电力系统自动化 第三版(王葵、孙莹编)第一章发电机的自动并列

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同步点示意图
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◦ 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 统中广泛使用。
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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：
i h.max
"
2.55U X 2sin e " 2 Xq XX
（3-5）
式中 U X ——系统电压有效值；
X
" q ——发电机交轴次暂态电抗。
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UX
UG
B DL A
G
UG
XG
UX
US
XX
EG
图1-1 （c）等值电路图
EX
图1-1（a）电路示意图

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。
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G
UG
G G
—— 发电机电压幅值； —— 发电机电压角频率；
Ux
—— 发电机电压初相角；
x x
—— 电网电压幅值；
—— 电网电压角频率；
—— 电网电压初相角；
U s U G U x 相量差，又称脉动电压
UG U x G x G x
幅值差 频率差 相角差
（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10～16s之间。
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◦ （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
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设发电机并列时的电压相量 如图1-2（a）所示，即并列时： ①发电机频率 f G等于电网频 率 f X ；②相角差 e 等于零； ③电压幅值不等， G U X 。 U 则冲击电流最大瞬时值为:
" h. max
US
Ux
UG
"
◦ 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，冲击电流最大瞬时值限制 在1～2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 5～10％。
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◦ 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； ◦ 为了保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限制在较 小数值。
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UG
XG
UX
US
XX
戴 维 南 等 效 变 换
EG
EX
UG
XG X X
UX
U S U S 0
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发电机侧电压相关参量：电网侧电压相关参量： U x —— 电网电压相量； U —— 发电机电压相量；
Ih
(a) e 0
图 准同期条件分析
i

1.8 2(U G U x ) 2.55 2k i " US " Xd XX Xd XX
" im ch
(3-3)
式中
U G、 x —— 发电机电压、电网电压有效值 U
X d —— 发电机直轴次暂态电抗
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e s t
于是
（1-7）
U S 2U G
st sin
2
2U G sin
e
2
2U x sin
e
2
（1-8）
由（1-9）式可知 u s 波形可以看成是幅值为 U s 、频率接近于 工频的交流电压波形。
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u
o
s
u u
x概述ຫໍສະໝຸດ Gao Feng, School of EE, SDU
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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


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2
o
o
o
o
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。
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。
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j

Ux


( xt )
2
Us
x

G


e
( Gt )
1
UG
1
(a)
u s U G sin G t 1 U x sin x t 2
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P
a
Pm 0
为发电机电势和 系统母线的电压相角 差
加速过程
O
. .

so
减速过程
b

eb

. c
s
O


eo

s
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准同期并列
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两者频率之差称为频差，用
f S fG f X
f S 表示:


UG
Ux
s

0
两者间的电角频率之差称为滑差角频率， s 0 简称滑差，用 S表示：
S G X
滑差周期定义为：

e
图3-3 滑差电压原理图
1 TS S fS
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准同期并列
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i
" h. max
1.8 2 (U G U x) 2.55 U S " " Xd Xd
i
" h. max

2.55U X Xq
"
e 2 sin
2

2
fS (1)滑差频率 就是频率差；
(2)滑差 S 可以反映频率差，两者是2π倍数关系； (3)滑差周期 TS 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。
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（1）滑差 s或滑差周期 T s 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。
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UX
UG
B DL A
G
UG
XG
UX
US
XX
EG
（c）等值电路图
EX
图1-1
图1-1（a）电路示意图
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◦ 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。
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◦ 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。
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◦ 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。