电力系统自动装置-知识点整理
何谓并列操作？
对未投入运行的待并网发电机组进行适当操作，使其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作。
并列原则
1.并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值不超过允许值（1~2倍的额定电流）；
2.发电机组并入电网后，应能迅速（暂态过程要短）进入同步运行状态，以减小对系统的扰动。
并列方法分类
1.自同步
合闸瞬间，发电机无电势而被拉入同步
2.准同步
合闸瞬间，发电机电势与系统母线电压、频率和相位接近而被拉入同步
2.1发电机并网
发电机“并”到系统
2.2两系统并网
两系统间的并列操作
2.2.1差频并网
尚未有电气联系
（并网前两系统相互独立，频率一般不同；需满足三个条件时才能进行并列。存在频率差，实现易）
2.2.2同频并网
已有电气联系
（并列前两侧已存在电气联系，电压可能不同，但频率相同；相当于在两侧之间增加一条连线；因此也叫做“合环”。）
自同步并列优缺点
优：1.不需选择并列合闸时机，操控简单
2.在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，
可迅速并列，避免故障扩大
缺：1.不能用于两个系统之间的并列操作
2.冲击电流大；会引起附近电压降低
准同步并列理想并列条件（冲击电流为零）
ωG=ωx（或fG= fx），UG= Ux，δe= 0
（实际运行中，理想并列条件难以完全实现，也没有必要完全实现。实际上，只要满足并列操作的两项原则即可。）
准同步并列偏离理想并列条件时的后果分析
实际上，电压幅值差、频率差和相位差均存在，分析较繁琐。为此，做如下简化：
1.仅存在电压幅值差（即fG=fx, δe=0,UG≠Ux）
冲击电流最大瞬时值冲击电流的电动力对发电机端部绕组产生影响（定子绕组端部的机械强度最弱）
2.仅存在合闸相角差（即fG=fx, δe≠0,UG=Ux）
冲击电流有效值
合闸后发电机与系统立刻进行有功功率交换，使机组联轴受到突然冲击，对机组和系统运行均不利
3.仅存在频率差 (即fG≠fx, δe=0,UG=Ux)
此时断路器QF两侧电压差为脉动电压
设
幅值(称为正弦整步电压)
频率差限制的重要性:过大可能导致功率振荡并失去同步,故必须对合闸时的频率差进行限制。
正弦整步电压:它反映了发电机和系统间电压矢量的相位差，是短路器两端电压的幅值包络线
准同步并列的实际条件一般规定为：
（1）电压幅值接近相等，误差不应超过±（10%~15%）的额定电压；
（2）发电机频率和系统频率应接近相等，误差不应超过±（0.2%~0.5%）的额定频率；
（3）发电机电压和系统电压相位接近时合闸，合闸时的相位差一般不应超过10°
准同期并列装置的信号检测相角差检测
正弦整步电压法
包含信息：电压幅值差、频率差、相角差
缺点：电压幅值的变化影响相位差的估计精度。此法已逐渐被线性整步电压检测法取代
线性整步电压法
只反映UG和Ux的相角特性，与电压幅值无关，从而使越前时间信号和频差检测不受电压幅值的影响。
1.半波线性整步电压
2.全波线性整步电压
频率差检测是在恒定越前时间之前完成的检测任务，用来判别是否符合并列条件
1.测量交流信号的周期（基本方法）（正弦转方波再二
分频，半波时间即为周期）
2.利用相角差δe（t）轨迹中的滑差角频率ωsi
电压差检测是在恒定越前时间之前完成的检测任务，用来判别是否符合并列条件
1.直接读入UG和Ux值，然后作计算比较
2.先直接比较UG和Ux的幅值大小然后读入比较结果
自动准同步并列自动装置的控制系统结构
①频差控制单元
旨在检测ωs并由此调节发电机转速，使fG接近于fx ②电压差控制单元
旨在检测|UmG-Umx|并由此调节UG，使其小于允许值。
③合闸信号控制单元
检测并列条件（①和②），条件满足时选择合适的时间发合闸信号（使并列断路器的主触头QF接通时能够满足相角差在允许范围内
合闸信号控制
恒定越前相角式
提前一个恒定相角δYJ发出合闸命令
断路器合闸时间tQF近乎恒定，存在最佳合闸滑差角频率ωeopt=δYJ/tQF
为限制合闸冲击电流，滑差角频率须限制在某范围以内恒定越前时间式
提前一个时间发出合闸命令；
提前的时间应为从发出合闸命令到断路器主触头闭合的时间，其中主要为断路器合闸时间，约为0.1s～0.7s; 测试量为越前相角，合闸时需要的越前相角为滑差角频率与断路器合闸时间的乘积
δYJ=ωs·tQF
原理上能保证断路器触头闭合瞬间相角差为零；然而由于断路器合闸时间的分散性，实际合闸瞬间仍有相角差
恒定越前时间并列装置的整定计算
1. 越前时间（tYJ=tc+tQF）
tc—自动装置合闸出口回路的动作时间
tQF—并列断路器的合闸时间
tYJ主要决定于tQF，其值随并列断路器的类型而变化。2. 确定越前时间的最大误差
3.允许的电压差（≤0.1~0.15UN），满足后不再考虑电压差的影响，即认为电压相等
4.根据允许的最大冲击电流确定允许的合闸相位差
δey单位为rad，（度/180）xπ
5.确定允许的滑差角频率ωsy
6. 脉动电压周期 Ts=2π/ωsy
实现实际采用的预测校正法
①算本计算点i的相角差δi，若2π-δi=δYJ，则
立刻发出合闸信号；否则进行下一步。
②测下一个计算点的相角差
δi+1=δi+ωsiTx+0.5(Δωsi/Δt)Tx2
③判断：
若2π-δi+1>YJ，则合闸时间未到，返回①继续等待；若2π-δi+1 备用电源自动投入装置（AAT） 定义 当工作电源(或工作设备)因故障被断开以后,能自动、迅速地将备用电源(或备用设备)投入工作,保证用户连续供电的一种装置 分类 1.明备用：正常情况下有明显断开的备用电源或设备 2.暗备用：正常情况下没有断开的电源和设备，而是利用分段母线间的分段断路器取得相互备用。 优点 1.提高供电可靠性，节省建设投资 2.简化继电保护 3.限制短路电流，提高母线残余电压 应用 1.装有备用电源的发电厂厂用电源和变电所所用电源 2.由双电源供电且其中一个电源经常断开作为备用的变电所 3.变电所内有备用变压器或互为备用的母线段 4.有备用机组的某些辅机 基本要求 1.工作电源电压不论何种原因消失时,AAT装置均应动 作（实现：AAT在工作母线上设置独立的低压启动部分；当工作母线失去电压后，起动部分动作。） 2.应保证在工作电源断开后AAT装置才动作 （实现：利用供电元件侧断路器的动断触点启动AAT）3.AAT装置应保证只动作一次 （实现：控制备用电源断路器的合闸脉冲,使之只能合闸一次而不能合闸两次） 4.当工作母线和备用母线同时失去电压时，AAT装置不 应起动（实现：备用电源必须具备有压鉴定功能。）5.AAT动作时间应该使负荷停电时间尽可能的短。运行 经验表明：取1-1.5s为宜. 6.电压互感器二次侧熔断时，AAT装置不应动作。低压 启动部分采用两个低电压继电器，触点串联。 7.一个备用电源同时作为几个工作电源的备用时，如果 备用电源己代替一个工作电源,当另一个工作电源又被断开时，AAT装置应仍能动作，只要事先己核实备用电源的容量能满足. 8.应检验AAT装置动作时备用电源的过负荷情况，并满 足电动机自起动的要求 励磁控制系统组成 励磁功率单元：向同步发电机转子提供直流励磁电流 励磁调节器：根据测量的信息和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出 励磁控制系统的作用 1.电压调节 2.控制无功功率的分配 3.提高发电机并联运行的稳定性（静态、暂态） 4.改善电力系统的运行条件 改善异步电动机的自启动条件 为发电机异步运行和自同期并列创造条件 提高继电保护装置工作的正确性 5.水轮发电机组的强行减励 对励磁系统的要求 对励磁调节器的要求 1.正常运行时，能反映发电机电压高低并将其维持在给 定水平 2.能合理分配机组间的无功功率，实现无功功率的转移 3.对远距离输电的发电机组，为了能够在人工稳定区域 运行（增加静稳传输能力），要求无失灵区 4.能迅速反映故障，具备强行励磁等控制功能，以提高 暂态稳定水平和改善系统运行条件 5.时间常数小，能迅速响应输入信息的变化 6.长期稳定可靠 对励磁功率单元的要求 1.有足够的可靠性和调节容量，以适应各种工况需要 2.具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度 ?励磁顶值电压UEFq：强励时励磁功率单元可提供的最高输出电压值。 ?强励倍数：励磁顶值电压UEFq与额定工况时的励电压UEFe之比（视制造成本，常取1.6～2）。 ?励磁电压上升速度：衡量励磁功率单元动态行为（快速响应能力）的指标。具体指标有两种，即励磁电压响应比和响应时间 ?励磁电压响应比：通常将励磁电压在最初0.5s内上升的平均速率定义为励磁电压响应比 ?