1、電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理,第二章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列 第一節(jié).概述 一.并列操作的基本問(wèn)題 1)并列操作的概念 2)并列操作的原則 3)并列操作的分類(lèi) 二.準(zhǔn)同期并列 1.并列的等值電路和理想條件2.非理想條件并列分析 三.自同期并列 1)自同期并列的優(yōu)、缺點(diǎn) 2)自同期并列的沖擊電流,1)并列操作的概念,并列運(yùn)行與并列操作: 各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角以相同的電角速度運(yùn)行,相對(duì)電角度不超過(guò)允許值,此種運(yùn)行方式稱(chēng)為發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行. 發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)參加并列運(yùn)行的操作稱(chēng)為并列操作. 重要的操作：正常需要、故障需要；發(fā)電廠需要，系統(tǒng)也需要 2)并列操作的原則 沖擊電流-小 限制在發(fā)電機(jī)端部短路電流的5%- 10

2、% 暫態(tài)過(guò)程-短 迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài),3)并列操作的分類(lèi),準(zhǔn)同期并列: 發(fā)電機(jī)在合閘之前已經(jīng)勵(lì)磁,當(dāng)發(fā)電機(jī)的頻率、電壓和相位與系統(tǒng)接近相同時(shí)，將發(fā)電機(jī)合閘。 自同期并列： 自同期并列操作是將一臺(tái)未加勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)組升速至電網(wǎng)頻率，滑差角頻率Ws不超過(guò)允許值，且在機(jī)組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上斷路器QF，接著立刻合上勵(lì)磁開(kāi)關(guān)SE，給轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)電勢(shì)逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程中，由電力系統(tǒng)將并列的發(fā)電機(jī)拉入同步運(yùn)行。,二、準(zhǔn)同期并列1.并列的理想條件,并列合閘的沖擊電流等于零，并列后發(fā)電機(jī)立即進(jìn)入同步運(yùn)行。,二、準(zhǔn)同期并列2.非理想條件并列分析,1）存在電壓幅值差,產(chǎn)生的沖擊電

3、流主要為無(wú)功電流。沖擊電流的電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)繞組產(chǎn)生影響，由于定子繞組端部的機(jī)械強(qiáng)度最弱，所以特別注意對(duì)它造成的影響。 沖擊電流最大瞬時(shí)值限制在12倍額定電流以下為宜 ；,2）存在較小的合閘相角差,產(chǎn)生的沖擊電流主要為有功電流。合閘后發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間立刻交換有功功率，使機(jī)組聯(lián)軸受到突然沖擊，這對(duì)電網(wǎng)和機(jī)組都是不利的。 為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，一般將有功沖擊電流限制在較小數(shù)值。,3）存在頻率差脈動(dòng)電壓,脈動(dòng)電壓的三個(gè)重要參數(shù)： 幅值-既反映了兩個(gè)電壓的大小又反映了兩個(gè)電壓的相位； 頻率-接近工頻 滑差角頻率（脈動(dòng)周期）-反映了兩個(gè)電壓的頻率差,A.脈動(dòng)電壓波形分析,交流電壓波形,脈動(dòng)電壓波形,B.脈動(dòng)

4、電壓矢量分析,存在頻率差,脈動(dòng)周期Ts、滑差頻率fs、滑差角頻率Ws都可以用來(lái)表示發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之間的差值。 如果并列頻率差值很大，即使合閘時(shí)相角差很小，滿(mǎn)足要求，但這時(shí)發(fā)電機(jī)需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才能進(jìn)入同步過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)甚至失步，因而也是不允許的。,三、自同期并列,1.自同期并列的優(yōu)、缺點(diǎn)： 1）并列過(guò)程迅速； 2）裝置簡(jiǎn)單； 3）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化； 4）事故下有可能將發(fā)電機(jī)投入； 5）不能用于兩個(gè)系統(tǒng)間的并列。 2.自同期并列的沖擊電流； 沖擊電流為經(jīng)發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗短路，不可避免產(chǎn)生沖擊電流。沖擊電流主要取決于系統(tǒng)電壓。,第二節(jié).準(zhǔn)同期并列的基本原理 一、脈動(dòng)電壓分析 二、準(zhǔn)同期并列裝置

