閘脈沖瞬間的電壓相角差稱為越前相角，可用yq表示。他們之間的關(guān)系為：,一、沖擊電流的計(jì)算 當(dāng)發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)的瞬間，如果斷路器觸頭兩側(cè)的電壓瞬時(shí)值不相等，則必然會(huì)產(chǎn)生一沖擊電流，在簡(jiǎn)化后，沖擊電流周期分