励磁系统响应时间：从额定条件开始，励磁电压增量达到0.95×(顶值电压-额定电压)所需要的时间 同步发电机励磁系统类型 直流励磁机励磁系统 (1)自励直流励磁机励磁系统 励磁调节器的容量得到减小，特别适合功率放大系数较小、由电磁元件组成的励磁调节器 (2)他励直流励磁机励磁系统 与自励方式相比，时间常数较小，提高了励磁系统的电压增长速度，一般用于水轮发电机组 直流励磁机励磁系统的特点 ①直流励磁机有电刷、换向器等转动接触部件，运行 维护量大，是最薄弱环节。 ②当励磁电流过大时，换向就很困难，故只适合于10 万kW以下中小容量的同步发电机组。 ④励磁调节器常为电磁型，它以磁放大器为功放和综 合信号的元件，速度较慢，但工作较可靠 交流励磁机励磁系统 (1)自励交流励磁机励磁系统 1.自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统 2.自励交流励磁机静止整流器励磁系统 (2)他励交流励磁机励磁系统 1.交流励磁机静止整流器励磁系统 ?副励磁机的起励电压较高，需要外加起励电源。 ?缺点：加长了发电机主轴长度；副励磁机和自励 恒压调节器降低了励磁控制系统的可靠度(解决 方法：副励磁机以永磁发电机充当)；当发电机容 量增大后，转子电流相应增大，滑环的正常运行 和维护较为困难 2.交流励磁机旋转整流器励磁系统（无刷励磁） ?副励磁机为永磁发电机，其磁极旋转，电枢静止。 ?相反地，交流励磁机磁极静止，电枢旋转。副励磁机的磁极（N和S）、AE的电枢、硅整流元件GZ 和EW均在同一根轴上同步旋转，它们之间无需任 何滑环和电刷等接触元件 优点 (1)无换向器、滑环和电刷，减少维护，提高了可靠性； (2)无接触部件的磨损，故无炭粉和铜末引起的电机线 圈的污染，从而绝缘寿命较长。 缺点 (1)与转子回路连接的旋转元件无引线输出，因而不易 检测和监视各种信息； (2)无法采用传统的装置灭磁； (3)可靠性要求较高； (4)响应速度较慢（通过励磁机转子采用叠片结构、减 小绕组电感、增加励磁机励磁绕组顶值电压、引入转子电压深度负反馈等措施，以减小励磁机的等值时间常数）。 发电机自并励励磁系统（静止励磁系统） 优点：取消了励磁机，设备和接线简单，可靠性提高；缩短了机组长度，降低了造价；调节速度很快，主要用于大型发电机组，尤其适合于水轮机组 疑虑：发电机近端短路时是否满足强励要求，机组此时是否会失磁；由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护是否会拒绝动作 解决：在短路刚开始的0.5秒内，自励方式与它励方式的励磁很接近，因此只需配合快速保护，并适当提高强励倍数，这种方式是可以采用的；至于带时限的继电保护，可采取一些措施加以解决 励磁控制系统的调节特性 自动励磁调节器组成 基本控制部分:调差、测量比较、综合放大、同步与移相触发及可控整流环节组成，总体静态特性由各部分的静态特性合成得到 辅助控制部分: ?励磁系统稳定器 ?电力系统稳定器 ?励磁限制器 区别 ?基本控制部分:正常运行时，这些环节起到实现电压调节和无功功率分配等最基本的功能。 ?辅助控制部分:辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅在发生非正常运行工况，需要励磁调节器具有某些特有的限制功能时起相应控制作用。励磁调节器静态特性 （发电机端电压与励磁机励磁绕组电压的关系） 励磁调节器结构 励磁调节器静态工作特性 励磁调节器呈比例调节特性，即当UG偏高时，应降低UAVR；当UG偏低时，应增大UAVR。这样，有助于发电机电压稳定 励磁机静态工作特性 发电机转子电流IEF（励磁机的输出）与励磁机的励磁电流IEE或UAVR（也即励磁机的输入）间的关系。通常该关系为线性 发电机端电压与其励磁电流的关系 同步发电机的调节特性（三者合成） 为保持发电机端电压不变，发电机的励磁电流与发电机无功负荷电流之间的关系曲线。 调差系数δ δ=(UG1-UG2)/UGe=UG1*-UG2*=ΔUG* UGe为发电机额定端电压 UG1为发电机空载（IQ=0或Q=0）时的端电压 UG2为发电机承受额定无功电流或无功功率时的端电压，常取UG2 = UGe δ表征了同步发电机励磁控制系统维持发电机端电压的能力。δ越小，无功负荷变化时，UG变动越小。 在实际系统中，励磁调节器中设有调差单元，以供调试人员在系统不同运行条件下设定不同的调差系数。 下垂特性的斜率k=-δ 使用下垂特性的原因(机组间的无功功率分配) 同步发电机励磁控制系统调节特性的平移 发电机投入或退出运行时，要求能平稳地转移负荷，以防引起对电网的冲击 无功功率的调差特性 实际调差系数非常小，无功电流变化时发电机的端电压近似不变，标么值约1，故无功电流可替换为无功功率调差特性的分析 两台无差调节特性 两台无差调节特性的机组不能并联运行 无差+正差 无功负荷增量全部由无差特性机组承担，这种分配方式极不合理，故很少采用或不用 无差+负差 工作点a不稳定 功率增量与电压增量间的关系 1)发电机承担的无功负荷增量与电压偏差成正比，与调 差系数成反比。 2)对于并联运行的发电机组，无功负荷波动时，UG*相 同，δ较小的机组承担较大的ΔIQ*。 3)希望各机组的ΔIQ*相同，因此就要求在公共母线上 并联运行的各发电机组具有近似相同的调差系数 4)δ取值，3%～5%。 计算 1.各机组额定无功功率Q GN=P GN·tanφ （有无差调节特性时，算额定视在功率S GN。 当SGN>QΣ,则无差机组全部承担QΣ） 2.等值调压系数（调压系数不等时） δΣ=（Q G1N+Q G2N）/( Q G1N/δ1+Q G2N/δ2) 3.确定母线电压波动ΔU*=-δΣ·ΔQΣ* 4.确定各机组无功负荷波动量 ΔQ G1*=-ΔU*/δ1 ΔQ G1=ΔQ G1*·Q G1N ΔQ G2*=-ΔU*/δ2 ΔQ G2=ΔQ G2*·Q G2N 自动励磁调节器的运行限制 瞬时电流限制 当快速励磁系统的励磁电压达到允许的最大励磁顶值电压时，必须对励磁机的励磁电流进行限制；否则励磁电流继续增加，导致励磁机输出电压继续增加而影响发电机的安全运行 最大励磁限制 受转子绕组的发热限制，强励时间不允许超过规定值 最小励磁限制 发电机进相运行(空载电势低于系统电压)时，吸收的无功功率随励磁电流的减小而增加。由于进相受到稳定极限、绕组端部发热的制约，具有一定的限制，因此必须设置最小励磁限制器以防发电机欠励磁运行过于严重而影响系统的稳定性、绕组端部发热过于严重 磁通限制 交流磁通量与电压/频率比值成正比。发电机机磁通限制器，用于防止发电机及其相连主变压器由于电压过高、频率过低引起铁心饱和发热 失磁监控 失磁时，发电机端电压下降，输出功率下降，发电机升速并进入可能异步运行状态 电力系统无功和电压控制 无功功率的产生 电力设备(电动机、变压器等)在通电后开始工作时，会产生一个与电压有关的时变电磁场。电磁场储存有能量，而电磁场的时变特性决定其储存的能量也是时变的。电力设备与电源交换的该部分能量的流动即为无功功率影响 1.无功功率的流动导致输电线路、变压器的电流增加， 其中的功率损耗 (有功、无功)也将增加，增加了系 统中的能量损失，降低了电力网的输电效率 2.当输电线路、变压器传输过量的无功功率时，易导 致首末端的电压损耗过大而末端电压不符合要求 电压偏移的影响 1.对负荷 异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升增加，可能导致绝缘老化、电机烧损；电压高，破坏绝缘。电热设备：电压低，大大降低发热量。照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命。 家用电器（如电视）：电压低，图像不稳定；电压高，影响显像管寿命2.对自身 电压低：功率损耗增大，可危及电力系统运行的稳定性电压高：破坏设备绝缘、超高压网络电晕损耗对传输容量的影响很大 电压调节目标 通过调节电压差和功率因数 措施 1.发电机调压； 2.同步调相机调压； 3.利用变压器分接头调压； 4.静电电容器调压； 5.静止无功补偿器（SVC）调压； 6.串联补偿调压； 7.切去部分负荷调压； 8.改变电网无功功率分布调压 发电机调压 发电机不仅是有功功率的电源，也是无功功率的电源，发电机还能通过进相运行吸收无功功率，所以可用调整发电机端电压。这是一种充分利用发电机设备，不需要额外投资的调压手段。如果发电机有充足的无功备用，通过调节励磁电流增大发电机电势，可以从整体上提高电网的电压水平，提高电压的稳定性 非额定功率因数下运行时可能发出的有功功率P和无功功率Q要受定子电流额定值（额定视在功率）、转子电流额定值（空载电势）、原动机出力（额定有功功率）的限制 另外，还存在最小功率限制(锅炉燃烧的稳定性)，定子端部发热限制(磁滞、涡流损耗磁滞、涡流损耗)，和同步运行稳定性的限制，和同步运行稳定性的限制(电动势过小，影响发电机内部功率输送的极限动势过小，影响发电机内部功率输送的极限) 变压器调压及其存在的问题 电力系统中设有很多可在线调压的变压器。当其一次侧电压偏低或偏高时可通过调节其变比以维持二次侧电压基本恒定。 