准同期并列条件分析及整定 自动准同步装置的基本构成分解
电力系统自动化 第2讲 同步发电机的自动准同期并列
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并列的检测信号— 电压差
直接通过计算机
电 接口读入两个电 u
压 压值后进行计算 差 检 测 通过电路比较两
个电压值的大小 后读入计算机
交流电压传 感器（TV）
CPU A/D
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频率差/电压差调整
频率差调节的任务： 将待并发电机频率调整到接近于电网频率，使频率 差满足并列允许条件，促成并列的实现。
•并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2 倍的额定电流以下。
•为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不 允许超过机端短路电流的1/20~1/10。据此，得到同期并
列的一个条件：电压差 U不S能超过额定电压的
5%~10%.
•现在的一些大型发电机组规定电压差不超过0.1%,以尽量避免无 功冲击电流
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同步发电机并列的理想情况
发电机端电压为 UG 电网电压为U X
两者之间的相量差为
U S U G U X
•当电网参数一定时， 冲击电流就取决于合 闸瞬间 U S 的值
•最理想的情况就是 U S
的值为零，此时，QF 合闸冲击电流为零。
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US
B
QF
A UG
G
(a)
U G
XG
优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。
在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应 用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网， 因此，曾作为系统事故的重要措施之一。
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自同期并列的缺点
1、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作。
电力系统自动化chapter1-2准同期并列的基本原理2
T s1
T s2
ω s2
ω s1
UG +U x
图 1-7
UG − U x
t
T s1
T s2
U G 与 U x 不等时 U s 的波
第二节
准同期并列的基本原理
（三）利用脉动电压 u s 检测准同期并列的条件 脉动电压 u s 有时也称作滑差电压。 1、电压幅值差 电压幅值差 U G − U x 为对应于脉动电压 U s 波形的
2 2 = + Us U x U G − 2U x U G cos ω s t （1-9） 当 ω st = 0 时， U s = U G − U x 为两电压幅值差；
当 ω st
= π 时， U s = U G + U x 为两电压幅值和。
第二节
US
准同期并列的基本原理
ω s1
ω s2
t
US
图 1-6 U G = U x 时 U s 的波形
第二节
准同期并列的基本原理
Hale Waihona Puke 在满足并列条件的情况下，采用准同期并列方
法将待并发电机组投入电网运行，前已述及只 要控制得当就可使冲击电流很小且对电网扰动 甚微。
因此准同期并列是电力系统运行中的主要并列
方式。
第二节
准同期并列的基本原理
•
设并列断路器 DL 两侧电压分别为 U G 和 U x ； 并列断路器 DL 主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂 态过程，决定于合闸时的脉动电压 U s 和滑差角速度 ω s 。 因此，准同期并列主要对脉动电压 U s 和滑差角速度 ω s 进行 检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸瞬间 的 U s 值在允许值以内。 检测的信息也就取自 DL 两侧的电压， 而且主要是对 U s 进行检测并提取信息。
发电机自动准同期装置并列参数分析
发电机自动准同期装置并列参数分析摘要：本文首先对同步发电机的并列运行相关内容进行基本阐述，然后分析发电机自动准同期装置并列相关参数，旨在促进我国电力企业发展提供参考和借鉴。
关键词：发电机；自动准同期装置；并列参数；分析研究1引言发电机在对用电设备进行电能输送时，需要借助电力系统。
同期并列技术就是将发电机与电力系统进行并列操作，帮助减少发电机并网过程中出现故障的概率。