5、三、準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制邏輯 四、恒定越前時(shí)間并列裝置的整定計(jì)算,一、脈動(dòng)電壓分析,脈動(dòng)電壓為準(zhǔn)同期并列的三個(gè)條件提供檢測(cè)信息。 電壓幅值差、頻率差、相角差 幅值差脈動(dòng)電壓的最小值 頻率差脈動(dòng)電壓的滑差角頻率(脈動(dòng)周期） 相角差脈動(dòng)電壓的幅值 脈動(dòng)電壓幅值的大小與相角差有關(guān)，脈動(dòng)電壓幅值是相角差的函數(shù)。,幅值差脈動(dòng)電壓的最小值,頻率差(脈動(dòng)周期）,相角差（脈動(dòng)電壓的幅值）,脈動(dòng)電壓幅值是相角差的函數(shù),U1,U2,二、準(zhǔn)同期并列裝置,1.控制單元的構(gòu)成 1）頻率差控制單元 2）電壓差控制單元 3）合閘信號(hào)控制單元 2.自動(dòng)化程度分類(lèi) 半自動(dòng)：沒(méi)有頻率差控制和電壓差控制功能，只有合閘信號(hào)控制單

6、元。 自動(dòng)：設(shè)有頻率差控制和電壓差控制功能，同時(shí)也有合閘信號(hào)控制單元。 3.準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制邏輯 1）恒定越前相角準(zhǔn)同期并列 2）恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列 4.恒定越前時(shí)間并列裝置的整定計(jì)算,1、控制單元（準(zhǔn)同期并列裝置組成部件）,3、準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制邏輯 （1）恒定越前相角準(zhǔn)同期并列,脈動(dòng)電壓幅值是相角差的函數(shù),脈動(dòng)電壓幅值是相角差的函數(shù)，一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)一個(gè)相角值。,3、準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制邏輯 2）恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列,4、恒定越前時(shí)間并列裝置的整定計(jì)算,整定的三個(gè)參數(shù)： 1.越前時(shí)間 2.允許的電壓差 （0.1-0.15）UN 3.允許的滑差角頻率,自,分別為自動(dòng)信號(hào)

7、輸出回路的動(dòng)作時(shí)間和并列斷路器的合閘時(shí)間,發(fā)電機(jī)允許的合閘相角決定于發(fā)電機(jī)的最大允許沖擊電流,第三節(jié) 自動(dòng)并列裝置的工作原理,一、裝置的控制邏輯 二、并列的檢測(cè)信號(hào) 1.整步電壓 自動(dòng)并列裝置檢測(cè)并列條件的電壓，稱(chēng)為整步電壓 1)正弦整步電壓 2)線(xiàn)性整步電壓 2.相角差的實(shí)時(shí)檢測(cè) 三、并列合閘控制 1.恒定越前時(shí)間 2.頻率差檢測(cè) 3.電壓差檢測(cè),一、裝置的控制邏輯,控制邏輯,時(shí)間配合,或非門(mén)兩個(gè)輸入端只要有一個(gè)輸入端出現(xiàn)“1”，它輸出邏輯為0，與門(mén)Y1就閉鎖。輸入端輸入均為0，輸出邏輯為1，越前時(shí)間到，通過(guò)與門(mén)發(fā)出合閘信號(hào)。,1.正弦整步電壓包絡(luò)線(xiàn)波形為正弦型，稱(chēng)為正弦型整步電壓。,Usz

8、不僅是相角差的函數(shù)，而且還與電壓差值有關(guān)，使得利用Usz檢測(cè)并列條件的越前時(shí)間信號(hào)引入了電壓影響的因素，成為合閘誤差的主要原因之一。,二、并列的檢測(cè)信號(hào),2.線(xiàn)性整步電壓線(xiàn)性整步電壓是指整步電壓的大小與相角差是線(xiàn)性的比例關(guān)系。只反映Ug和Ux間的相角差特性，而與電壓幅值無(wú)關(guān)，從而使越前時(shí)間信號(hào)和頻率差的檢測(cè)不受電壓幅值的影響。,半波線(xiàn)性整步電壓：每個(gè)周期只有一個(gè)矩形波稱(chēng)半波,邏輯圖,電路圖,相敏電路,TB極性 Vt1 vt2 截止（與）a點(diǎn)電位 高 Vt1 v Vt2 導(dǎo)通（或）a點(diǎn)電位 低 一系列幅值一定，寬度與相角差有關(guān)的矩形波。變化規(guī)律：矩形波由窄變寬，到達(dá)180度時(shí)最寬，然后由寬變窄。

9、這一系列矩形波寬度的變化，反映發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓相角差的變化關(guān)系。,積分電路,雙T型濾波后得到三角波?？紤]阻抗匹配，采用射極輸出。 完全理想化輸出才平滑。濾波器的時(shí)間常數(shù)將會(huì)影響其移相，也受滑差角頻率變化的影響，使控制合閘時(shí)間引入誤差。,-,.,濾波電路,濾波電 路,輸入,相敏電路,積分電路,濾波電路 輸出,全波線(xiàn)性整步電壓全波線(xiàn)性整步電壓較半波多了一倍矩形脈沖，可適當(dāng)減小濾波時(shí)間常數(shù)，使性能有所改善，一般采用全波方案,由電壓變換、整形電路、相敏電路、低通 濾波器和射級(jí)跟隨器組成,整形電路(形成方波),Ug或Ux正半周VT1或VT2導(dǎo)通， A或B低電位 Ug或Ux負(fù)偏正VT1或VT2截止， A或