实际运行中，由于负荷的峰谷差较大，可能要频繁调整分接头，这会引起电压的波动。如果系统的无功不足，当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高，该地区所需的无功功率增大，可能扩大系统的无功缺额，导致整个系统的电压水平更加下降，严重的还会产生电压崩溃。 串联补偿调压 采用串联电容器补偿线路的部分串联阻抗，从而降低传送功率时的无功损耗，并使电压损耗中的QX/V分量减小，提高线路末端电压。它还可以提高网络的功率传输能力进而提高系统的静稳极限。早期用固定串联补偿器提高线路输送容量，现在晶闸管可控串联补偿器 （TCSC）是主要的FACTS装置。 同步调相机调压 同步调相机相当于空载运行的同步电动机，也就是只能输出、吸收无功功率的发电机。它可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系统的要求调节。在过励磁运行时，它向系统提供给感性无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率，起无功负荷的作用。同步调相机可以强励，有过载能力。 固定电容器调压(MSC) 固定电容器通过断路器连接到母线。固定电容器产生无功功率，从而为母线上的其他负荷提供无功。 其产生的无功与电压的平方成正比。在母线电压偏低时，其产生的无功也将降低。 该方式投资省，可靠性高。 静止无功补偿器（SVC）调压 是一种广泛使用的快速响应无功功率补偿和电压调节设备，对于支持系统电压和防止电压崩溃，是一种强有力的措施。SVC是晶闸管控制/投切的电抗器和晶闸管投切的电容器，或者它们组合而成的控制器的统称。它由电容器组与可调电抗器组成，通过向系统提供或吸取无功功率进行调压。可以进行连续调节。 切去部分负荷调压 当已不能采取上述措施，或上述措施调节电压的速度不够快时，或系统发生了紧急事故电压急剧下降时，应该考虑适当地切去部分负荷，以确保整个系统的安全运行。改变电网无功功率分布调压(OPF) 根据优化的原理改变无功功率分布，达到调压的目的。 注意事项 ?在无功功率不足的系统中，首要的问题是增加无功功率补偿设备，而不能只靠调整变压器电压的方法。 ?在无功电源充裕的系统中，应大力采用和推广有载变压器调压。 ?一般采用地区自动调节电压与集中自动调节电压相结 合的方式，即就地控制和集中控制相结合的方式 中枢点电压管理 电压中枢点就是那些反映系统电压水平的主要发电厂的高压母线、枢纽变电所低压母线或有大量地方负荷的发电机母线。 认为：只要控制好中枢点电压，其它母线的电压就能满足要求 中枢点的电压偏移 ?中枢点电压和所代表的负荷点电压的关系？ ?根据负荷对电压的要求，任何时刻应满足： U A=U B=(0.95~1.05)U N 逆调压方式 在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5％，在最小负荷时保持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式。 顺调压方式 大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5％；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5％的调压模式。对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式。 恒调压方式 介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高2％～5％ 电力系统频率及有功功率的自动调节 1)负荷的功率-频率特性：定义负荷有功功率随系统频 率变化的特性P L= F( f )。 负荷调节效应系数:用负荷有功功率-频率特性的 导数来衡量负荷有功功率随频率的变化关系，此即 负荷的频率调节效应系数K L 2)发电机功率-频率特性： 无调速器：发电机组功率频率特性反映发电机输出 有功功率随系统频率的变化关系P G= F( f ) 有调速器：系统频率改变时，发电机调速系统工作，改变进水（汽）量以适应负荷的需要，从而发电机 输出的有功功率也发生变化。 调差系数：系统频率增量标幺值与系统输出有功增 量标幺值之比的负值 单位调节功率：单位调节功率为调差系数的倒数，反映系统变化单位频率时发电机增加(减小)的有 功功率增量。 机组并联时的调差系数： 调节特性的失灵区（描述，缺点，优点）： 测量 元件不灵敏造成调速器具有一定的失灵区，使得在 理想调节特性附近产生一条失灵带。失灵带的宽度 以失灵度ε表示：ε=⊿fw /f N =fw* 缺点：失灵带导致功率误差 优点：防止阀门频繁调节，产生负面影响 3)电力系统的频率特性：电力系统的频率特性取决于 发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性 电力系统一次频率调整的原理 4)调速器： 调速器分类：机械式、机械液压式、电气液压式、 数字液压式 机械液压结构和工作原理：测速机构①汽轮机主轴 带动的齿轮传动机构②离心飞摆执行机构①油动 机②错油门 原理：转速上升时，离心飞摆主轴上升。若调频器 不动作，则连杆带动错油门两个凸肩上移，在油压 作用下使油动机活塞下移，关小进汽阀（减小蒸汽 机的输入功率）。在油动机活塞下移时，带动连杆 下移，直到错油门两个凸肩重新回到堵住油动机上、下腔油路位置。 5)动态特性研究： 调速器传递函数 原动机传递函数 非再热： 再热： 水轮： 发电机组传递函数 单区域电力系统的传递函数及结构框图 电力网的频率调节特性 6)电力系统自动调频： 各类机组的安排（基荷机组，峰荷机组，调频机组）： ①基荷电厂——承担划负荷的不变部分，即基荷② 调峰电厂——承担计划负荷的变动部分③调频电 厂——承担计划外负荷 方法分类 ①主导发电机法只设1个调频电厂，容量受到限制， 只适用于中小型系统；调频电厂中只有一台主 导机组对f 起直接调节作用，其余机组（主要 解决主导机组容量不足的问题）间接地起辅助 调频的作用，尤其在负荷变动初期，起调频的 只有主导机组，只有当主导机组输出功率改变 后其余机组的输出功率才跟着改变，因此，此 种方法调节速度较慢。 ②积差调节法：多个电厂或机组参与调频，其容 量得到保证，且调频的结果必然是：f i () = 0；纯积分环节降低了调节的速度。 ③改进积差调节法 ④联合自动调频：可以进行潮流的安全和经济分 配 各方法的特点， 联合电力系统调频的调频方式（FFC，FTC，TBC）： 方式1：按频差要求进行调节（恒定频率控制， FFC，单一系统观点） 方式2：按联络线交换功率偏差要求进行调节（恒 定 交换功率控制，FTC） 方式3：既按频差又按联络线交换功率偏差（TBC）要求进行调节（多系统观点） 两区域互联时的TBC 频率变化 7) 电力系统的经济调度： 微增率，微增率 耗量微增量 输出功率微增量 同一电厂：各机组间按等微增率原则分配有功负荷时最经济。 发电厂之间：各机组间按等(修正后)微增率原则分配有功负荷时最经济。 等微增率准则：多台机组并联运行时，当他们的微增率相等时，总的燃料消耗最少。 低频运行的危害 频率下降可能导致发电厂厂用电气设备消耗的功率变小或不正常工作而导致发电机发电功率减小并引起系统频率雪崩式下降； 发电机叶片振动变大，轻则影响使用寿命，重则产生裂纹； 频率下降可影响某些测量仪器的准确性或继电保护设备动作的准确性； 还会影响系统运行的经济性； 电力设备在额定频率、额定电压下效率最高 自动低频减载的原理 低频减载装置切除相应的功率不能过多，也不能过少；系统频率恢复到指定的f h以上； 系统的功率缺额是随机的 最大功率缺额的确定 将最大功率缺额所需切除的负荷功率分配到若干级，即分级切除负荷。不重要负荷先切除，重要负荷晚切除?第一级启动频率f1的选择 ?末级启动频率f n的选择 ?频率级差Δf=(f1-f n)/(n-1) 每级切除负荷的原则 系统功率缺额大，则为恢复到f h，第i级自动减载装置所需切除的负荷功率也大，反之亦然 后备段的设置 防止系统稳定于一个低于恢复频率的频率上，后备段的启动时间较长，以防止在系统频率继续下降时后备段误动作 防止误动作措施 误动作现象： ?系统电压下降时频率继电器可能错误估计系统频率而引起低频减载装置误动作； ?当系统容量不大且有很大的冲击负荷时，可能造成系统频率瞬时下降而引起低频减载装置误动作。 解决方法： ?采用一个时延以躲开暂态过程可能出现的误动作。?通过引入其他信号进行闭锁。 ?进行按频率自动重合闸。 包哥&提壶老祖 2014.7.7 电力系统自动装置试题 课程代码：02304 一、单项选择题(本大题共15小题，每小题1分，共15分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.AAT装置的主要作用是( ) A.提高供电可靠性 B.提高供电选择性 C.改善电能质量 D.提高继电保护的灵敏度 2.