随着我国经济社会和科学技术的不断发展，电力企业电网规模也不断扩大，发电机和数量和性能也在不断提高。
因此，加强对发电机自动准同期装置并列技术和相关参数进行不断研究和分析变得更加重要。
2 同步发电机并列运行同步发电机并列运行是指电力企业的同步发电机和电力系统根据一定的条件和规则并列运行。
这种运行情况能够帮助增大供电系统的稳定性，提高供电效果和质量，并使电力负荷的分配更加合理，从而综合性的提高企业的电力运行经济效益。
具体的并列运行发电机如下图1所示：根据运行的不同需要，并列操作是同步发电机的运行操作和电力系统解列这个两部分的共同并列运行操作，也叫同期操作。
图1.电力系统中并列运行的发电机2.1并列操作的要求和条件为了使得同步发电机的运行效果更加优异，减少故障的发生，发电机在投入的瞬间冲击电流需要根据实际情况达到最小，保证其最大数值在额定电流的2倍以下。
同时，在发电机进行并列运行时，需要控制波动效果在最小范围内，保证运行状态的稳定性。
3 相关自动准同期装置参数分析3.1基本原理影响自动准同期运行的因素有许多，其中频率差因素和相角差因素是一对相互影响且相对矛盾的因素。
当两个系统中的原有相位差为Δa≠0时，若需要满足频率要素相等，则Δa恒定，且不可能Δa=0。
当Δf =fg－fS≠0时, 即存在频率差时，Δa才会出现等于0的机会。
根据运行实际情况，与相位差相比，电压差和频率差对于整体电力运行系统和电力设备的影响更加微小，并且其电压和频率能够通过调整和控制较为简单的满足运行要求。
电力系统自动化 第一章 自动准同期
ω g − ωs
t ) 为脉动电压的幅值
u x = U x cos(
ω g + ωs
2
t)
概述 三、准同期条件的分析
ω x = ω g − ωs
U x = 2U g sin
δ = ω xt
= 2U g sin
ω xt
2
δ
2
= 2U s sin
δ
2
脉动周期
1 2π Tx = = fx ωx
2πf x fx ωx = = ω x* = 2πf e f e 2πf e
发电机并列示意图
概述 一、并列操作(Parallel Operating) 并列操作
同期点(synchronizing point)：在发电厂中， 同期点 ：在发电厂中， 每一个有可能进行并列操作的断路器都是同期 点。
概述 一、并列操作(Parallel Operating) 并列操作
同期条件的引出
越前鉴别
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 2、脉冲展宽
脉冲展宽回路
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 3、滑差过小自动发增速脉冲
自动准同期装置
三、自动准同期的均频与均压部件
（二）模拟式自动准同期的均频与均压部件 4、均压部分
越前时间、数值角 越前时间、 差、整步电压
四、同期条件的检测
ZZQ-5模拟式自动准同期装置 模拟式自动准同期装置
电压检测
自动准同期装置
第三节 自动准同期装置举例
一、微机自动准同期装置的合闸部分
微机同期装置示意图
准同期并列条件分析及整定 自动准同步装置的基本构成
综上所述，发电机准同步并列的实际条件是： 1）待并发电机与系统电压幅值接近相等，一般情 况下压差限制在额定电压的5％-10％。 2）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，通常准同步并列操作允许的合 闸相位差不应超过5°。 3）待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等 ，一般控制频率差在0.25Hz以内。
G S 2U Gm sin t 为脉振电压的幅值 2
脉振电压ud可变为
G S u d U dm cos 2 t
断路器两侧电压的频率差，称之滑差。 滑差角频率为
d G S
发电机侧和系统侧两电压相量的相角差为
d t
四、微机型自动准同步装置的主要特点及要求
（1）高可靠性；（2）高精度；（3）高速度； （4）能融入分布式控制系统（DCS）； （5）操作简单、方便，有清晰的人机界面； （6）二次线设计简单清晰； （7）调试方便； （8）有较长时间的运行实践经验。
第二节 准同步并列 条件分析及整定
第三节 自动准同步 装置的基本构成
第二节 准同步并列条件分析及整定
一、发电机并入系统时的冲击电流和冲击功率
图2-4 冲击电流的产生
交轴方向上相应的冲击电流周期分量有效值为：
U G U S cos Xd
直轴方向上相应的冲击电流周期分量有效值为：
U S sin Xq
总的冲击电流周期分量有效值为：
U G U S cos U S sin I ip X X d q
2 2
二、准同步各个条件对准同步并列的影响
并列合闸时只要遵循如下的原则：
1）发电机组并列瞬间，冲击电流应尽可能小；
同期的原理、准同期并列和自动准同期装置
同期的原理、准同期并列和自动准同期装置