10、B高電位 正弦波轉(zhuǎn)換為方波且與電壓幅值無(wú)關(guān),相敏電路,AB點(diǎn)電壓同時(shí)處于高電平或同時(shí)處于低電平時(shí)，VT3得不到偏置截止，Y點(diǎn)為高電平。 AB點(diǎn)電壓高低不一致即相異時(shí)VT3導(dǎo)通，Y點(diǎn)為低電平。,矩形波寬窄的變化規(guī)律與半波的不相同,濾波電路和射級(jí)跟隨器輸出,采用LC濾波器,濾波電路和射級(jí)跟隨器輸出,滑差角頻率s值不同時(shí)，三角波電壓是可以檢測(cè)s的大小，以及求得相位重合前的恒定越前時(shí)間信號(hào)。,2.相角差的實(shí)時(shí)檢測(cè),線(xiàn)性整步電壓是經(jīng)濾波后獲得故導(dǎo)致引入誤差。 矩形波寬度軌跡載有除電壓幅值外豐富的并列條件信息，作用與整步電壓相似。,異或：兩個(gè)數(shù)相同為0，兩數(shù)不同為1.,相角差的測(cè)量,一系列矩形波的寬度與相

11、角差相對(duì)應(yīng)，已知系統(tǒng)電壓方波的寬度可以求出相角差。,CPU記錄相角差的軌跡 微處理準(zhǔn)同期并列裝置突出優(yōu)點(diǎn)可以方便的考慮頻率差的變化規(guī)律,頻差恒定時(shí)相角差的軌跡,頻差等速變化相角差的軌跡,三、并列合閘控制1.恒定越前時(shí)間,求恒定越前時(shí)間所對(duì)應(yīng)的最佳導(dǎo)前合閘相角，能很方便地計(jì)及越前時(shí)間含有加速度的情況。,錯(cuò)過(guò)合閘時(shí)機(jī)的情況分析,進(jìn)行本點(diǎn)計(jì)算時(shí)同時(shí)對(duì)下一個(gè)計(jì)算點(diǎn)角差進(jìn)行時(shí)差的預(yù)測(cè)，推算出本點(diǎn)至最佳合閘導(dǎo)前角的時(shí)間，不失時(shí)機(jī)在越前相角瞬間發(fā)出合閘信號(hào)。,2.頻率差檢測(cè),1）利用相角差的軌跡可直接計(jì)算，每一工頻周期（約20ms）計(jì)算一次,2）直接測(cè)量?jī)刹⒘须妷旱念l率：將方波經(jīng)二分頻后，它的半波時(shí)間即為交

12、流電壓的周期。利用正半周高電平作為開(kāi)始的計(jì)數(shù)控制信號(hào)，下降沿停止計(jì)數(shù)并為中斷申請(qǐng)信號(hào)，有CPU讀取計(jì)數(shù)值，并使計(jì)數(shù)器復(fù)位。 Fc為計(jì)數(shù)脈沖頻率，交流電壓周期為T(mén),計(jì)數(shù)值為N：,為合用測(cè)量電路，可省略二分頻環(huán)節(jié)，此時(shí)計(jì)算時(shí)間只有半個(gè)周期（1/2)T,電壓差監(jiān)測(cè),直接讀入電壓的計(jì)算比較 1）直流采樣 2）交流采樣,第四節(jié) 頻率差與電壓差的調(diào)整,頻率差控制任務(wù)由頻率差測(cè)量和調(diào)節(jié)量控制兩部分組成。 頻率差測(cè)量判別Ug和Ux電壓頻率的差值大小，區(qū)分兩者電壓的高低，作為發(fā)升速脈沖和降速脈沖的依據(jù)。 調(diào)節(jié)量控制按照比例調(diào)節(jié)的要求，參照機(jī)組的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性，控制輸出脈沖時(shí)間的長(zhǎng)短，按比例調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。,1.