当在双电源线路上装设无电压检定和同步检定重合闸时，如果线路发生瞬时性故障，线路两侧重合闸的动作顺序是( ) A.同步侧先合，无压侧后合 B.无压侧先合，同步侧后合 C.两侧同时合 D.一侧合，另一侧不合 3.在330kV~500kV线路中，一般情况下应装设( ) A.单相自动重合闸装置 B.三相自动重合闸装置 C.综合自动重合闸装置 D.单相和三相自动重合闸 4.与线性整步电压波形的斜率大小成正比的是( ) A.频率差 B.电压差 C.相角差 D.导前时间 5.准同期装置中，利用线性整步电压获取导前时间脉冲的核心电路是( ) A.积分电路 B.微分电路 C.比例+积分电路 D.比例+微分电路 6.电力系统可能出现的最大有功功率缺额Pla.max与自动低频减负荷装置的切除负荷总量Pcut.max的关系为( ) A. Pla.max>Pcut.max B. Pla.max 绪论 1、葛洲坝水电厂，输送容量达120万科kW；大亚湾核电厂单机容量达90万kW；上海外高桥火电厂装机容量320万kW，最大单机容量90万kW。我国交流输电最高电压等级达500kV。 2、电能在生产、传输和分配过程中遵循着功率平衡的原则。 3、发电厂转换生产电能，按一次能源的不同又分为火电厂，水电厂，核电厂 3、自动控制装置对送来的信息进行综合分析，按控制要求发出控制信息即控制指令，以实现其预定的控制目标。 3、电力系统自动监视和控制，其主要任务是提高电力系统的安全、经济运行水平。 4、发电厂、变电所电气主接线设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。 5、同步发电机是转换产生电能的机械，它有两个可控输入量——动力元素和励磁电流。 6、电气设备的操作分正常操作和反事故操作。 7、发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。 8、电压和频率是电能质量的两个主要指标。 9、同步发电机并网运行操作是电气设备正常运行操作的重要内容。 10、电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置 11、计算机控制技术在电力系统自动装置中已广泛应用，有微机控制系统、集散控制系统、以及分布式控制系统等。 12、频率是电能质量的重要指标。有功功率潮流是电力系统经济运行和系统运行方式中的重要问题。 13、电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置：按频率自动减载装置是电力系统在事故情况下较为典型防止系统事故的安全自动装置。 第一章 14、自动装置的首要任务是将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。 15、自动装置的结构形式主要有三种，微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制系统和现场总线系统。 16、（简答）微型计算机系统的主要部件 1）传感器 2）模拟多路开关 3）采样/保持器 4）A/D转换器 5）存储器 6）通信单元 7）CPU 16、传感器的作用是把压力、温度、转速等非电量或电压、电流、功率等电量转换为对应的电压或电流的弱电信号。 17、采样/保持器一般由模拟开关、保持电容器和缓冲放大器组成 18、A/D转化器是把模拟信号转换为数字信号，影响数据采集速度和精度的主要因素之一。 19、一般把运算器和控制器合称中央处理单元（CPU）。/ 20、工业控制计算机系统一般由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘等外设接口组成。 21、定时器是STD总线的独立外设，具有可编程逻辑电路、选通电路和输出信号，可完成定时、计数以及实现“看门狗”功能等。 22、键盘显示板主要有键盘输入、显示输出、打印机接口等部分。 23、路由器的功能主要起到路由、中级、数据交换等功能。 24、采样过程：对连续的模拟信号x（t），按一定的时 间间隔 S T，抽取相应的瞬时值。 25、采样周期Ts决定了采样信号的质量和数量。 26、香农采样定理指出采样频率必须大于原模拟信号 1.对备用电源自动投入装置的基本要求有哪些？ 答：（1）除正常停电操作外的其他任何原因使工作电源消失后，AAT装置都应能动作而将备用电源自动投入。 （2）AAT装置应确保在工作电源断开以后，备用电源方能投入。 （3）确保AA T装置只动作一次。 （4）当工作母线电压互感器因发生回路断线等原因，从而导致虚假的失去电源情况时，AA T装置不应动作。 （5）正常停电操作时，AAT装置不应动作。 （6）当备用电源无电压时，AAT装置不应动作。 （7）应具有将AA T装置投入或退出远行的手段。 （8）应具备反映工作母线电压互感器回路断线和AAT装置动作的信号。 2.请分别说明重合闸前加速和后加速的特点与应用范围。 答：前加速特点：前快后慢；应用范围：35KV及35KV以下由发电厂或重要变电所引出直配线路上。 后加速特点：前慢后快；应用范围：35KV以上电压等级网络中及对重要负荷供电的送电线路上。 3.自动准同步装置发合闸脉冲为什么需要导前时间？断路器合闸脉冲导前时间主要考虑什么因素？ 答：为了保证并列断路器主触头在闭合瞬间时的相角差在0°附近；导前时间应等于并列断路器的合闸时间。 4.什么是强行增磁、强行减磁？强励倍数是多少？（答案不确认对不对） 答：强行增磁就是指在电力系统发生短路事故时，使发电机电压降低到80%~85%时，从提高电力系统稳定性和继电保护动作灵敏度出发，由励磁系统迅速将发电机励磁电流增至最大值。作用：①提高电力系统的暂态稳定性②加快故障切除后的电压恢复过程③提高继电保护的动作灵敏度④改善异步发电机的启动条件。 强行减磁是当发电机突然卸载后，由于转速上升，引起发电机电压急剧升高时，由励磁系统迅速将发电机励磁电流减至最小值。作用：①发电机甩负荷时，机组过速，使发电机电压升高，可能危及发电机定子绝缘，强行减磁能迅速将电压降至空载电压②在灭磁开关跳闸时，直流励磁机甩负荷，又可能在换向器上产生过电压，通过强行减磁能够迅速降低励磁电流。 强励倍数是1.2~2倍。 电力系统自动装置参考答案 2-1 并列的允许电流值如何考虑?说明理由。 答:并列断路器合闸时,冲击电流应尽可能小,其瞬时最大值一般不 超过1~2倍的额定电流。 理由: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1~2倍的额定电流以下为宜。 2-2 设并列条件已满足要求,现可惜错过了合闸时机,问下次合闸时机还需要多少时间?设滑差角频率*s ω分别为21042.0-?、6102-?, 允许滑差角频率为21042.0-?,试分析最快与最慢两种情况。自动装置如何解决久等的问题? 答:ππω1002==N sN f ,ππω42.01001042.021=??=-s , ππω462102100102--?=??=s s s T ωπ 2=s T s 76.442.021==ππ,s T s 442101022=?=-π π 自动装置应该增加或减小发电机转速,使滑差角频率增大,从而 减小滑差周期,使等待时间缩短。 3-1 某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行,1号机的额定功率为25MW ,2号机的额定功率为50MW 。两台机组的额定功率因数 都是0.85。2号机励磁调节器调差系数为0.05,1号机为无差调节特性。若系统无功负荷波动使电厂无功增量为它们总无功容量的10%,问各机组承担的无功负荷增量是多少?母线上电压波动是多少?若发电厂 无功增量为它们总无功容量的60%,情况又如何?对各种情况进行讨论。 解:1号机额定无功功率())(49.1585.0arccos tan 25tan 111MVar P Q N G N G ===? 2号机额定无功功率 ())(99.3085.0arccos tan 50tan 222MVar P Q N G N G ===?若系统无功负荷波动使电厂无功增量为它们总无功容量的10%,则 ())(648.499.3049.15%10MVar Q =+?=?∑ 若1号机为无差调节特性,则系统中的负荷波动都由1号机承担,母线电压没有波动。 若发电厂无功增量为它们总无功容量的60%,则 ()MVar MVar Q 49.15)(888.2799.3049.15%60>=+?=?∑ 若仍是1号机为无差调节特性,则系统中的负荷波动都应由1号机承担,但此时系统的无功波动超过了1号机无功容量的额定值,所以此种情况无法调节。 3-4 如何在使发电机退出运行的时候避免无功电流的冲击? 1?发电机组并入电网后，应能迅速进入__________ 状态，其暂态过程 要 _________ ，以减小对电力系统的扰动。( C ) A异步运行，短B异步运行，长 C同步运行，短D同步运行，长 2. ________________________ 最大励磁限制是为而米取的安全措施。