电力系统运行过程中常需把系统的联络线或联络变压器与电力系统进行并列，这种将小系统通过断路器等开关设备并入大系统的和称为同期操作。
同期即开关设备两侧电压幅值大小相等、频率相等、相位相同。
通过调节幅值、频率、相位使设备并网：
1、通过调节发电机的励磁可以调节频率和相位。
2、通过调节发电机的转速可以调节电压幅值。
同期装置的作用是用来判断断路器两侧是否达到同期条件，从而决定能否执行并网的专用装置。
分为准同期装置和自动准同期装置。
准同期装置指待并发电机调整电压幅值、频率、相位与电网一致后操作断路器合闸使发电机并入电网。
自动准同期装置指将发电机升至额定转速后(即电压幅值大小相等)，在未加励磁的情况下合闸，将发电机并入系统，随即供给励磁电流，由系统将发电机拉入同步。
原理如下：
准同期并列和自动准同期并列优缺点。
准同期并列优点：能使待并发电机和系统都不受或仅受微小的冲击。
准同期并列缺点：因需调整并发电机的电压和频率，使之与系统电压、频率接近，一般操作时间较自同期并列时间长（需几分钟到十几分钟），不利于系统发生事故出现频率缺额时及时投入备用容量。
自动准同期并列优点：操作简单、并列迅速、易于实现自动化。
自动准同期并列缺点：冲击电流大，对系统扰动大，不仅会引起系统频率振荡，且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降。
自动准同期并列只能在电力系统事故、频率降低时使用。
适用标准和相应的设计规范有哪些？
《DL 400-91 继电保护和安全自动装置技术规程》 3.6
《电力工程电气设计手册(电气二次部分) 》第二十二章Page 419-462。
第一章 自动准同期
将一台未加励磁电流的发电机升速到接近于系 统频率，在滑差角频率不超过允许值、且加速 度小于给定值的条件下，首先合上并列断路 器，接着再立刻合上励磁开关，给转子加上励 磁电流，在发电机电势逐渐增大的过程中由系 统将发电机拉入同步运行。
第二节 越前时间、数值角差与 整步电压
越前时间、数值角 越前时间、数值角 差、整步电压 差、整步电压
误差
d i td dt
i i ( i 1 i ) 0 i m
td
t
合闸时间越长，误差越大，只适合于匀速变化的
越前时间、数值角 越前时间、数值角 差、整步电压 差、整步电压
二、数值角差
(2)积分预报法（两步预报法） 步长
T ti ti k
一、恒定越前时间(invariable exceeding time)
准同期并列合闸信号控制的逻辑结构图
越前时间、数值角 越前时间、数值角 差、整步电压 差、整步电压
一、恒定越前时间
恒定越前相角：装置中所取提前量是某一恒定 到达 0 之 相角 YJ ，即在脉动电压 U x 前的 YJ 相角发出合闸信号。 恒定越前时间：装置中所取提前量是某一恒定 到达 0 之 时间信号，即在脉动电压 U x 前的 tYJ 发出合闸信号。一般 tYJ 等于断路器 的合闸时间 t QF 。
——电源的角速度 ——初相角
概述 概述 一、并列操作(Parallel Operating)
并列的原则： 冲击电流(impulse current)尽可能小 暂态过程(transient process)尽量短 并列方式： 准同期(quasi-synchronizing) 自同期(self-synchronizing)
准同期并列的基本原理汇总
准同期并列的基本原理
一、 脉动电压 （一） U G 与 U x 两电压幅值相等
G U x U 为便于分析问题，设待并发电机 G x
断路器 DL 两侧间电压差 u s 为
us U G sin G t 1 U x sin x t 2
当 st 时， U s U G U x 为两电压幅值和。
准同期并列的基本原理
US
s1
s2
t
图 1-6 U G = U x 时 U s 的波形 s1 s2
US
o
T s1
T s2
UG U x
图 1-7 形
T s1
UG U x T s2
t
o
U G 与 U x 不等时 U s 的波
设置了频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元 待并发电机的频率或电压都由并列装置自动调节
当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号
准同期并列的基本原理
三、准同期并列合闸信号的控制
电压差允许 频率差允许
与 门
合闸信号
提前量信号
提前量信号形成
图 1-9 准同期并列合闸信号控制逻辑结构图
准同期并列的基本原理
在满足并列条件的情况下，采用准同期并列方
法将待并发电机组投入电网运行，前已述及只 要控制得当就可使冲击电流很小且对电网扰动 甚微。
因此准同期并列是电力系统运行中的主要并列
方式。
准同期并列的基本原理