13、頻率差調(diào)整 頻率差調(diào)整的任務(wù)：將發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整到接近于電網(wǎng)頻率，使頻率差趨向于并列條件允許的范圍。,1）頻率差測(cè)量：參照數(shù)字式頻率測(cè)量的方法，自動(dòng)并列裝置可直接測(cè)量Ug和Ux兩并列電壓的頻率fg、 fx。,2） 調(diào)節(jié)量控制 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速按照比例調(diào)節(jié)準(zhǔn)則，要求輸出的脈沖時(shí)間與頻率差值成比例。 由于各個(gè)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)整特性并不一致，因此調(diào)節(jié)量（脈沖時(shí)間的長(zhǎng)短）與被調(diào)量（頻率差）的關(guān)系，即調(diào)節(jié)系數(shù)隨機(jī)組而異。 頻率差調(diào)整輸出的過(guò)程通道為執(zhí)行繼電器，繼電器控制調(diào)速電動(dòng)機(jī)工作，繼電器動(dòng)作時(shí)間與輸出調(diào)節(jié)脈沖時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。,二、電壓差調(diào)整 電壓差調(diào)整的任務(wù)：將發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整到趨向于并列條件允許的范圍。

14、電壓差的實(shí)施原理和頻率差極其類(lèi)似。 可間接測(cè)量電壓幅值，再進(jìn)行比較。 也可以直接測(cè)量電壓差值，控制并列條件。 電壓控制與頻率差控制方案類(lèi)似，有測(cè)量和調(diào)節(jié)量控制?？刂茖?duì)象是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。,第五節(jié) 數(shù)字式并列裝置1.概述,數(shù)字式并列裝置定義及主要特點(diǎn) 定義： 借助于大規(guī)模集成電路中央處理單元（CPU）的高速處理信息能力，利用編制的程序，在硬件配置下實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并列操作。 主要特點(diǎn)： CPU的指令周期以微秒計(jì)，這對(duì)于發(fā)電機(jī)頻率為50Hz，每周期20ms的信號(hào)來(lái)說(shuō)，可以具有足夠充裕的時(shí)間進(jìn)行相角差和滑差角頻率近乎瞬時(shí)值的計(jì)算。 由于利用微處理器具有高速運(yùn)算功能和邏輯判斷能力，使對(duì)機(jī)組的調(diào)節(jié)更加快速，更加精

15、確，在頻差滿(mǎn)足要求后，隨時(shí)確定理想導(dǎo)前相角，使合閘瞬間沖擊電流更小，同期過(guò)程縮短。 s實(shí)際上是多變的，如系統(tǒng)頻率不很穩(wěn)定或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是變化的，都會(huì)有不同程度的加速度。數(shù)字式并列裝置可克服此局限性，可計(jì)及有加速度運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。 可方便應(yīng)用檢測(cè)和診斷技術(shù)對(duì)裝置進(jìn)行自檢，提高了裝置的維護(hù)水平。 組成： 數(shù)字式由硬件和軟件組成，兩者協(xié)調(diào)配合完成同步發(fā)電機(jī)組的并列控制任務(wù)。,2.硬件系統(tǒng) （主機(jī)，輸入、出接口電路，輸入、出過(guò)程通道）,2.硬件系統(tǒng),（一）主機(jī) CPU和存貯器（RAM、ROM）一起稱(chēng)為主機(jī)。 運(yùn)行變量的采樣輸入存放在可讀寫(xiě)的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM內(nèi)。固定的參數(shù)和設(shè)定值以及編制的程序，則固化存放在只

16、讀存儲(chǔ)器EPROM內(nèi)。 自動(dòng)并列裝置的重要參數(shù)：斷路器合閘時(shí)間、頻率差和電壓差允許值、轉(zhuǎn)差角加速度計(jì)算系數(shù)、頻率和電壓控制調(diào)節(jié)的脈沖寬度系數(shù)等，存放在可擦存儲(chǔ)器EEPROM中。 （二）輸入輸出接口電路 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入、輸出過(guò)程通道的信息不能直接與主機(jī)的總線(xiàn)相接，它必須由接口電路來(lái)完成信息傳遞任務(wù)。 現(xiàn)在各種型號(hào)的CPU芯片都有相應(yīng)的通用接口芯片供選用。它們有串行接口、并行接口、管理接口（計(jì)數(shù)/定時(shí)、中斷管理等）、模擬量數(shù)字量間轉(zhuǎn)換（A/D、D/A）等電路。,（三）輸入輸出過(guò)程通道把計(jì)算機(jī)接口電路輸出信號(hào)變換為適合于對(duì)待并機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)或合閘的操作信號(hào)，是接口電路和控制對(duì)象之間傳遞信號(hào)的媒介 A、輸入通道,并列裝置在現(xiàn)場(chǎng)工作輸入信息有： 1）狀態(tài)量輸入。并列點(diǎn)兩側(cè)電壓互感器二次側(cè)交流電壓信號(hào)中提取電壓幅值、頻率和相角差等三種信息，作為并列操作的依據(jù)。 2）并列點(diǎn)參數(shù)調(diào)用的地址（數(shù)字量）。輸入如越前時(shí)間，允許滑差，允許電壓差 等，用于調(diào)用與并列點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一套參數(shù)。 3）工作狀態(tài)及復(fù)位按鈕。工作狀態(tài)有：參數(shù)設(shè)定、調(diào)試和并列。 B、輸出通道 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的增速、減速信號(hào)； 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