( D ) A防止发电机定子绕组长时间欠励磁B防止发电机定子绕组 长时间过励磁 C防止发电机转子绕组长时间欠励磁D防止发电机转子绕组 长时间过励磁 3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落 后电网电压，则发电机___________ 。( C ) A发出功率，发电机减速B发出功率，发电机增速 C吸收功率，发电机减速D吸收功率，发电机增速 4. 同步发电机的运行特性与它的__________________ 值的大小有关' ( D ) A转子电流B定子电流 C转速D空载电动势 5?自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为_________________< ( A ) A整步电压B脉动电压 C线性电压D并列电压 6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是____________< A静止励磁机系统B直流励磁机系统 C交流励磁机系统D发电机自并励系统 7. ____________________________________ 自动低频减载装置是用来解决 __________________________________ 事故的重要措施之一（ C ） A少量有功功率缺额B少量无功功率缺额 C严重有功功率缺额D严重无功功率缺额 8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为_____________ 的冲击电流，其值与电压差成___________ 。（ B ） A有功电流分量，正比B无功电流分量，正比 C有功电流分量，反比D无功电流分量，反比 9. 由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引 起 _________ 。（ D ） A进相运行B高频振荡 C欠励状态D低频振荡 10. 容量为_________ 的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。（D ） A 50MW以下 B 10万千瓦以下 C 10万兆瓦以上 D 100MW 以上 11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的___________ 特性。（B ） A功率特性 B 一次调频频率特性 C二次调频频率特性D调节特性 绪论1、葛洲坝水电厂，输送容量达120万科kW；大亚湾核电厂单机容量达90万kW；上海外高桥火电厂装机容量320万kW，最大单机容量90万kW。我国交流输电最高电压等级达500kV。 2、电能在生产、传输和分配过程中遵循着功率平衡的原则。 3、发电厂转换生产电能，按一次能源的不同又分为火电厂，水电厂，核电厂 3、自动控制装置对送来的信息进行综合分析，按控制要求发出控制信息即控制指令，以实现其预定的控制目标。 3、电力系统自动监视和控制，其主要任务是提高电力系统的安全、经济运行水平。 4、发电厂、变电所电气主接线设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。 5、同步发电机是转换产生电能的机械，它有两个可控输入量——动力元素和励磁电流。 6、电气设备的操作分正常操作和反事故操作。 7、发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。 8、电压和频率是电能质量的两个主要指标。 9、同步发电机并网运行操作是电气设备正常运行操作的重要内容。 10、电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置 11、计算机控制技术在电力系统自动装置中已广泛应用，有微机控制系统、集散控制系统、以及分布式控制系统等。 12、频率是电能质量的重要指标。有功功率潮流是电力系统经济运行和系统运行方式中的重要问题。 13、电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置：按频率自动减载装置是电力系统在事故情况下较为典型防止系统事故的安全自动装置。 第一章 14、自动装置的首要任务是将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。 15、自动装置的结构形式主要有三种，微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制系统和现场总线系统。 16、（简答）微型计算机系统的主要部件 1）传感器 2）模拟多路开关 3）采样/保持器 4）A/D转换器 5）存储器 6）通信单元 7）CPU 16、传感器的作用是把压力、温度、转速等非电量或电压、电流、功率等电量转换为对应的电压或电流的弱电信号。 17、采样/保持器一般由模拟开关、保持电容器和缓冲放大器组成 18、A/D转化器是把模拟信号转换为数字信号，影响数据采集速度和精度的主要因素之一。 19、一般把运算器和控制器合称中央处理单元（CPU）。/ 20、工业控制计算机系统一般由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘等外设接口组成。 21、定时器是STD总线的独立外设，具有可编程逻辑电路、选通电路和输出信号，可完成定时、计数以及实现“看门狗”功能等。 22、键盘显示板主要有键盘输入、显示输出、打印机 精品文档 《电力系统自动控制装置原理》复习思考题 考试题型：选择、名词解释、简答题、计算题 负荷的调节效应：当频率下降时，负荷吸取的有功功率随着下降；当频率升高时，负荷吸取的有功功率随着增高。这种负荷有功功率随频率变化的现象，称为负荷调节效应。 频率调差系数：单位发电机有功功率的变化引起的频率增量即为频率调差系数。 电压调整：调节电力系统的电压，使其变化不超过规定的允许范围，以保证电力系统的稳定水平及各种电力设备和电器的安全、经济运行。 电力系统：由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。 1、电力系统频率二次调整有哪几种可以实现无差调节？ 答：①主导发电机法、②积差调频法、③分区调频法。 2、自动发电控制系统的基本任务？ 答：主要任务：①使全系统发电机输出功率与总负荷功率匹配； ②保持系统频率为额定值； ③控制区域联络线的交换功率与计划值相等； ④在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。 3、简述发电机调节的类型及特点。电力系统调度的主要任务。 答：发电机调节的类型及特点： ①δ>0为正调差系数，其调节特性下倾，即发电机端电压随无功电流增大而降低； ②δ<0为负调差系数，其调节特性上翘，发电机端电压随无功电流增大而上升； ③δ=0称为无差特性，这时发电机端电压恒为定值。 电力系统调度的主要任务： ③保证供电质量的优良；②保证系统运行的经济性； ③保证较高的安全水平；④保证提供强有力的事故处理措施。 4、强行励磁的基本作用是什么？ 答：强行励磁的基本作用是：①有利于电力系统的稳定运行； ②有助于继电保护的正确动作； ③有助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间； ④并有助于用户电动机的自起动过程。 同步发电机并列的理想条件是什么？ 答：理想条件：频率相等、电压幅值相等、相角差为零；即（f G=f X、U G=U X、δe=0）。 简述同步发电机组并列时遵循的原则。 答：①并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。 ②发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的 扰动。 8、简述直流励磁机励磁系统的优缺点。 答:优点：结构简单； 缺点：靠机械整流子换向，有炭刷和整流子等转动接触部件； 维护量大，造价高； 1.发电机组并入电网后，应能迅速进入状态，其暂态过程要，以减小对电力系统的扰动。（ C ） A 异步运行，短B异步运行，长 C 同步运行，短D同步运行，长 2.最大励磁限制是为而采取的安全措施。（ D ） A 防止发电机定子绕组长时间欠励磁B防止发电机定子绕组长时间过励磁 C 防止发电机转子绕组长时间欠励磁D防止发电机转子绕组长时间过励磁 3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机。（ C ） A 发出功率，发电机减速B发出功率，发电机增速 C 吸收功率，发电机减速D吸收功率，发电机增速 4.同步发电机的运行特性与它的值的大小有关。（ D ） A 转子电流B定子电流 C 转速D空载电动势 5.自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为。