设并列断路器 DL 两侧电压分别为 U G 和 U x ； 并列断路器 DL 主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂 态过程，决定于合闸时的脉动电压 U s 和滑差角速度 s 。 因此，准同期并列主要对脉动电压 U s 和滑差角速度 s 进行 检测和控制，并选择合适的时间发出合闸信号，使合闸瞬间 的 U s 值在允许值以内。 检测的信息也就取自 DL 两侧的电压， 而且主要是对 U s 进行检测并提取信息。
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三、自动准同步装置的组成
自动准同步装置主要由频差控制单元，压差控制 单元，合闸信号控制单元和电源四部分组成。
图2-6 典型自动准同步装置构成原理图
按提前量的不同，可分为恒定越前相角和恒定越 前时间两种原理。 1、恒定越前相角的同步装置是采用并列点两侧 电压相量重合之前的一个角度φdq发出合闸脉冲， 只有在一特定频差时才能实现零相角差并网 2、恒定越前时间同步装置则采用在并列点两侧 电压相量重合点之前的一个时间tdq时发出合闸脉 冲，可保证在任何频率差时都可在零相角差实现 并网。
二、准同步装置的分类
1、手动准同步装置
手动准同步装置没有频率调节和电压调节的功 能，并列时，运行操作人员监视同步屏的电压 表、频率表及整步表，当频率和电压都满足并 列条件时，靠经验人为的判断合闸时间，操作 断路器合闸。
2、自动准同步装置（ASA）
自动准同步装置通过接入待并发电机和运行系统 的TV二次电压能自动监视待并发电机侧和系统 侧的电压、频率并且能在导前时间点发出合闸命 令，使断路器在零相角差时进行合闸。 自动准同步装置具有均压控制、均频控制和合闸 控制三种功能，通过自动调压和调频单元，在压 差和频差不满足同期条件时发出控制脉冲。
第三节 自动准同步装置的基本构成
一、自动准同期装置的功能
自动准同期装置的任务是实现自动并列操作，应 具有以下两种功能： 1）自动检测待并发电机与母线之间的压差及频 差是否符合并列条件，并在满足这两个条件时， 能自动地发出合闸脉冲，使并列断路器主触头在 相角差为零的瞬间闭合； 2）当压差、频差不满足并列条件时，能对待并 发电机自动地进行调压、调速，以加快进行自动 并列的过程。
2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运
行状态，其暂态过程要短。
1、电压幅值差的影响
UG U S 产生冲击电流的有效值为：I ip Xd
2、相角差值的影响
冲击电流的有效值为
U 2U I ip sin X q Xq 2
3、频率差值的影响
图2-5 准同步时频率条件分析 （a）待并发电机与系统的电压向量图 （b）Ud的波形
四、微机型自动准同步装置的主要特点及要求
（1）高可靠性；（2）高精度；（3）高速度； （4）能融入分布式控制系统（DCS）； （5）操作简单、方便，有清晰的人机界面； （6）二次线设计简单清晰； （7）调试方便； （8）有较长时间的运行实践经验。
总的冲击电流周期分量有效值为：
U G U S cos U S sin I ip X X d q
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二、准同步各个条件对准同步并列的影响
并列合闸时只要遵循如下的原则：
1）发电机组并列瞬间，冲击电流应尽可能小；
一、电力系统及其运行特点
脉振电压Ud为
U d U Gm sinG t 0G U Sm sin S t 0S
设
经过和差化积则变为
G S G S u d 2U Gm sin t cos t 2 2
定义 U dm
第二节 准同步并列 条件分析及整定
第三节 自动准同步 装置的基本构成
第二节 准同步并列条件分析及整定
一、发电机并入系统时的冲击电流和冲击功率
图2-4 冲击电流的产生
交轴方向上相应的冲击电流周期分量有效值为：
U G U S cos Xd
直轴方向上相应的冲击电流周期分量有效值为：
U S sin Xq
因此
U dm 2U Gm sin
d t
2
2U Gm sin
2
2U Sm sin
2
滑差角频率ωd与滑差频率fd的关系为
d 2πfd
所以，滑差周期
1 2 Td f d d
在准同步并网的三个条件中，电压差和频率差 不是伤害发电机的重要原因，实际条件是： 1）待并发电机与系统电压幅值接近相等，一般情 况下压差限制在额定电压的5％-10％。 2）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，通常准同步并列操作允许的合 闸相位差不应超过5°。 3）待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等 ，一般控制频率差在0.25Hz以内。
G S 2U Gm sin t 为脉振电压的幅值 2
脉振电压ud可变为
G S u d U dm cos 2 t
断路器两侧电压的频率差，称之滑差。 滑差角频率为
d G S
发电机侧和系统侧两电压相量的相角差为
d t