（ A ） A 整步电压B脉动电压 C 线性电压D并列电压 6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是。（ B ） A 静止励磁机系统B直流励磁机系统 C 交流励磁机系统D发电机自并励系统 7. 自动低频减载装置是用来解决事故的重要措施之一。（ C ） A 少量有功功率缺额 B 少量无功功率缺额 C 严重有功功率缺额D严重无功功率缺额 8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为的冲击电流，其值与电压差成。（ B ） A有功电流分量，正比 B 无功电流分量，正比 C有功电流分量，反比D无功电流分量，反比 9.由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引起。（ D ） A 进相运行B高频振荡 C 欠励状态 D 低频振荡 10.容量为的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。（ D ） A 50MW以下 B 10万千瓦以下 C 10万兆瓦以上 D 100MW以上 11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的特性。（ B ） A 功率特性B一次调频频率特性 C 二次调频频率特性 D 调节特性 第二章同步发电机的自动并列 一、基本概念 1、并列操作：电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，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。 2、准同期并列：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。 3、自同期并列：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，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。 4、并列同期点：是发电机发电并网的条件。同期并列点是表示相序相同、电源频率同步、电压相同。 5、滑差、滑差频率、滑差周期：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用fs表示；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化360°所用的时间。 6、恒定越前相角准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装置。 7、恒定越前时间准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。 8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压；线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压 二、思考题 1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？ 答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。 第一章自动装置及其数据的采集处理 一、选择题 1、我国电网的额定频率为（B）。 A.45Hz B.50Hz C.55Hz D.60Hz 2、在正弦交流电压信号中含有的信息包括（A）。 A.电压幅值、频率和相角 B.频率和相角 C.相角和电压幅值 D.电压幅值和频率 3、电力系统自动化有以下四大任务，其首要任务是（B）。 A.保证电能质量 B.提高系统运行安全性 C.提高事故处理能力 D.提高系统运行经济性 4、衡量电能质量的重要指标是（C）。 A.有功功率、无功功率 B.功率因数 C.电压、频率和波形 D.有功电度和无功电度 二、填空题 1、电能在生产、传输和分配过程中遵循着功率平衡的原则。 2、电力系统由发电厂、变电所、输电网、配电和用电等设备组成，在运行中是一个有机的整体。 3、电力系统自动化就是应用计算机技术和远动通信技术对电力系统进行自动监视、控制和调度。 4、调度控制中心对所辖的电力系统进行监视和控制，其主要任务是合理地调度所属各发电厂的出力，制定运行方式，及时处理电力系统运行中所发生的问题，确保电力系统的安全经济运行。 5、发电厂转换生产电能，按一次能源的不同又分为火电厂、水电厂、核电厂等不同类型的电厂。 6、电力系统自动控制大致分为：电力系统自动监视和控制、电厂动力机械自动控制、电力系统自动装置和电力安全装置。 7、电力系统自动监视和控制的主要任务是提高电力系统的安全、经济运行水平。 8、发电厂、变电所电气主接线设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设9、同步发电机是转换产生电能的机械，它有两个可控输入量—动力元素和励磁电流，其输出量为有功功率和无功功率，它们还分别于电网的频率和发电机端电压的电能质量有关。 10、电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。 11、电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装 电力系统自动装置原理 级: 名: 号: 指导老师: 实验一 发电机自动准同期装置实验 、实验目的 1、加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2、掌握微机准同期控制装置及模拟式综合整步表的基本使用方法； 3、熟悉同步发电机准同期并列过程； 4、学会观察、分析有关实验波形。 二、实验基本原理 （一）控制发电机运行的三个主要自动装置 同步发电机从静止过渡到并网发电状态，一般要经历以下几个主要阶段： （1）起动机组，使机组转速从零上升到额定转速； （2）起励建压，使机端电压从残压升到额定电压； （3）合出口断路器，将同步发电机无扰地投入电力系统并列运行； 输出功率，将有功功率和无功功率输出增加到预定值。 （4） 上述过程的控制， 至少涉及 3个自动装置， 即调速器、 励磁调节器和准同期 控制器。它们分别用于调节机组转速 /功率、控制同步发电机机端电压 /无功功率 和实现无扰动合闸并网。 （二）准同期并列的基本原理 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。 准同期并列要满足以下四个条件： 发电机电压相序与系统电压相序相同； 发电机电压与并列点系统电压相等； 发电机的频率与系统的频率基本相等； 合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。 1） 2） 3） （4） 具体的准同期并列的过程如下： 先将待并发电机组先后升至额定转速和额定 电压，然后通过调整待并机组的电压和转速， 使电压幅值和频率条件满足， 再根 据“恒定越前时间原理 ”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时 机发出合闸命令， 使出口断路器合上的时候相位差尽可能小。 这种并列操作的合 闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。 自动准同期并列， 通常采用恒定越前时间原理工作， 这个越前时间可按断路 1.发电机组并入电网后，应能迅速进 入状态，其暂态过程要，以减小对电力系统的扰动。 （ C ） A 异步运行，短 B异步运行，长 C 同步运行，短 D同步运行，长 2.最大励磁限制是为而采取的安全措施。 （ D ） A 防止发电机定子绕组长时间欠励磁 B防止发电机定子绕组长时间过励磁 C 防止发电机转子绕组长时间欠励磁 D防止发电机转子绕组长时间过励磁 3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机。（ C ） A 发出功率，发电机减速 B发出功率，发电机增速 C 吸收功率，发电机减速 D吸收功率，发电机增速 4.同步发电机的运行特性与它的值的大小有关。 （ D ） A 转子电流 B定子电流 C 转速 D空载电动势 5.自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为。 （ A ） A 整步电压 B脉动电压 C 线性电压 D并列电压 6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是。（ B ） A 静止励磁机系统 B直流励磁机系统 C 交流励磁机系统 D发电机自并励系统 7. 自动低频减载装置是用来解决事故的重要措施之一。（ C ） A 少量有功功率缺额 B 少量无功功率缺额 C 严重有功功率缺额 D严重无功功率缺额 8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为的冲击电流，其值与电压差成。（ B ） A有功电流分量，正比 B 无功电流分量，正比 C有功电流分量，反比 D无功电流分量，反比 9.由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引 起。（ D ） A 进相运行 B高频振荡 C 欠励状态 D 低频振荡 10.容量为的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。（ D ） A 50MW以下 B 10万千瓦以下 C 10万兆瓦以上 D 100MW以上 11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的特性。（ B ） A 功率特性 B一次调频频率特性 C 二次调频频率特性 D 调节特性 12.调差系数δ〉0时为调差系数，调节特性 为。（ A ） A 正，下倾 B负，下倾 C 正，上翘 D 负，上翘 13.发电机并列操作中，当相角差较小时，冲击电流主要 为。（ A ） A 有功电流分量 B无功电流分量 C 空载电流分量 D短路电流分量 14.调速器通常分为机械液压调速器和调速器。 （ C ） 在线考试2018年秋|电力系统自动装置|本科 一、单项选择题 1. 频率是标志电能质量的基本指标之一，同时也反映了系统（）的平衡状况。 (A) 无功功率 (B) 有功功率 (C) 电流 (D) 电压 分值：2 2. 从提高自动低频减载装置的效果出发，应该选择（）。 (A) 级差大一些，每级切除的负荷少一些 (B) 级差小一些，每级切除的负荷少一些 (C) 级差大一些，每级切除的负荷多一些 (D) 级差小一些，每级切除的负荷多一些 分值：2 3. 调峰电厂一般选择（）。 (A) 经济性能较差的火力发电厂 (B) 大容量机组的火力发电厂 (C) 核电厂 (D) 丰水期的水电厂 分值：2 完全正确得分：2 4. 与频率变化无关的负荷是（）。 (A) 通风机 (B) 切削机床 (C) 白炽灯 (D) 压缩机 分值：2 5. （）是负荷静态频率特性曲线上对应额定频率点的切线的斜率。 (A) 功率因数 (B) 负荷调节效应系数 (C) 调差系数 (D) 单位调节功率 分值：2 6. 同步发电机电压一无功电流外特性为正调差时（）。 (A) 若无功电流增加，则机端电压下降 (B) 若无功电流减少，则机端电压下降 (C) 若无功电流绝对值减少，则机端电压下降 (D) 若无功电流绝对值增加，则机端电压下降 分值：2 完全正确得分：2 7. 控制角α为（）度时，三相桥式全控整流电路，电阻性负载输出的电压波形处于连续和断续的临界状态。 (A) 120 (B) 60 (C) 0 (D) 30 分值：2 8. 大型发电机的自并励励磁系统采用（）。 (A) 三相桥式不可控整流电路 (B) 三相桥式全控整流电路 (C) 三相桥式半控整流电路 (D) 单相桥式全控整流电路 分值：2 9. 负荷增大时，并网运行的发电机台数将（）。 (A) 增多 (B) 不变 (C) 减小 (D) 不确定 分值：2 完全正确得分：2 10. 为了提高供电的可靠性和电能质量，电力系统中的发电机通常都采用（）运行。 (A) 串并联 第二章同步发电机的自动并列 1】同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？ 答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。 2】什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？ 答：调节发电机的电压Ug，使Ug与母线电压Ux相等，满足条件后进行合闸的过程。特点：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。 适用场合：由于准同步并列冲击电流小，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，故不适用紧急情况的发电机并列。 3】什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？ 答：是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率，滑差角频率不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器QF，接着合上励磁开关开关SE，给转子加励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。 特点：并列过程中不存在调整发电机电压、频率问题，并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列；容易实现自动化；但并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功，造成系统电压下降，同时产生很大的冲击电流。 适用场合：由于自同步并列的并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列，并容易实现自动化，所以适用于在电力系统故障情况下，有些发电机的紧急并列。 4】同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么？实际条件是什么？ 答：理想条件：频率相等，电压幅值相等，相角差为零。 实际条件：①电压差不应超过额定电压的5％～10％；②频率差不应超过额定频率的0.2％～0.5％；③在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于5°。 5】在自动并列装置中，三个条件的检测？ 答：频率差的检测：（1）数字并列装置：直接测得机端电压和电网频率求出f?、 f t ??? 进行判断。（2）模拟并列装置：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动 作次序来实现f?检测；恒定相角先于恒定时间动作时滑差小于允许值，符合并列条件。 电压差的检测：直接读入U G和U X值，然后作计算比较：采用传感器把交流电压方均根值转换成低电平直流电压，然后计算两电压间的差值，判断其是否超过该定限值，并获得待并发电机组电压高于或低于电网电压的信息； 直接比较U G和U X的幅值大小，然后读入比较结果。待并发电机电压U G和电网电压U X分别经变压器和整流桥后，在两电阻上得到与U G、U X幅值成比例的电压值U‘G和U’X，取U AB=U’X-U ‘ G，用整流桥得检测电压差的绝对值∣△U AB∣，电压差测量输出端的电位为U D=∣△U AB∣-U set，其中U set为允许电压差的整定电压值，当U D为正时，表明电压差超过并列条件的允许值。 相角差的检测：把电压互感器二次侧U X、U G的交流电压信号转换成同频、同相的两个方波，把这两个方波信号接到异或门，当两个方波输入电平不同时，异或门的输出为高电平，用于 控制可编程定时计数器的计数时间，其计数值N即与两波形间的相角差 e δ相对应。CPU可读取矩形波的宽度N值，求得两电压间相角差的变化轨迹。 1、与正弦整步电压最小值所对应的相角差定等于() A、0度 B、90度 C、180度 D、270度 正确答案:A 2、与正弦整步电压最小值所对应的相角差一定等于() A、0 B、1 C、-1 D、2 正确答案:A 3、调差系数δ>0时为()调差系数 A、正,下倾 B、负,下倾 C、正,上翘 D、负,上翘 正确答案:A 4、发电机并列操作中,当相角差较小时,冲击电流主要为() A、有功电流分量 B、无功电流分量 C、空载电流分量 D、短路电流分量 正确答案:A 5、准同步并列条件规定的允许电压差为不超过额定电压的() A、0%-5% B、5%-10% 正确答案:B 6、电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的()特性。 A、功率特性 B、一次调频频率特性 C、二次调频频率特性 D、调节特性 正确答案:B 7、能够有效地提高系统稳定的功率极限的装置有（） A、调速器 B、变压器 C、继保装置 D、励磁调节器 正确答案:B 8、最简单的励磁调节器的调节方式是() A、微分调节 B、比例调节 C、比例微分调节 D、比例积分调节 正确答案：B 9、当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机（） A.发出功率,发电机减速 B、发出功率,发电机增速 C、吸收功率,发电机减速 D、吸收功率,发电机增速 正确答案:C 10、我国电力系统220KV线路的故障类型中,有接近90%的故障是() A、三相短路 B、两相短路 C、单相接地短路 D、两相接地短路 正确答案:C 11、为防止断路器多次重合于永久性故障,重合闸装置接线中设置了() A、方向继电器 B、差动继电器 C、防跳继电器 D、阻抗继电器 正确答案:C 12、单侧电源线路的自动重合闸的主要特点是() A、存在同步问题 B、能存在可能不存在同步问题 电力系统自动装置原理附录思考题答案 第一部分 自动装置及其数据的采集处理 1-1．采用式1-13对电流进行分解，0a 、n a 、n b 的物理意义分别是什么？ 【答案提示】 0a ：直流分量；n a ：n 次谐波分量的实部；n b ：n 次谐波分量的虚部。 1-2．采样的前期处理讨论： 【答案提示】 如果正态分布均匀，那么采用4只电阻串联采样的方式要比采用一只电阻采样的精确度高； 是用算术平均法进行滤波有两种方式， 其一：10 ~10 21a a a a +++= ； 其二：2~211a a a +=，2~~312a a a +=，2~~423a a a += (2) ~~108a a a +=。 第二种方法只占有3个内存变量，每一次计算结果覆盖了前一次的采样数据，节省内存，另外，第二种方法滤波后的权重比例合理，10a 占权重为50%，更加接近采样的后期，因此计算机采样中经常采用。第一种方法的权重完全一样，10个采样数据各占10%，另外它需要 11个内存变量。总的来看，第二种方法的误差和实际意义都大于第一种。 第二部分 自动并列 2-1．略 2-2．略 2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1所示，其电压幅值相等，频率分别为： t f cos 1.0501+=Hz ，t f 2sin 1.0502+=Hz ，现准备进行恒定越前时间准同期互联操作， 设远程通讯和继电器动作时间之和为0.14秒，求调度中心发出合闸信号的时刻。 第二部分 自动并列 2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1所示，其电压幅值相等，频率分别为： t f cos 1.0501+=Hz ，t f 2sin 1.0502+=Hz ，现准备进行恒定越前时间准同期互联操作， 设远程通讯和继电器动作时间之和为0.14秒，求调度中心发出合闸信号的时刻。 【答案提示】 合闸相角差表达式为： ?? ?-=-=-==20 1002 12sin 2.0cos 2.0)(22δδδππππδe s e t t f f f 先不考虑提前量，则有： 01.02cos 1.0sin 2.0]2sin 2.0cos 2.0[0→++=+-=?πππδππδt t dt t t e e 2 5 1sin 01sin sin 1sin 21sin 212cos sin 222-= ?=--=+-+=++t t t t t t t 8078.32+=πk t 或6662.02-=πk t 8078.31=t ， 5.61692=t ，…… 考虑时间提前量0.14秒，则调度中心发出合闸信号的时刻可为：3.6678秒，5.4769秒，等等。 2-4．旋转坐标系中发电机的模型方程（Park 方程）如下： 磁链方程?????+-=-=+-=f f d ad f q q q f ad d d d i x i x i x i x i x ψψψ 电压方程?????+++-=+-+-=d q d q q d d d s ri u s ri u ψψψψ )1()1( 式中符号含义：ψ — 磁链，i — 电流，u — 电压，d — 直轴，q — 交轴，f — 励磁绕 组，dt d ψψ= 。 已知：** 1 ad f x I =，5.0,1,0===q d x x r ，???====8.0sin 6.0cos δδU u U u q d ，2 22q d i i i +=。假定恒同步转速、恒励磁，求发电机并入电网后的电流暂态过程。 【答案提示】 《电力系统自动控制装置原理》复习思考题 考试题型：选择、名词解释、简答题、计算题 负荷的调节效应： 当频率下降时， 负荷吸取的有功功率随着下降；当频率升高时，负荷吸取 的有功功率随着增高。这种负荷有功功率随频率变化的现象，称为负荷调节效应。 频率调差系数： 单位发电机有功功率的变化引起的频率增量即为频率调差系数。 电压调整：调节电力系统的电压， 使其变化不超过规定的允许范围， 以保证电力系统的稳定 水平及各种电力设备和电器的安全、经济运行。 电力系统：由发电、输电、变电、配电和用电等环节组 成的电能生产与消费系统。 1、电力系统频率二次调整有哪几种可以实现无差调节？ 答： ①主导发电机法、②积差调频法、③分区调频法。 2、自动发电控制系统的基本任务？ 答：主要任务：①使全系统发电机输出功率与总负荷功率匹配； ②保持系统频率为额定值； ③控制区域联络线的交换功率与计划值相等； ④在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。 3、简述发电机调节的类型及特点。电力系统调度的主要任务。 答：发电机调节的类型及特点： ① >0为正调差系数，其调节特性下倾，即发电机端电压随无功电流增大而降低； ②<0为负调差系数，其调节特性上翘，发电机端电压随无功电流增大而上升； ③=0称为无差特性，这时发电机端电压恒为定值。 电力系统调度的主要任务： ③保证供电质量的优良； ③保证较高的安全水平； 4、强行励磁的基本作用是什么？ 答：强行励磁的基本作用是：①有利于电力系统的稳定运行； ②有助于继电保护的正确动作； ③有助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间； ④并有助于用户电动机的自起动过程。 同步发电机并列的理想条件是什么？ 答：理想条件：频率相等、电压幅值相等、相角差为零；即（ f 、U 、δ G=fX G=UX e=0）。 简述同步发电机组并列时遵循的原则。 答：①并列断路器合闸时， 冲击电流应尽可能小， 其瞬时最大值一般不超过 1~2倍的额定电 流。 ②发电机并网后， 应能迅速进入同步运行状态， 其暂态过程要短， 以减少对电力系统的 扰动。 8、简述直流励磁机励磁系统的优缺点。 答:优点：结构简单； 缺点：靠机械整流子换向，有炭刷和整流子等转动接触部 件；维护量大，造价高； ②保证系统运行的经济性；④保证提供强有力的事故处理措施。 《电力系统自动装置(Ⅰ)》第二次作业答案 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题 2.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.我国国家标准规定电网的频率最多不超过（ B ） A.0.5Hz B.0.4Hz C.0.3Hz D.0.2Hz 2.同步发电机并列条件的根本判别标准是( C ) A.电压不变 B.频率不变 C.合闸冲击电流为零 3.准同期并列装置可分为恒定越前时间和 ( D ) A.恒定越前功率 B.恒定越前频率 C.恒定越前电压 D.恒定越前相角 4.线性整步电压( A ) A.只反映相角差 B.与电压幅值有关 C.与系统频率和电压有关 D.决定合闸电压 5.电力系统频率升高时，负荷吸收的有功功率( C ) A.不变 B.降低 C.升高 D.无法判断 6.双电源线路配置重合闸装置除满足基本要求外，还应考虑 ( D ) A.电压幅值 B.有功功率匹配 C.无功功率匹配 D.同步问题 7.励磁功率单元向同步发电机转子提供 ( A ) A.励磁电流 B.有功功率 C.系统频率 D.初始相位角 8.励磁系统提高电网暂态稳定性的条件之一是( D ) A.功率恒定 B.电压恒定 C.惯性时间长 D.惯性时间短 9.电力系统中同步发电机励磁系统的强励倍数一般为 ( B ) A.1---1.5 B. 1.6---2 C.2----2.5 D. 2.6----3 10.三峡等大型水力发电机组的励磁主要采用( C ) A.直流励磁机 B.交流励磁机 C.静止励磁 D.旋转励磁 11.大型发电机的励磁回路通常采用整流方式为( A ) A.三相桥式不可控整流 B.三相桥式半控整流 C.三相桥式全控整流 D.单相桥式不可控整流 12.小型机组的励磁调节方式一般为( B ) A.微分调节 B.比例调节 C.比例微分调节 D.比例积分调节 13.12脉波桥式整流电路的整流元件数为( B ) A. 6 B.12 C.18 D.24 14.并列断路器两侧的频率差称为( A ) A.滑差角频率 B.瞬时频率 C.实时频率 D.额定频率 15.不存在同步问题的重合闸是( D ) A.多端电源重合闸合肥工业大学电力系统自动装置习题
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电力系统自动装置原理附录思考题答案上课讲义
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《电力系统自动装置(Ⅰ)》第二次作业答案